Сорбционные процессы

Постоянные 
газы.
В 
промышленности 
имеется 
ряд 
водородсодержащих потоков и потребность в извлечении содержащегося в 
них водорода. К числу таких потоков относятся газы конверсии 
углеводородного топлива, нефтезаводские газы и др. Типичными 
веществами, сопутствующими водороду, являются азот, оксид углерода, 
метан, диоксид углерода. По отношению к водороду и многим 
сопутствующим ему газам применим термин «постоянные газы». Он 
заимствован из техники низкотемпературного разделения газов и означает, 

---

137 
что данное вещество не может быть переведено в жидкое состояние при 
комнатной температуре при любом, сколь угодно высоком, повышении 
давления. Оно предварительно должно быть охлаждено до температуры 
более низкой, чем температура критическая. До последнего времени не было 
простого промышленного способа разделения смесей постоянных газов, 
кроме низкотемпературной ректификации, и адсорбция в своем безнагревном 
исполнении, наряду с мембранной технологией, стала таким альтернативным 
методом. 
Некоторые особенности адсорбции постоянных газов. 
Постоянные 
газы 
отличаются 
низкой 
нормальной 
температурой 
кипения 
и, 
следовательно, на всех адсорбентах адсорбируются плохо. Коэффициент 
распределения, например, азота при адсорбции на цеолитах более, чем на три 
- четыре порядка, ниже, чем коэффициент распределения воды. С другой 
стороны, способность постоянных газов не конденсироваться позволяет 
проводить адсорбционные процессы при давлениях значительно более 
высоких, чем давление, при котором производят удаление паров. 
На рис.2.30 приведены изотермы адсорбции некоторых постоянных 
газов на микропористом активном угле при комнатной температуре. Те 
изотермы, которые приведены на рисунке, носят название изотерм 
избыточной адсорбции. Кроме них, существуют изотермы полной сорбции. 
Разница между величиной полной и избыточной адсорбции равна количеству
Рис.2.30. Изотермы избыточной адсорбции постоянных газов на 
микропористом адсорбенте при комнатной температуре. 
адсорбата, находящемуся в свободном объеме пор адсорбента. Так как с 
ростом давления плотность газа в объеме пор возрастает и его содержание в 
них увеличивается, то величина избыточной адсорбции проходит через 
максимум. Его положение слабо зависит от типа адсорбата и типа 
микропористого адсорбента: оно лежит между 4 – 5 МПа. 
На начальном и среднем участках изотермы адсорбции газов почти 
линейны и достаточно строго характеризуются коэффициентами Генри. 
Благодаря линейности (почти линейности) изотерм, количество потока, 
очищаемого в течение единичной стадии адсорбции, не зависит от 
концентрации адсорбата в нем. При наличии в потоке двух и более 

---

138 
адсорбатов, если оба они имеют линейные изотермы адсорбции, то оба они
адсорбируются независимо друг от друга. Эти особенности позволяют 
рассматривать процесс разделения многокомпонентной смеси постоянных 
газов, как процесс разделения условно бинарной смеси, которую образуют 
два вещества с самыми низкими значениями коэффициентов Генри.
Определим характерное время отработки гранулы для процесса 
очистки водорода от азота при комнатной температуре с помощью активного 
угля. Коэффициент Генри при адсорбции азота на угле равен: Г = 3. 
Коэффициент нормальной диффузии азота в среде водорода при 
атмосферном давлении равен 7,6.10
-6 
м
2
/с. Процесс проходит при 3 МПа, и 
коэффициент диффузии в объеме пор при этом давлении будет равен: D = 
(0,4/1,5
2
)(7,6.10
-6
0,1/3) = 4,5.10
-8 
м
2
/с. Характерное время составит t
x 
= 3.1. 
10
-6
/3,14
2
.4,5.10
-8
= 7 с. Длительность стадий в процессах выделения 
водорода составляет τ = 240 – 300 с. Поэтому можно считать, что гранулы 
адсорбента отрабатываются почти полностью .