各种吸附剂对气体吸附强弱的多少很不相同，按吸附强弱排列如下：

活性炭：H₂S>C₃H₈>C₂H₆>C₂H₄>CO₂>CH₄>CO>N₂>O₂>Ar>H₂

分子筛：H₂O> NH₃>H₂S>SO₂>CO₂> C₂H₄>C₂H₆>CO>CH₄>N₂＞O₂>Ar>H₂

硅胶：C₃H₈>C₂H₂>CO₂>C₂H₄>CH₆>CH₄>CO>N₂>O₂>Ar>H₂

活性氧化铝：C₃H₈>C₂H₄>C₂H₆>CH₄

碳分子筛：CO₂>CH₄>CO>N₂>O₂>H₂

以上5种吸附剂对多种气体吸附比较，也是色谱分离分析(出峰的次序)的基础。

因此，对于已确定的应用，了解气体组分与分离有关的性质，去选择适用的吸附剂。例如极性大小、烃类的链长、饱和度以及气体组分的分子尺寸和结构等。

在大规模气体纯化过程中最具代表的是变温吸附和变压吸附。

1．变温吸附

变温吸附(temperature-swing adsorption, TSA)是基于加入与冲洗相结合再生的循环工艺，图2.10是二床TSA循环工艺的原理示意图。典型的情况是吸附(物)质在原料气中的浓度很低，仅为几个质量分数或更低，在吸附期间床层温度接
近于等温，大部分吸附热被气流带走。在再生期间床层加热，通常采用热气体或水蒸气在低压下通过直接加热吸附剂，而不采用通过床壁或床内盘管间接加热吸附剂，因为前者加热的效果明显好于后者。提供这些热量是为了加热吸附剂(同时包括容器在内)和解析吸附质所需要的能量。热的气体既是载热体又是冲洗气，它不仅将热量送入床层，还可以不断地将解析出来的吸附质及时带出床层，提高了解析效率。也可采用微波加热方式。

热气体通常采用在吸附过程中，对弱吸附气体或惰性气体作为再生气体，其压力接近大气压力，经加热后输入床层，假如吸附时压力较高，通常在再生时先将床层压力降低。在一些情况下，解析的吸附质通过冷却可以从流出床层的冲洗气流中冷凝下来，在这种工艺中吸附质很容易被回收。除去冷凝物质的气流，其吸附质的含量比原料气低很多，根据需要可以加入到原料气中，或再循环做再生气和排放。

图2.10  二床TSA循环工艺原理图

1－吸附塔;2－加热器;3－冷却器;4－分离器;5－鼓风机

因为加热和冷却都是缓慢过程，所需时间通常很长，因此吸附时间必须等于或大于再生时间，以保证在再生结束时，处于吸附状态的床层吸附质不致失效。由于这个特点，变温吸附工艺不能采用以吸附(扩散)速率为分离机理的吸附剂如碳分子筛；同样，如果吸附质在原料气中的浓度很高，为了使吸附阶段的时间与再生的时间相匹配，就需要很大的吸附床或并列很多个床，从经济角度看都是不利的。因此这种循环较适用于微量杂质的脱除和气体的提纯过程，或者通过降压及冲洗都无法获得较好解吸的场合。

固定床变温吸附工艺常用于气体干燥、原料气净化、废气中脱除低浓度组分和最终气体的精制等，低沸点气体如H₂,He的纯化是变温吸附在电子气的主要应用。工业纯度的低沸点气体均含有1％～3％的杂质组分，其中除了可以很容易用其他方法脱除的那些高沸点气体组分外，还有一些用其他方法很难脱除的低沸点组分，尤其如Ar,N₂,Ne等。若采用常温吸附的方法，由于吸附温度远离被吸附气体的沸点温度，它们在吸附剂上的容量都非常小，以至于再生床层开始加热时，吸附床层的吸附质浓度已经转效。换言之，即在常温下吸附质的吸附容量已经不能使床层吸附时间长到足以满足再生床层所需要的时间，从而无法达到循环操作的目的。因为吸附是放热反应，降低温度有利于吸附，这是热力学的必然结果。当吸附温度接近吸附质的冷凝温度时，吸附质将被强烈地吸附。随着温度的下降，吸附容量明显地增加。例如在吸附温度为-129℃时，N₂的吸附容量约是10℃的11倍。另外，在吸附压力为32.8kPa,温度接近N2的沸点温度-194.8℃时，N₂在10X分子筛上的吸附容量约为0℃时的36倍。因此，由于吸附容量大幅度增加而使得实际的吸附时间可以等于或大于再生时间，从而使得用变温吸附净化低沸点气体成为可能。

当吸附质分子(如N₂,Ar,CO)的大小与分子筛的孔径接近时，温度对吸附容量的影响就会出现特殊情况。如图2.11为O₂,N₂,Ar,CO等气体在NaA分子筛上的吸附等压线，其中O₂的吸附等压线与N₂,Ar,CO不同。O₂在4A分子筛上的吸附容量随温度的下降而增加，在0℃时只有微量的吸附，而在-196℃时吸附容量达到130m1/g(18.6％体积分数)；对于N₂,Ar,CO等气体，在-110～-80℃附近有一极大值。这是由于N₂,Ar,CO等气体分子的大小和4A分子筛的孔径接近，在很低温度时活化能很低，分子筛的孔径发生收缩，从而增加了这些分子在晶格中扩散的困难，因此温度下降反而使吸附容量下降。对于氦和氢而言，氦气是沸点最低的气体(-269℃)，其次是氢气(-252.8℃)，即使在液氮温度时，它们的吸附容量与氖相比仍然很低。低温冷凝适宜从氢纯度30％～80％提高到90％～98％纯度。为了进一步提高氢纯度必须低温精馏或低温吸附，而低温精馏只能提高到99％纯度，要达到5N或6N纯度氢气，就得要采用低温吸附。图2.12是高纯氢的低温吸附流程图。为使纯化装置连续运行，通常使用两塔流程。即一塔吸附，另外一塔再生。并按设定周期定时切换。吸附剂的选择原则是既要有较高的杂质的吸附量和吸附深度，又要易于再生。一般选用细孔硅胶或活性氧化铝为吸附剂。吸附操作温度在80～85K，以液氮作冷源。压力对吸附量的影响与低温冷凝相似，过高压力将使主组分气氢的吸附量增大，由于共吸附的影响，杂质组分的吸附量反而降低。经验表明，在2.08～4.85MPa范围内，除去氢中CO,Ar,N₂,O₂杂质的能力最大。吸附剂再生方法根据综合评估确定：若采用常温低压纯氢逆向吹洗，吹洗耗气量约为处理气量的30％～40％，再生时间一般为吸附时间的1/3。为节省再生用气量，也可以使用经预热后的低压纯气反吹，耗气量的多少视预热温度而定，通常可降到10％左右，再生时间亦相应缩短，但再生冷耗增大；也可以采用先卸压回收死空间氢，再用反吹与抽空结合的方法再生，这样，既节省了气量，又不消耗太多液氮。

图2.11  四种气体在4A分子筛上的吸附等温线

图2.12  低温吸附制造高纯氢