CO吸附分離技術(shù)的應(yīng)用研究

李 麗， 耿 露， 呂毓剛

(晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030600)

1 背景研究及意義

變壓吸附PSA技術(shù)是近年來應(yīng)用廣泛的混合氣分離提純目標(biāo)氣體的技術(shù)，通過壓力(溫度)規(guī)律性變換實(shí)現(xiàn)吸附質(zhì)氣體的凈化和提純, 測(cè)試方便快捷，準(zhǔn)確度高，成本低。PSA技術(shù)選用高效氣體吸附劑大大提高目標(biāo)氣體組分的吸附量和選擇有效性，同時(shí)對(duì)環(huán)境污染問題及節(jié)能等方面做出很大貢獻(xiàn)。

隨著新能源化工的不斷發(fā)展，CO作為有機(jī)合成的原料氣有重大意義，但是在有些工業(yè)廢氣中含有部分CO，對(duì)環(huán)境污染有很大影響。隨著日益強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排的重要性，從混合氣中分離、提純CO氣體有著重要的工業(yè)意義[1-3]。目前PSA變壓吸脫附工藝多數(shù)采用較高比表面的沸石分子篩負(fù)載銅基的吸附劑，X和Y型分子篩載體以其高比表面積，金屬分散力強(qiáng)，CO有效吸附性好的優(yōu)勢(shì)在CO吸附領(lǐng)域占據(jù)有利地位，極大地提高了混合氣中CO組分的吸附性和選擇性[4-5]。

依托變壓吸附技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以增加CO吸脫附量為目的，通過直接負(fù)載法制備研究了亞銅離子中心高效結(jié)合CO的有效性分子篩吸附劑，研究分析吸附裝置對(duì)CO有效吸附分離性能的是否有提高，從而達(dá)到進(jìn)一步提高CO的分離提純目的。

2 測(cè)試研究

樣品對(duì)CO、CO2等氣體組分的吸脫附量利用實(shí)驗(yàn)室自制重量法測(cè)試吸脫附系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用重量法測(cè)試方便簡(jiǎn)易，平行法測(cè)試同一樣品的平衡吸附量準(zhǔn)確度大大提高，也可進(jìn)行不同吸附劑對(duì)目標(biāo)氣體的吸脫附性能測(cè)定，操作性簡(jiǎn)便測(cè)試時(shí)間短，這是該系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)。重量吸附裝置，如圖1所示。

圖1 重量吸附裝置

如表1所示，體現(xiàn)了氯化亞銅分別與X型和Y型分子篩混合在一定溫度下焙燒后分形成的銅基吸附劑，同時(shí)在上述測(cè)試系統(tǒng)中對(duì)CO和CO2氣體組分進(jìn)行吸附平衡量的測(cè)試及其兩者有效分離比的比較 研究。由表分析出當(dāng)CuCl負(fù)載量為0.4時(shí)，吸附劑對(duì)CO吸附量遠(yuǎn)高于CO2，二者分離比分別高達(dá)1.4和1.9。

表1 吸附劑的吸附性

當(dāng)13X分子篩負(fù)載分散了大量氯化亞銅后，由于亞銅離子更好的和CO絡(luò)合進(jìn)而達(dá)到吸附的目的，同時(shí)使二氧化碳的吸附量較大降低,因此亞銅分子篩吸附劑有效CO/CO2的選擇分離比,以此看出亞銅化合物負(fù)載在Y型分子篩上在工業(yè)上對(duì)CO的吸附分離有一定的研究價(jià)值。

3 吸附機(jī)理研究

如圖2所示，表示了兩種載體負(fù)載行銅基的CuCl/13X和CuCl/NaY)吸附劑N2條件下經(jīng)350 ℃，4 h焙燒后吸附劑的XRD圖。

圖2 各樣品的XRD譜圖

XRD顯示焙燒前的中吸附質(zhì)中顯示有氯化亞銅晶相峰，在一定溫度焙燒后不存在氯化亞銅的晶相峰，也就是說吸附劑在焙燒過中其氯化亞銅在分子篩表面發(fā)生了極大的分散，同時(shí)也有部分固態(tài)離子的交換,是一種熱力學(xué)的自發(fā)過程。