《制氢技术》教案20变压吸附法回收提纯氢气

一、教案头编号：20授课班级22氢能技术1班授课日期2024年6月3日本次课标题：变压吸附法回收提纯氢气教学目标知识目标了解变压吸附法提纯氢气的优点；掌握变压吸附的基本原理；掌握变压吸附循环的基本步骤；掌握焦炉煤气变压吸附制氢工艺过程以及合成氨厂尾气变压吸附提氢流程。能力目标能正确讲述焦炉煤气变压吸附制氢的工艺流程。教学重点变压吸附的基本原理教学难点变压吸附的基本原理参考资料《氢能与制氢技术》第二版吴素芳浙江大学出版社2021-7

二、教学设计(第20次课)步骤教学内容教学方法教学手段时间分配告知(教学内容、目的）告知目标：了解变压吸附法提纯氢气的优点；掌握变压吸附的基本原理；掌握变压吸附循环的基本步骤；焦炉煤气变压吸附制氢工艺过程以及合成氨厂尾气变压吸附提氢流程。讲授课件、板书5分钟引入（任务项目）变压吸附法提纯氢气的优点：(1)能耗低。(2)产品纯度高且可灵活调节。产品纯度最高可达99.9999%,并可根据工艺条件的变化,在较大范围内随意调节产品氢的纯度。(3)工艺流程简单,可实现多种气体的分离,对水、硫化物、氨、怪类等杂质有较强的承受能力,无需复杂的预处理工序。(4)装置由计算机控制,自动化程度高,操作方便,装置可以实现全自动操作。(5)装置调节能力强,操作弹性大。(6)投资小,操作费用低,维护简单。(7)吸附剂使用周期长,一般可以使用10年以上。(8)装置可靠性高。(9)环境效益好。设问启发讨论课件10分钟操练（掌握初步或基本能力）吸附(adsorption)是指用多孔性的固体吸附剂处理流体混合物,使其中所含的一种或数种组分被吸附在固体表面上以达到分离的操作。具有吸附作用的、密度相对较大的多孔固体被称为吸附剂(adsorbent);被吸附的、密度相对较小的气体或液体被称为吸附质(adsorbate)。吸附按性质不同可分两大类:化学吸附和物理吸附。变压吸附主要为物理吸附。物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力,包括范德华力和电磁力,进行的吸附,其特点是:吸附过程中没有化学反应,吸附过程进行得极快,参与吸附的各相物质间的动态平衡在瞬时即可完成,并且这种吸附是完全可逆的。物理吸附的吸附量可用吸附等温式来表示。应用较为广泛的吸附等温式有Langmuir吸附等温式,BET吸附等温式、Freundlich吸附等温式和焦姆金吸附等温式。变压吸附分离技术基于气体在固体吸附剂上的物理吸附平衡的原理,以吸附剂在不同压力条件下对混合物中不同组分平衡吸附量的差异为基础,在高压下进行吸附,在低压下脱附,从而实现混合物分离的化工循环操作过程。讲授教师示范课件、板书、操作演示20分钟深化（加深对基本能力的体会）对于变压吸附循环过程,根据吸附剂的再生的方法有以下几个步骤：吸附剂是吸附工艺的基础和核心,在对原料气进行分离提纯之前首先要选择合适的吸附剂。吸附法制氢所用的吸附剂必须满足以下三个条件:吸附容量大,即单位体积或单位重量的吸附剂应能吸附尽可能多的吸附质。通常吸附剂的吸附容量与吸附剂的比表面积、微孔体积及吸附剂的密度有关。一般来说比表面积越大,吸附剂的体积吸附量也就越大。吸附选择性高,即吸附剂应具有对含氢原料气中的一种或几种杂质成分进行选择性吸附而对其他组分基本不吸附或吸附量很小的性能。吸附剂容易再生。重点讲解教师示范课件、板书20分钟训练巩固拓展检验焦炉煤气变压吸附制氢工艺过程分为原料压缩工序、冷冻净化分离工序、变压吸附脱碳怪工序,脱硫压缩工序、变压吸附制氢和脱氧五道工序。焦炉煤气变压吸附制氢工艺流程见图8.3。合成氨厂尾气变压吸附提氢广泛采用四塔流程,图8.4所示为合成氨驰放气变压吸附提氢的工艺流程图。该工艺操作中,尾气先经高压水洗除NH,硅胶