气体工业名词术语

吸附

    气体分子碰撞固体表面, 失去一定的动能而被滞留在固体表面的现象叫吸附。吸附作用因吸附分子(或称吸附质) 和固体(或称吸附剂) 的相互作用力的性质而区分为物理吸附和化学吸附两种。

    物理吸附的特点是: 气体分子可以吸附凝结在固体表面任何位置上, 与吸附剂之间的作用力是分子之间相互作用的内聚力(或称范德瓦耳力) 或凝聚力。这种力比较弱, 因而分子吸附时放出的热量比较小。吸附剂的选择依据是吸附物质的极性、沸点、分子直径、吸附剂孔径、吸附温度等多项因素。在特种气体提纯工艺中, 利用固体吸附作用可将气体中的杂质除到10-6～ 10-8数量级。

    化学吸附的特点是: 分子多半解离成原子或原子基吸附于固体表面上。作用力的性质是化学键力, 即有电子在吸附分子和吸附剂之间转移或共用而产生化学键。由于化学键力作用范围只及一个原子的距离,因此化学吸附只能是单原子层, 但结合的力比较大,吸附时放出的热也比较多。化学吸附具有化学反应的性质, 对吸附分子的种类有选择性, 而对能吸附的分子还有能量选择, 即大于某一定能量分子才能

被吸附

    吸附可区分为变温吸附和变压吸附两大类。变温吸附多指低温吸附, 采用这种工艺可以制取高纯和超高纯气体; 变压吸附可以制取纯度为991999% 的高纯气(例如高纯氢气)。

吸附剂

    对不同气体有选择性吸附能力的多孔物质称为吸附剂。气体分离用的吸附剂有: 硅胶、活性炭、分子筛、氧化铝以及针对某种组分有选择性吸附能力的专用吸附剂。分子筛是一种碱金属铝硅酸盐晶体, 它的基团构成空腔状的晶胞, 每个晶胞上有数个小洞孔(窗口) , 经高温焙烧排出所含水分后, 空腔状的晶胞之间由窗口相通, 形成许多坚固的网格状小孔或隧道似的微孔通道, 从表面直通内部, 形成极大的内表面积, 可对气体进行大量物理吸附。分子筛的孔径一般在3×10-12～ 1×10-7cm 之间, 目前常用的有3A、4A、5A、13X 分子筛以及PSA 空分制氮用的碳分子筛。椰子壳活性炭的吸附容量较大, 但磨耗率差一些。硅胶广泛用于脱除气体中的水分, 也适用于脱除氢气源中的氮、氧、氩等杂质, 吸附容量高, 不易粉化。衡量吸附剂的主要指标有: 对不同气体杂质的吸附容量、磨耗率、松装堆积密度、比表面积、抗压碎强度等。

低温吸附

    低温吸附的基本原理是利用吸附剂对不同气体的吸附容量随温度与压力的不同而有差异的特性, 在吸附剂选择吸附的条件下, 在低温高压下吸附混合物中的杂质组分, 未被吸附的产品气体排出; 升温减压或纯气吹洗以解吸这些杂质而使吸附剂得到再生。并联两台吸附器交换使用, 以达到连续制取所需产品气体的目的。它是一种变温吸附过程, 对于某些气体, 可以采用吸附膨胀法从吸附相得到产品, 这种方法仅限于小规模生产。吸附器的交换周期取决于气体组成、压力、温度、流量、吸附剂的吸附容量及装填量。应在技术经济分析的基础上来确定, 一般在几小时到几十小时之间。吸附剂的选择视分离对象而定, 主要有三大类, 即分子筛、活性炭和硅胶, 其次还有氧化铝及其它专用吸附剂。低温吸附的主要优点是纯化深度高, 通常可将杂质脱除到10-6～ 10-8数量级; 适用于大规模生产超纯气体。在空气分离提纯、稀有气体提纯、天然气分离提纯、特种气体制备、各种尾气分离等领域得到广泛的应用。

变压吸附

    变压吸附的基本原理是利用吸附剂对不同气体的吸附容量随压力的不同而有差异的特性, 在吸附剂选择吸附的条件下, 加压吸附混合物中的杂质(或产品) 组分, 减压解吸这些杂质(或产品) , 而使吸附剂得到再生, 以达到连续制取所需产品气体的目的。由于对产品的不同要求, 可在气相或吸附相获得, 从而构成了变压吸附的不同工艺步骤。