《表1 变压吸附空气分离制氧概括》

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《基于双回流变压吸附工艺的空气分离模拟及分析》

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变压吸附（pressure swing adsorption，PSA）是20世纪60年代兴起的一种新型气体分离技术，最早由Skarstrom[1]在1959年提出，之后被广泛应用于空气分离、空气干燥、氢气提纯、碳氢化合物分离等领域[2-8]。我国的变压吸附技术起步较晚，但是发展较快，许多研究者都对变压吸附空分制氧领域进行了详细探究[9-12]。一般来说，传统的变压吸附过程分为分离型变压吸附过程（stripping PSA）和富集型变压吸附过程（rectifying PSA）。分离型变压吸附是从高压吸附塔进料，塔顶的轻组分产品气回流冲洗低压塔，能够得到高纯度的轻组分产品气，例如氢气提纯，空气分离，碳氢化合物的分离多采用分离型变压吸附。但是压力比（吸附压力与解吸压力的比值）会限制重组分产品气的富集浓度，导致重组分产品气浓度较低，这种限制称为热力学限制。富集型变压吸附是从低压吸附塔进料，塔底的重组分产品气回流置换高压塔，能够得到纯度高的重组分产品气，但轻组分产品气的浓度依然受到热力学的制约。富集型变压吸附的主要应用领域有丙烷丙烯的分离，从烟道气回收CO2等。为了克服热力学限制以及传统变压吸附不能同时获得两种高纯度产品气的缺点，Leavitt等[13-14]提出了双回流变压吸附（dual-reflux PSA），该过程结合了stripping PSA和rectifying PSA的优点，在吸附塔中部某一位置进料，塔顶、塔底分别采用轻、重组分进行回流，在合适的压力比下，能够同时得到高浓度的轻、重组分产品气。2006年Kearns等[15-16]根据高压/低压进料、塔顶/塔底均压，提出了四种不同类型的dual-reflux PSA过程，并从理论上分析了各个过程的平衡方程模型以及从实际生产过程分析了吸附剂的生产能力、过程能耗等。Ruthven等[17-18]提出了PSA的平衡模型并将其应用到dual-reflux PSA中，该模型假设无气体扩散、无轴向压降、等温操作等。由于平衡模型过于理想化，与实际工艺操作条件不符，因此Schell等[19-23]提出了考虑非线性吸附等温线、压降、热效应、气相扩散等实际问题的动态模型，为实际dualreflux PSA的工艺设计提供了更加详细准确的指导。Diagne等[24-25]通过从空气中分离CO2，首次从实验的角度验证了双回流变压吸附过程的可行性。Intyre等[26-27]以WestVaco BAX-1500活性炭为吸附剂，通过双回流变压吸附实验，从低浓度碳氢化合物中回收乙烷。Li等[28-30]结合变压吸附双回流实验及模拟对CO2/N2和空气分离进行了详细探究。表1是采用变压吸附工艺分离空气制取氧气的文献概括。