Сорбционные процессы

Адсорбенты.
В основе процессов выделения водорода лежит тот факт, 
что в смесях водородсодержащих газов все компоненты имеют более 
высокую молекулярную массу и адсорбируются лучше, чем водород. 
Выделение водорода идет, следовательно, в результате сорбции компонентов 
под действием неспецифических дисперсионных сил. Они одинаковы у всех 
пористых материалов и природа адсорбента, исключая один случай, о 
котором будет сказано ниже, не имеет значения. Важно только, чтобы 
адсорбент имел большую удельную поверхность, величина которой 
определяет величину адсорбции сопутствующих компонентов. В качестве 
поглотителей используют микропористые адсорбенты: активные угли и 
цеолиты NaX и СаА. Предпочтение отдают углям, которые дешевле и 
несколько проще в применении. 
Исключение образуют смеси, содержащие азот. Дело в том, что из всех 
сопутствующих компонентов азот имеет самое низкое значение 
коэффициента Генри и, наряду с самим водородом, образует бинарную смесь 
ключевых компонентов. Показатели процесса в присутствии азота будут 
лучше для цеолита, чем угля. Цеолит, как отмечалось выше, поглощает азот 
под действием дисперсионных и квадрупольных сил. В случае цеолитов азот 
перестает 
быть 
ключевым 
компонентом 
и 
им 
в 
типичных 
водородсодержащих смесях становится метан. 
Циклограмма 
и 
технологическая 
схема. 
Циклограмма 
и 
технологическая схема процесса выделения водорода приведены на рис.2.31 
и рис.2.32 Они очень сложны и прежде, чем приступить к их рассмотрению, 
объясним, почему в данном случае нельзя иметь такие простые технические 
решения, как для процессов осушки и очистки. 
Ответ заключается в значениях коэффициентов обогащения 
(коэффициентов Генри). Для воды, диоксида углерода и азота – ключевых 
компонентов трех процессов – они соответственно равны 1,5.10
4
, 2.10
2
и 3. 
Объем адсорбера обратно пропорционален коэффициенту обогащения 
(коэффициенту Генри) и при сопоставимых производительностях объем 

---

139 
адсорбера, используемого для выделения водорода, будет на 3 - 4 порядка 
больше, чем объем адсорбера – осушителя, и на два порядка больше, чем 
объем адсорбера в процессе очистки. Соответствующим образом относятся 
объемы газов, выделяющихся при переходе от стадии очистки – адсорбции, 
проводимой при повышенных давлениях, к стадии обратной продувки, 
идущей при атмосферном давлении или в вакууме. Выделяющийся газ, 
особенно если это водород, надо экономить, а единственным способом 
экономии является перепуск газа из разгружаемого адсорбера в адсорберы,
подготавливаемые к процессу адсорбции. Это определяет значительное 
количество адсорберов и сложные связи между ними. 
В водородном процессе все перепуски осуществляются одинаково.
Рис.2.31. Циклограмма работы установки, предназначенной для 
выделения чистого водорода. 
Водород из разгружаемого адсорбера выводят в том же направлении, в 
каком пропускался исходный газ, и направляют в параллельный адсорбер в 
направлении, противоположном направлению движения газа при адсорбции. 
Эти две связанные операции носят названия «прямоточного вывода» и 
«противоточного ввода». На циклограмме рис.2.31 они обозначены 
вертикальными стрелками. Принцип работы водородных установок 
проследим по циклограмме. Итак, в начальный момент времени, которому 
соответствует точка
а
на циклограмме, в адсорбере А начинается очистка 
водорода: исходный газ при давлении 1,5 - 4 МПа пропускают через этот 
адсорбер. Все компоненты газа поглощаются адсорбентом, но водород, 
имеющий очень низкий коэффициент Генри (для угля Г = 1,5), поглощается 

---

140 
в наименьшем количестве и в виде чистого водорода выходит из адсорбера. 
Очистку продолжают в течение времени, которое для адсорбера А отвечает 
интервалу 
аб
. Затем очищенный водород получают в адсорберах Б, В и Г, а 
затем снова в А. Процесс получения чистого водорода, таким образом, идет 
непрерывно. 
В момент времени 
б
адсорбент в адсорбере А начинают готовить к 
регенерации. Заполняющий его водород прямоточно стравливают в адсорбер 
В. Давление в А понижается , в В – возрастает. Этой операции отвечает 
участок