变压吸附法净化氢气分析

孙涛++张厚智++孙兰强

摘 要：变压吸附法简称PSA，这种方法可以有效将粗氢中的一氧化碳、二氧化碳等杂质进行有效的吸附出来，从而能够生产纯净的氢气。变压吸附法的特点就是操作简便，对温度没有太大要求，而且在净化的时候不会对环境产生污染。所以本篇文章就对变压吸附法净化氢气进行研究分析。希望这种技术在未来会有更大发展空间。

关键词：变压吸附法；净化；氢气

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.035

变压吸附法净化气体是现在正在蓬勃发展的一项技术，它在越来越多的方面得到应用。变压吸附法是一项复杂的技术，在进行气体净化的时候用到的是物理方法，在能够净化多种气体的同时还能保证被净化气体的纯净度，所以变压吸附法是现在最常用的一种氢气净化方法。

1 吸附法原理

每一种东西都具有它特有的外表形态和内部密度，所以密度不同的物体进行接触的时候，密度较高的物体就会将密度较低的物体吸附过来。所以能够吸附其他物质的物体叫做吸附剂。吸附剂能够吸附其他物品是因为它表面的自由能较高，只有吸附其他物质来降低自身的自由能，从而达到一个平衡的表面环境。利用这个原理就可以用吸附剂对气体进行净化作用.吸附有化学吸附和物理吸附两种吸附方法，其中物理吸附方法就是依靠不同物质之间的内部力进行一个自主吸附的过程。而化学方法就是通过化学反应将不同的物质进行紧紧的吸附在一起。物理吸附是物体之间自主发生的吸附，所以这种吸附可以通过改变环境可以逆向进行。而化学吸附通过化学反应进行吸附，改变了物体内部的结构，所以是一中不可逆的吸附。变压吸附法是一种纯物理的方法，它的特点就是对吸附剂的使用较少，并且能够很好的对吸附剂进行利用，反应的速度非常快。所以这种方法应用的最广泛。

2 变压吸附法的原理

变压吸附法[1]，顾名思义就是在不同的压力下对物质进行吸附。变压吸附法在应用的时候，通过高压力将气体中的杂质物体都吸附起来，然后再在低压的环境下将吸附的杂质进行气解处理，从而根据不同的压力条件来获取不同的气体。变压吸附有两个特点，第一，吸附剂对不同物质的吸附能力不同。第二，压力与吸附剂的吸附能力有关。通过第一个特点，我们可以设置一定的压力对氢气进行净化处理，从而得到纯净的氢气。利用第二个特点，我们可以增大压力提高吸附剂的利用率，然后将吸附杂质以后的吸附剂移动到低压环境之中，进行气解处理，使吸附剂可以循环利用。在选取吸附剂的时候一定要选取吸附能力强和吸附容量多的吸附剂，这样才能更快的进行吸附和气解，加大了氢气净化的效率。

3 变压吸附法提取氢气

3.1 吸附剂的选用

吸附剂主要有活性Al2O3、活性炭还有硅胶等物质。因为活性Al2O3具有你亲水性，所以可以用来除去氢气中的水分子。而硅胶不但对水具有很好的吸附作用，对二氧化碳也能进行很好的吸附。活性炭主要是能够吸附有机分子。最近几年由于对技术的改革，研发出来有机高聚酯树脂材料，这种材料的缺点就是吸附量较少，机械性能差，所以现在应用的还不是很广泛。因为不同的吸附剂对杂质的吸附能力不同，所以要根据不同的杂质以及吸附要求对吸附剂进行选用。对于难以吸附的物质就要选用强力吸附剂，而对于极易吸附的物质就可以选用吸附能力弱的吸附剂，这样就可以对吸附剂进行合理配比，增强吸附效果。

3.2 变压吸附过程

吸附是在吸附床上进行的，因为考虑到对吸附剂的循环利用，所以吸附过程是间歇进行的。伴随着吸附过程的进行，逐渐达到了吸附的平衡。这整个过程包括吸附过程、均压降压过程、顺放过程、逆放过程、冲洗过程、均压升压过程和产品气升压过程。吸附过程：粗氢进入吸附床，不同的杂质被不同的吸附剂所吸附，氢气逐渐运行带吸附床的出口时，吸附过程结束；均压降压过程：在吸附完成以后将压力均匀降低回收，然后将清洁的氢气进行回收；顺放过程：顺着冲洗床的方向进行减压，然后将减出来的氢气回收利用；逆放过程：顺放结束以后，逆着方向将压力逐渐恢复正常值，这个过程也是解吸吸附剂的过程；冲洗过程：因为杂质在吸附剂里边残留，所以要继续降低压力，将杂质继续排除出来，完成对吸附剂的清洗；均压升压过程：与均压降压过程相反，均压升压就是对吸附床进行升压处理，同时回收未被吸附杂质的氢气；产品气升压过程：用净化干净的氢气来提升吸附床的压力，以此来达到持续工作的要求。

3.3 变压吸附法的发展及应用

变压吸附法是一种净化气体杂质十分有效的办法[2]，我国通过不断的研究，已经对变压吸附法有了独到的见解，并且将变压吸附法应用到饰品、化工、农业、国防等等不同的领域。我国早在72年就开始了对变压吸附法的研究，82年制造了第一套变压吸附的工业装置。随着研究的不断深入，中国已经具有世界顶尖水平，变压吸附法应用的领域也在不断扩大。现在工业上使用的多是等压型的变压吸附装置，非等压型快速变压装置对操作的要求比较低，压力损失的较大，又因为装置简单，循环周期比较快，所以得到的产品精度不高，净化的效率也不高，所以这种方法只能是小范围内使用。速度分离型的吸附速度非常快，能够在很短的时间内完成吸附工作。这种方式的原理就是利用不同气体分子在吸附剂中扩散速度快慢来完成的，活性炭吸附剂就是运用的这种原理。

4 变压吸附法净化氢气注意的问题

因为在气解的过程中会有杂质的残留，所以一定添加余量，并且一定要控制均压和顺放的速度，防止压力变化过快对吸附剂造成破坏。在装填吸附剂的时候一定要将吸附剂装填密实均匀。在进行冲洗的过程中尽量将吸附剂冲洗干净。对于难以吸附的物质，可以提前对其进行处理，使吸附过程中便于吸附。在进行氢气精华的过程中选择好的程控阀门也是很有必要的。因为选用的吸附剂都对水有很好的吸附作用，所以在净化的时候一定要防止水对净化结果的影响。

5 结束语

变压吸附法能够很好的对氢气进行净化作用，通过对吸附剂的合理选用可以很好的将氢气之中的杂质净化干净，得到纯净的氢气。当然，在进行变压吸附法净化氢气的过程中还有许多问题需要注意。如果出现问题不能很好的处理就会很影响净化氢气的浓度和工作效率。随着科技的发展，变压吸附法也会更加成熟，肯定会在更多的领域运用。

参考文献：

[1]陈惊波. 变压吸附法净化氢气的研究[D].南京工业大学，2005.

[2]吝子东.变压吸附法净化氢气[J].舰船防化，2003（02）：12-04.