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(guò)程中，以及石化等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(duì)其中的CO利用一定的方法進(jìn)行分離提純才能加以利用。此外若CO排放到空氣中會(huì)對(duì)人體及環(huán)境造成較大的危害，CO在化工生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)對(duì)反應(yīng)中催化劑的性能有影響甚至失效，需要對(duì)CO進(jìn)行分離提純。隨著經(jīng)濟(jì)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(duì)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(jià)值。

2 分離提純方法

化工行業(yè)的深化發(fā)展對(duì)CO的需求有較高要求，利用CO增加羰基合成有機(jī)物越來(lái)越重要，我們需要不斷改進(jìn)分離一氧化碳的技術(shù)以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。此外，一氧化碳來(lái)源廣泛，通常存在于CO2、H2及CH4等混合氣體中，需要對(duì)其中的CO利用一定的方法進(jìn)行分離提純才能加以利用。常見(jiàn)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(shí)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(diǎn)相異實(shí)現(xiàn)氣體液化分餾進(jìn)而分離開(kāi)來(lái)。但深冷分離法有其局限性，并不適用于沸點(diǎn)相近的CO和N2，難以實(shí)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(shí)現(xiàn)的分離提純需要進(jìn)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(duì)復(fù)雜，不節(jié)能，系統(tǒng)投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，也不能實(shí)現(xiàn)CO和N2分離，進(jìn)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(guó)Tenneco公司上世紀(jì)開(kāi)發(fā)的一種溶液吸收分離法。其特點(diǎn)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(shí)吸收溶液無(wú)腐蝕，對(duì)設(shè)備沒(méi)有損害，具有一定的優(yōu)越性。但缺點(diǎn)是在利用該法時(shí)，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(huì)結(jié)合原料氣中的H2S、氨等成分進(jìn)而形成不可逆反應(yīng)，進(jìn)而減弱對(duì)CO的吸收有效度。因此Cosorb法分離吸收CO對(duì)原料氣凈化階段較為苛刻，并加上其設(shè)備和操作投資費(fèi)用高，會(huì)對(duì)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(diǎn)，氣體組分形成增壓達(dá)到較好吸附，降壓達(dá)到較好脫附的變化過(guò)程，達(dá)到分離提純目標(biāo)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(fèi)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(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)裝置可在室溫下操作，無(wú)腐蝕無(wú)污染環(huán)保，整體工藝設(shè)置簡(jiǎn)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(duì)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(mǎn)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(guò)Cu+與CO結(jié)合成π絡(luò)合物進(jìn)而實(shí)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(jìn)而大大提高了混合氣中CO的吸附量和選擇性。

3 結(jié)語(yǔ)

PSA分離技術(shù)對(duì)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(jiǎn)單易操作，應(yīng)用前景廣泛，對(duì)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(duì)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(shí)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(jìn)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(fù)載分子篩，活性炭等載體形成高校CO吸附劑，經(jīng)研究可實(shí)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。