變壓吸附（Pressure Swing Adsorption.簡稱PSA），是一種新型氣體吸附分離技術，它有如下優點：產品純度高；一般可在室溫和不高的壓力下工作，床層再生時不用加熱，產品純度高；設備簡單，操作、維護簡便；連續循環操作，可完全達到自動化。因此，當這種新技術問世後，就受到各國工業界的關注，競相開發和研究，發展迅速，並日益成熟。
基本介紹
- 中文名：變壓吸附
- 外文名：Pressure Swing Adsorption
- 簡稱：PSA
- 提出時間：1960年
- 優點：產品純度高、操作、維護簡便
- 套用：變壓吸附空分制氧
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變壓吸附概況
1960年Skarstrom提出PSA專利，他以5A沸石分子篩為吸附劑，用一個兩床PSA裝置，從空氣中分離出富氧，該過程經過改進，於60年代投入了工業生產。80年代，變壓吸附技術的工業套用取得了突破性的進展，主要套用在氧氮分離、空氣乾燥與淨化以及氫氣淨化等。其中，氧氮分離的技術進展是把新型吸附劑碳分子篩與變壓吸附結合起來，將空氣中的O2和N2加以分離，從而獲得氮氣。
變壓吸附制氮
變壓吸附制氮發展歷史
變壓吸附空分制氧始創於20世紀60年代初(Skarstrom, 1960; Guerin de Montgarenil & Domine, 1964)，並於70年代實現工業化生產。在此之前,傳統的工業空分裝置大部分採用深冷精餾法(簡稱深冷法)
80年代以來至今CaX和LiX等高吸附分離性能的沸石分子篩的相繼開發利用和工藝流程的改進，使得變壓吸附空分技術得到迅速地發展，與深冷空分裝置相比，PSA過程具有啟動時間短和開停車方便、能耗較小和運行成本低、自動化程度高和維護簡單、占地面積小和土建費用低等特點。在不需要高純氧的中小規模(小於100噸/天，相當於3000Nm3/h )氧氣生產中比深冷法更具有競爭力。廣泛的套用於電爐煉鋼、有色金屬冶煉、玻璃加工、甲醇生產、炭黑生產、化肥造氣、化學氧化過程、紙漿漂白、污水處理、生物發酵、水產養殖、醫療和軍事等諸多領域(楊，1991; Kumar, 1996; Jee, Park, Haam & Lee,2002)。
四十多年來變壓吸附空分制氧技術的研究進展主要表現在兩個方面:一是空分制氧吸附劑和其吸附理論的研究方面，二是空分制氧工藝循環過程的研究方面(Sircar,1994;Ruthven.Farooq&Knaebel, 1994)。國內對這項技術的研究儘管起步較早，然而在較長的一段時間內發展相對較緩。直至進入九十年代以來，變壓吸附制氧設備的優越性才逐漸被國人認可，近幾年各種流程的設備相繼投產為各行各業帶來了巨大的經濟效益。
變溫吸附
吸附分離方法
任何一種吸附對於同一被吸附氣體（吸附質）來說，在吸附平衡情況下，溫度越低，壓力越高，吸附量越大。反之，溫度越高，壓力越低，則吸附量越小。因此，氣體的吸附分離方法，通常採用變溫吸附或變壓吸附兩種循環過程。
變溫吸附原理
變壓吸附原理
如果溫度不變，在加壓的情況下吸附，用減壓（抽真空）或常壓解吸的方法，稱為變壓吸附。可見，變壓吸附是通過改變壓力來吸附和解吸的。變壓吸附操作由於吸附劑的熱導率較小，吸附熱和解吸熱所引起的吸附劑床層溫度變化不大，故可將其看成等溫過程，它的工況近似地沿著常溫吸附等溫線進行，在較高壓力（P2）下吸附，在較低壓力（P1）下解吸。變壓吸附既然沿著吸附等溫線進行，從靜態吸附平衡來看，吸附等溫線的斜率對它的是影響很大的，在溫度不變的情況下，壓力和吸附量之間的關係，如圖1所示，圖中PH表示吸附壓力，PL表示解吸（減壓後）壓力，這時PH與PL所應的吸附量的差，實質上是有效吸附量，以Ve表示之。顯然，直線型吸附等溫線的有效吸附量比曲線型（Langmuir型）的要來得大。
圖1 等溫吸附曲線
圖1 等溫吸附曲線吸附常常是在壓力環境下進行的，變壓吸附提出了加壓和減壓相結合的方法，它通常是由加壓吸附、減壓再組成的吸附一解吸系統。在等溫的情況下，利用加壓吸附和減壓解吸組合成吸附操作循環過程。吸附劑對吸附質的吸附量隨著壓力的升高而增加，並隨著壓力的降低而減少，同時在減壓（降至常壓或抽真空）過程中，放出被吸附的氣體，使吸附劑再生，外界不需要供給熱量便可進行吸附劑的再生。因此，變壓吸附既稱等溫吸附，又稱無熱再生吸附。
變壓吸附過程
吸附過程
來自空氣壓縮機的壓縮空氣，首先進入冷乾機脫除水分，然後進入由兩台吸附塔組成的PSA制氮裝置，利用塔中裝填的專用碳分子篩吸附劑選擇性地吸附掉O2、CO2等雜質氣體組分，而作為產品氣N2將以99%的純度由塔頂排出。
吸附劑再生
在降壓時，吸附劑吸附的氧氣解吸出來，通過塔底逆放排出，經吹洗後，吸附劑得以再生。完成再生後的吸附劑經均壓升壓和產品升壓後又可轉入吸附。兩塔交替使用，達到連續分離空氣制氮的目的。
