变压吸附提纯氢气的研究进展及应用

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.06.005

摘要/Abstract

摘要：

氢气作为一种清洁无碳、灵活高效的新型能源，其应用市场潜力巨大。变压吸附提纯氢气具有纯度高、能耗低、自动化程度高的特点，是当前制氢的主要分离技术，优化变压吸附工艺和改良吸附剂是变压吸附制氢进一步发展的关键。通过调研相关文献，综述了变压吸附制氢在理论模拟研究、工艺调控优化和吸附剂材料方面的研究进展及应用，并对变压吸附制氢技术的发展进行了展望。

关键词: 氢气提纯, 变压吸附, 提纯工艺, 甲醇重整, 吸附剂

Abstract:

As a new type of clean, carbon?free, sustainable and efficient energy source, hydrogen has great potential in the future energy mix. Hydrogen purification by pressure swing adsorption is the main separation technology for hydrogen production with high purity, low energy consumption and high degree of automation. In this paper the progress in research and application of pressure swing adsorption hydrogen production in theoretical simulation, process control optimization and adsorbent materials were critically reviewed, and the future development of pressure swing adsorption hydrogen production technology was prospected.

Key words: Hydrogen purification, Pressure swing adsorption, Purification process, Methanol reforming, Adsorbents

中图分类号:

TQ424

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图/表 4

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吸附等温线模型	吸附系统特点
Langmuir	吸附剂表面均匀且吸附位点单一
Sips	非均相表面吸附
Toth	非均匀吸附位点分布
Freundlich	非均质表面吸附
扩展Langmuir	多组分气体竞争吸附

吸附等温线模型	吸附系统特点
Langmuir	吸附剂表面均匀且吸附位点单一
Sips	非均相表面吸附
Toth	非均匀吸附位点分布
Freundlich	非均质表面吸附
扩展Langmuir	多组分气体竞争吸附

吸附剂种类	吸附剂特点及吸附特性
沸石	结构稳定，应用广泛，可吸附大部分杂质气体，包括较难分离的CO、N₂
活性炭	比表面积大，成本低，可吸附大部分杂质气体，对CO₂吸附效果较好
CMS	孔径分布均匀，热稳定性高，吸附CO₂效果较好，可用于空气分离
MOFs	分离效果和选择性良好，可用于提取氢气，热稳定性较差
活性氧化铝	比表面积较大，孔隙率良好，主要用于吸附H₂O和CO₂

吸附剂种类	吸附剂特点及吸附特性
沸石	结构稳定，应用广泛，可吸附大部分杂质气体，包括较难分离的CO、N₂
活性炭	比表面积大，成本低，可吸附大部分杂质气体，对CO₂吸附效果较好
CMS	孔径分布均匀，热稳定性高，吸附CO₂效果较好，可用于空气分离
MOFs	分离效果和选择性良好，可用于提取氢气，热稳定性较差
活性氧化铝	比表面积较大，孔隙率良好，主要用于吸附H₂O和CO₂

吸附剂种类	堆密度/（t•m^-3）	装填容积/m³	m（单塔吸附剂）/t	m（总吸附剂）/t	装填位置
活性氧化铝	0.75	0.067	0.050	0.300	下封头
活性炭	0.60	0.803	0.482	2.894	下部
分子筛	0.75	0.327	0.245	1.470	上部