吸附是指:當兩種相態不同的物質接觸時,其中密度較低物質的分子在密度較高的物質表面被富集的現象和過程。具有吸附作用的物質(一般為密度相對較大的多孔固體)被稱為吸附劑,被吸附的物質(一般為密度相對較小的氣體)稱為吸附質。
變壓吸附氫提純裝置中的吸附主要為物理吸附。物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質分子間的分子力(包括范德華力和電磁力)進行的吸附。其特點是:吸附過程中沒有化學反應,吸附過程進行得極快,參與吸附的各相物質間的動態平衡在瞬間即可完成,并且這種吸附是完全可逆的。
變壓吸附提氫工藝過程之所以得以實現是由于吸附劑在這種物理吸附中所具有的兩個性質:一是對不同組分的吸附能力不同,二是吸附質在吸附劑上的吸附容量隨吸附質的分壓上升而增加,隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的***個性質,可實現對含氫氣源中雜質組分的優先吸附而實現氫提純的目的;利用吸附劑的第二個性質,可實現吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解吸再生,從而構成吸附劑的吸附與再生循環,達到連續提氫的目的。
工業PSA裝置所選用的吸附劑都是具有較大比表面積的固體顆粒,主要有:活性氧化鋁類、活性炭類、硅膠類和分子篩類。吸附劑***重要的物理特征包括孔容積、孔徑分布、表面積和表面性質等。不同的吸附劑由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面積和不同的表面性質,因而對混合氣體中的各組分具有不同的吸附能力和吸附容量。
對于組成復雜的氣源,在實際應用中常常需要多種吸附劑,按吸附性能依次分層裝填組成復合吸附床,才能達到分離所需產品組分的目的。