一氧化碳分離提純方法分析研究

李 麗， 智芳芳， 馬茹燕

(晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030600)

1 研究目的和意義

CO是一種重要的化工原料氣體，在煉鋼工業(yè)做還原劑，但是其存在于工業(yè)氣體中能使催化劑失活屬于有害雜質(zhì)。在水煤氣制備過程中，以及石化等行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣中存在大量CO，往往與H2、CO2、N2及CH4等氣體混合，需要對其中的CO利用一定的方法進行分離提純才能加以利用。此外若CO排放到空氣中會對人體及環(huán)境造成較大的危害，CO在化工生產(chǎn)過程中也會對反應(yīng)中催化劑的性能有影響甚至失效，需要對CO進行分離提純。隨著經(jīng)濟及化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展及一氧化碳的重要性的突顯，研究分析一系列高效的CO吸附分離方法及工藝，對混合氣中重要化工氣體的有效分離應(yīng)用，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值。

2 分離提純方法

化工行業(yè)的深化發(fā)展對CO的需求有較高要求，利用CO增加羰基合成有機物越來越重要，我們需要不斷改進分離一氧化碳的技術(shù)以滿足生產(chǎn)要求。此外，一氧化碳來源廣泛，通常存在于CO2、H2及CH4等混合氣體中，需要對其中的CO利用一定的方法進行分離提純才能加以利用。常見的CO分離提純方法如下幾種。

2.1 氣體深冷分離法[1]

該法是一種物理分離方法，體現(xiàn)在其實現(xiàn)氣體的分離與凈化的主要途徑是在低溫條件下根據(jù)組分的沸點相異實現(xiàn)氣體液化分餾進而分離開來。但深冷分離法有其局限性，并不適用于沸點相近的CO和N2，難以實現(xiàn)CO從N2中脫離。另外由于低溫條件下各雜質(zhì)組分較易固化，容易引起堵塞管道，而深冷法實現(xiàn)的分離提純需要進行較復(fù)雜的預(yù)處理操作，因此造成深冷法設(shè)置設(shè)備相對復(fù)雜，不節(jié)能，系統(tǒng)投資大，運行費用高，也不能實現(xiàn)CO和N2分離，進而該方法在CO分離方法中已很少應(yīng)用[2]。

2.2 Cosorb氣體分離法

該方法是由美國Tenneco公司上世紀開發(fā)的一種溶液吸收分離法。其特點是在低溫一定壓力下，吸收溶劑甲苯溶液中含四氯化亞銅鋁與CO高效結(jié)合形成π絡(luò)合物，大大提高了選擇性吸收CO的效率，同時吸收溶液無腐蝕，對設(shè)備沒有損害，具有一定的優(yōu)越性。但缺點是在利用該法時，由于混合氣體需要復(fù)雜的預(yù)處理操作，難度在于溶劑氯化亞銅鋁會結(jié)合原料氣中的H2S、氨等成分進而形成不可逆反應(yīng)，進而減弱對CO的吸收有效度。因此Cosorb法分離吸收CO對原料氣凈化階段較為苛刻，并加上其設(shè)備和操作投資費用高，會對環(huán)境產(chǎn)生污染，不太符合環(huán)保要求。

2.3 氣體吸附分離法

吸附分離法是目前應(yīng)用較為廣泛的凈化氣體方法，目前從吸附條件的不同分為兩種吸附方法，一種是變壓吸附法(PSA)，另一種是變溫吸附法(TSA)[3]。PSA和 TSA法是利用固體絡(luò)合吸附劑吸附氣體組分性能根據(jù)壓力因素(或溫度因素)的不同而吸附性能發(fā)生變化的特點，氣體組分形成增壓達到較好吸附，降壓達到較好脫附的變化過程，達到分離提純目標氣體組分的目的。TSA變溫吸附氣體分離技術(shù)由于其能耗和設(shè)備費用高，吸附劑的使用壽命較短并且操作更復(fù)雜較難控制，在工業(yè)化發(fā)展中較多應(yīng)用PSA分離技術(shù)。目前PSA技術(shù)廣泛應(yīng)用于CO從含有CO2、H2以及CH4等混合氣體中高效分離。變壓吸附法適應(yīng)不同混合氣體，預(yù)處理過程相對簡單，系統(tǒng)裝置可在室溫下操作，無腐蝕無污染環(huán)保，整體工藝設(shè)置簡便，智能化成本低。 PSA技術(shù)在CO的分離提純工藝中應(yīng)用前景廣闊。

2.4 氣體絡(luò)合吸附法

PSA變壓吸附分離技術(shù)的關(guān)鍵還在于選用性能優(yōu)良的吸附劑，對提高目的氣體的吸附容量和分離選擇性及分離效果和節(jié)省能源都有重要意義。

吸附作用分為物理、化學(xué)以及絡(luò)合吸附三種，其中絡(luò)合吸附既具有物理吸附的可逆性，又具有化學(xué)吸附的高選擇性，絡(luò)合吸附劑的可逆性使其具有良好的脫附性能，充分滿足PSA技術(shù)的要求。目前CO絡(luò)合吸附劑的制備主要是通過Cu+與CO結(jié)合成π絡(luò)合物進而實現(xiàn)CO的分離目的，為了有效提高Cu+利用率，將Cu+化合物與多孔物質(zhì)結(jié)合如活性炭，分子篩等形成絡(luò)合性固體吸附劑，進而大大提高了混合氣中CO的吸附量和選擇性。

3 結(jié)語

PSA分離技術(shù)對于CO、H2、N2、CO2、CH4等混合氣體的分離提純有重大作用，技術(shù)成熟，工藝簡單易操作，應(yīng)用前景廣泛，對CO分離提純有重要作用。PSA變壓吸附分離技術(shù)的關(guān)鍵在于選用性能優(yōu)良的吸附劑，對提高目的氣體CO的吸附容量和分離選擇性有重要意義。CO絡(luò)合吸附劑利用Cu+與CO形成π絡(luò)合物的原理實現(xiàn)CO分離提純的目的，應(yīng)用廣泛。我們根據(jù)自發(fā)單層分散原理[4]，為優(yōu)化制備工藝，進而提高CO吸附量和在混合氣體的分離效果，制備并研究了CuCl負載分子篩，活性炭等載體形成高校CO吸附劑，經(jīng)研究可實現(xiàn)CO吸附量的有效提高，為混合氣體中提純CO提供高效的吸附劑。