一氧化碳分離提純方法分析研究

李 麗， 智芳芳， 馬茹燕

(晉中職業技術學院，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，在煉鋼工業做還原劑，但是其存在于工業氣體中能使催化劑失活屬于有害雜質。在水煤氣制備過程中，以及石化等行業生產過程中產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境造成較大的危害，CO在化工生產過程中也會對反應中催化劑的性能有影響甚至失效，需要對CO進行分離提純。隨著經濟及化工產業的快速發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用，具有重要的工業應用價值。

2 分離提純方法

化工行業的深化發展對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以滿足生產要求。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，體現在其實現氣體的分離與凈化的主要途徑是在低溫條件下根據組分的沸點相異實現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CO從N2中脫離。另外由于低溫條件下各雜質組分較易固化，容易引起堵塞管道，而深冷法實現的分離提純需要進行較復雜的預處理操作，因此造成深冷法設置設備相對復雜，不節能，系統投資大，運行費用高，也不能實現CO和N2分離，進而該方法在CO分離方法中已很少應用[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高效結合形成π絡合物，大大提高了選擇性吸收CO的效率，同時吸收溶液無腐蝕，對設備沒有損害，具有一定的優越性。但缺點是在利用該法時，由于混合氣體需要復雜的預處理操作，難度在于溶劑氯化亞銅鋁會結合原料氣中的H2S、氨等成分進而形成不可逆反應，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，并加上其設備和操作投資費用高，會對環境產生污染，不太符合環保要求。

2.3 氣體吸附分離法

吸附分離法是目前應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法是利用固體絡合吸附劑吸附氣體組分性能根據壓力因素(或溫度因素)的不同而吸附性能發生變化的特點，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由于其能耗和設備費用高，吸附劑的使用壽命較短并且操作更復雜較難控制，在工業化發展中較多應用PSA分離技術。目前PSA技術廣泛應用于CO從含有CO2、H2以及CH4等混合氣體中高效分離。變壓吸附法適應不同混合氣體，預處理過程相對簡單，系統裝置可在室溫下操作，無腐蝕無污染環保，整體工藝設置簡便，智能化成本低。 PSA技術在CO的分離提純工藝中應用前景廣闊。

2.4 氣體絡合吸附法

PSA變壓吸附分離技術的關鍵還在于選用性能優良的吸附劑，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省能源都有重要意義。

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

3 結語

PSA分離技術對于CO、H2、N2、CO2、CH4等混合氣體的分離提純有重大作用，技術成熟，工藝簡單易操作，應用前景廣泛，對CO分離提純有重要作用。PSA變壓吸附分離技術的關鍵在于選用性能優良的吸附劑，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絡合吸附劑利用Cu+與CO形成π絡合物的原理實現CO分離提純的目的，應用廣泛。我們根據自發單層分散原理[4]，為優化制備工藝，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，經研究可實現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。