Was ist der Unterschied zwischen Druckwechseladsorption (PSA) und Temperaturwechseladsorption (TSA)?

In praktischen industriellen Anwendungen können adsorptive Trennverfahren allgemein unterteilt werden in Druckwechseladsorption (PSA) und Temperaturwechseladsorption (TSA). Aus der Sorptionsisotherme des Adsorptionsmittels ist ersichtlich, dass das Adsorptionsmittel bei hohem Druck eine höhere Adsorptionskapazität für Verunreinigungen aufweist, andernfalls geringer. Gleichzeitig zeigt die Sorptionsisobare, dass das Molekularsieb bei gleichem Druck eine größere Menge an Verunreinigungen adsorbiert, wenn die Temperatur niedriger ist. Das adsorptive Trennverfahren, das die erstgenannte Eigenschaft des Adsorptionsmittels nutzt, wird Druckwechseladsorption (PSA) genannt, das die letztere nutzt, Temperaturwechseladsorption (TSA).

In der Praxis werden die TSA-, PSA- oder TSA+PSA-Verfahren in der Regel entsprechend den Komponenten, dem Druck der Luftquelle und den Anforderungen an das Produktgas ausgewählt.

Bei der Temperaturwechseladsorption muss das Siebbett erhitzt werden. Daher wird es aufgrund seiner langen Zyklusdauer, hohen Investitionen und hohen Siebgenerierung meist zur Reinigung von Spurenverunreinigungen oder schwer desorbierbaren Elementen eingesetzt. Im Vergleich dazu wird die Druckwechseladsorption aufgrund ihrer kurzen Zykluszeit, hohen Adsorptionsmittelausnutzung, geringen Adsorptionsmittelmengen und ohne externe Wärmetauscherausrüstung häufig bei der Trennung und Reinigung großer Mengen gemischter Einsatzgase eingesetzt.

Bei der Druckwechseladsorption (PSA) adsorbiert das Molekularsieb normalerweise die leicht adsorbierbaren Komponenten im Mischgas bei normaler Temperatur und relativ höherem Druck, sodass die nicht leicht adsorbierbaren Komponenten aus einem Ende des Bettes ausströmen. Dann wird der Druck des Adsorptionsbettes auf das normale Niveau reduziert, und die adsorbierten Bestandteile werden desorbiert und aus dem anderen Ende des Bettes abgegeben, wodurch eine Gastrennung und -reinigung erreicht und das Adsorptionsmittel regeneriert wird.

Im Allgemeinen können die adsorbierten Verunreinigungen jedoch nicht vollständig desorbiert werden, selbst wenn der Druck des Siebbettes auf Normaldruck abfällt. Zu diesem Zeitpunkt können zwei Methoden angewendet werden, um das Adsorptionsmittel vollständig zu regenerieren: Erstens das Spülen des Bettes mit Produktgas, um die schwerer desorbierbaren Verunreinigungen zu zersetzen; der Vorteil besteht darin, dass dies bei Normaldruck erfolgen kann, während ein Teil des Produktgases verloren geht. Die zweite Methode ist das Hinzufügen eines Vakuums für den Regenerationsprozess, bei dem Verunreinigungen unter Unterdruck zwangsweise desorbiert werden, was allgemein als Vakuum-Druckwechsel-Adsorption (VPSA)bezeichnet wird. Das VPSA-Verfahren hat eine überragende Regenerationswirkung und eine hohe Produktgasausbeute. Der Nachteil besteht darin, dass eine Vakuumpumpe erforderlich ist. In der praktischen Anwendung hängt die Wahl des oben genannten Verfahrens hauptsächlich von der Zusammensetzung, dem Volumen und den Produktanforderungen des Einsatzstroms sowie von den Investitionskosten und dem Standort des Werks ab.