變壓吸附(Pressure Swing Adsorption.簡稱PSA),是一種新型氣體吸附分離技術(shù),它有如下優(yōu)點(diǎn):產(chǎn)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(chǎn)品純度高;設(shè)備簡單,操作、維護(hù)簡便;連續(xù)循環(huán)操作,可完全達(dá)到自動化。因此,當(dāng)這種新技術(shù)問世后,就受到各國工業(yè)界的關(guān)注,競相開發(fā)和研究,發(fā)展迅速,并日益成熟
如果壓力不變,在常溫或低溫的情況下吸附,用高溫解吸的方法,稱為變溫吸附(簡稱TSA)。顯然,變溫吸附是通過改變溫度來進(jìn)行吸附和解吸的。變溫吸附操作是在低溫(常溫)吸附等溫線和高溫吸附等溫線之間的垂線進(jìn)行,由于吸附劑的比熱容較大,熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù))較小,升溫和降溫都需要較長的時間,操作上比較麻煩,因此變溫吸附主要用于含吸附質(zhì)較少的氣體凈化方面。
在大自然中,有純凈的碳。比如說,金剛石便是非常純凈的碳——在純凈的氧氣中,金剛石居然會燃燒,變成二氧化碳!金剛石是堅硬的東西,人們用它來裁玻璃,或者裝在鉆探機(jī)的鉆頭上,成為向地層深處進(jìn)軍的開路。不過,天然的金剛石終究不多,不能滿足工業(yè)上的需要。我國已試制成功人造金剛石——在高溫高壓下,用石墨制造金剛石。
常用的空氣分離方法是低溫精餾法分離。低溫分離方法通過壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài),經(jīng)過低溫精餾根據(jù)不同沸點(diǎn)而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w的設(shè)備,廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的冶金、新型煤化工、大型氮肥、氣體供應(yīng)等領(lǐng)域。
其它空氣分離方法,如膜分離法、變壓吸附法(PSA)和真空變壓吸附法(VPSA)等,主要是應(yīng)用于從空氣中分離單一組分。而用于半導(dǎo)體器件制造的高純氧、氮和氬需要低溫精餾法。同樣,稀有氣體氖、氪和氙的可行來源是也使用低溫精餾法。
因此低溫精餾法是重要的空氣分離方法。
自然界中存在一種天然硅鋁酸鹽,它們具有篩分分子、吸附、離子交換和催化作用。這種天然物質(zhì)稱為沸石,人工合成的沸石也稱為分子篩。分子篩的化學(xué)組成通式為:(M)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O,M代表金屬離子(人工合成時通常為Na),n代表金屬離子價數(shù), x代表SiO2的摩爾數(shù),也稱為硅鋁比,p代表水的摩爾數(shù)。分子篩骨架的基本結(jié)構(gòu)是 SiO4和AlO4四面體,通過共有的氧原子結(jié)合而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶。這種結(jié)合形式,構(gòu)成了具有分子級、孔徑均勻的空洞及孔道。由于結(jié)構(gòu)不同,形式不同,“籠”形的空間孔洞分為α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “籠”的結(jié)構(gòu)。A型、X型和Y型分子篩的晶體結(jié)構(gòu)見圖1,圖2。