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活性炭在气体分离精制过程中的实例

作者:活性炭回收 日期:2018-06-07 10:39:29 人气:

活性炭在气体分离精制过程中的实例

1、利用变温吸附除去痕量杂质

变温吸附法(简称TSA)或变温变压吸附法(简称PTSA)是根据待分离组分在不同温度下的吸附容量差异实现分离,由于采用温度涨落的循环操作,低温下被吸附的强吸附组分在高温下得以脱附,吸附剂得以再生,冷却后可再次于低温下吸附强吸附组分。填充活性炭的吸附柱经常在室温时被用来从空气或其他工业气体中选择吸附除去痕量或低浓度的有机杂质、溶剂蒸气、有臭味的化合物,可较容易地生成杂质含量低于10×10-6的洁净流出液,被吸附的杂质通过加热吸附柱和用惰性气体或蒸气逆吹解吸。

用变温吸附除去痕量杂质示流程示意图

解吸、浓缩的杂质被排出或作为不溶于水的液体通过流出液的浓缩而手机。在常温下通过惰性气体吹扫使吸附柱冷却后,吸附的传统三柱变温吸附流程示意。一部分经纯化的惰性气体被用来连续地冷却与加热其中的两个柱子,同时,第三个柱子从新添气中吸附杂质。

因具有相对憎水性,活性炭对这类吸附特别优良,即使原料气湿度很大,活性炭对杂质亦具有很大的吸附容量。例如,工业上使用大量的有机溶剂,相当极量的溶剂蒸气污染了被水蒸气饱和的排出气。用活性炭的变温吸附过程(TSA)来回收和重复使用这些溶剂。有机化合物的吸附选择性与它本身以及活性炭表面的极性和极化率有关。许多像沸石、硅胶、氧化铝等极性吸附剂在这种温度条件下对烃的吸附量很小。

2.从重整尾气中制氢气的变压吸附(PSA)过程

变压吸附法精制或分离单元是根据恒定温度下混合气体中不同组分在吸附剂上吸附容量或吸附速率的差异以及不同压力下组分在吸附剂上的吸附容量的差异而实现的。由于采用了压力涨落的循环操作,强吸附组分在低分压下脱附,吸附剂得以再生;吸附剂的使用寿命一般为十年以上,所以PSA过程基本是无原料消耗过程。普通的制氢气法是用水蒸气催化重整天然气或粗汽油。重整气在150-350psi(1psi=6894.76Pa)的压力下发生水-汽转化反应获得富集H2的原始蒸气:其中包括大约75%H2、20%CO2、4%CH4、1%CO2和痕量N2(干燥条件下)。由联合炭公司开发的多柱变压吸附过程可由这种原始蒸气生产纯度高达99.999%的H2,H2的回收率达75%-85%。图3-4为采用九个平行吸附柱制备H2的工艺流程示意。

用变压吸附从蒸气-甲烷重整气体中生产高纯度H2的示意

这些吸附柱由一层活性炭选择性地从原始气CO2、CO、CH4、CO2和H2中吸附CO2,随后是一层50nm沸石选择性地从H2中吸附CO、CH4和N2。变压吸附过程含11个连续的步骤,包括:

(1)原料气压力下的吸附;

(2)4个顺流降压过程;

(3)逆流降压;

(4)用纯H2逆流驱气;

(5)4铬逆流加压过程。

3.从空气中除去痕量VOC的吸附反应过程

越来越严格的环保要求使人们对从污染的空气中除去痕量的烃杂质重新开始感兴趣。通常这些痕量烃加热或催化燃烧方法氧化为CO2和H2O而除去。这需要大量的燃料(能量)去加热被污染的气体,以使它们达到燃烧温度(600-1600K)。

通过吸附-反应(SR)循环过程可使净化空气所需的能量大幅度降低,如图3-5所示。该体系包括两个平行的吸附柱,内部填充经物理混合的活性炭与氧化性催化剂,吸附柱含有列管热换器,从而吸附剂-催化剂混合物可被间接加热。典型的SR循环包括:

a.室温下活性炭吸附痕量烃直至杂质穿透为止;

b.通过间接或直接加热吸附剂-催化剂混合物到423K,对烃进行在位氧化;

c.对吸附剂-催化剂混合物进行直接或间接冷却至室温,并排出燃烧产物。

仅对吸附容器和它内部的物质加热至反应温度,就可使脱除和降解烃所需的能量大幅度降低。表3-3比较了氯乙烯含量为260×10-6的1MMSCFD的空气经SR循环净化刀1×10-6时的性能与600K时使用标准氧化催化剂的添加流动催化反应器的性能。该例中的吸附剂-催化剂体系是含质量分数为1.5%PdCL2的RB炭。从表中可知用SR过程可使所需能量减小一个数量级。

通过S-R过程从空气中除去痕量杂质的流程示意


4.氢气的精制

活性炭难以吸附氢气。因此,精制时是用活性炭从原料气体中吸附氢以外的气体,把未吸附的氢气作为产品取出。氢气的精制作业主要应用于从甲醇分解到的气体中制造氢气,精制的方法是用活性炭吸附除去甲醇分解气体中的二氧化碳,然后再用沸石吸附除去杂质成分一氧化碳。

吸附槽的结构是下部充填除去水的氧化铝,中部是沸石,最上部是活性炭。标准吸附周期是5min。此外,从甲醇分解得到羰基合成气体(CO:H2=2:1)中提取氢气的装置,尽管在吸附剂种类和比例方面有一些不同,但仍然与上述装置属于同样的系统。

在羰基合成气体的场合,反应副产物尽管微量,但在反应过程找那个成为阻碍反应的物质,作为吸附剂保护床的形态设置的预期处理装置活性炭槽,将吸附除去这种反应副产物,所以,结果能够提高反应得率和催化剂的寿命。

5.氦气的精制

氦气与氢气一样是难以被活性炭吸附的气体,因此,氦气的精制也是用活性炭从原料气体中吸附氦气以外的气体后,把未吸附的气体作为产品收集起来。氦气是稀有气体,价格很贵。氦气精制主要应用于吸附除去氦气在循环使用过程中以杂质形态而混入的空气,提高再次循环使用的纯度。通常在原气体中的空气含量为5%-105,用压力回转吸附装置将空气含量降低到10×10-6以下,吸附槽至少有2个,吸附周期为5min,由于要避开高压气体管理法,吸附压力多数小于10kg/cm2。

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