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变压吸附法从合成气中分离一氧化碳的基础研究

刘志军  
【摘要】: 一氧化碳既是“碳一化学”的基础原料,又是有害的大气污染物,也是多种催化反应中的催化剂毒物,因此分离和回收CO具有重要的意义。工业上变压吸附法是一种有效的分离CO的方法,它操作方便、能耗低。实现该技术的关键是研制开发出高效的CO吸附剂。目前,CO吸附剂的开发大多集中在以Cu~+为活性组分负载到载体上,本研究所研制了Cu~+-活性炭-稀土化合物制成的高选择性NA型络合吸附剂。前人很少研究多组分气体的动态竞争吸附及置换行为,为此本文以分离回收和制取高纯度CO为目标,研究了多组分气体在NA型络合吸附剂上的动态吸附性能,并以净化合成氨原料气为目的,测定了低浓度CO变压吸附过程,比较了变压吸附法与甲烷化法脱除CO的能耗。 本文测定了单组分气体的吸附平衡以及CO-N_2、CO-CH_4、CO-CO_2双组分混合气体和CO-N_2-CH_4、CO-CH_4-CO_2三组分混合气体的动态吸附分离性能,也考察了原料气中微量O_2对CO动态吸附的影响。结果显示NA型吸附剂对CO的吸附量较大,选择性较好,适合变压吸附。CO/N_2分离系数较高(5.5),N_2基本不吸附,可以满足分离两种气体或从N_2中除去微量CO的要求;CO/CH_4动态分离系数不及CO-N_2体系;CO_2的吸附量较大,但相对于CO仍是弱吸附组分,原料气中CO_2的存在基本不影响CO在此吸附剂上的动态吸附;三组分混合气体吸附时,受杂质气体种类增多的影响,与双组分体系相比分离系数略有降低,但相差不大。吸附剂经过高温活化后第一次CO的穿透吸附量最大,第一次抽真空再生后基本趋近于一个平衡值,大约为初次的2/3。原料气中微量的O_2会使CO的穿透吸附量明显降低,使用此吸附剂脱除或提纯CO时需把原料气中的O_2脱除。 研究了从CO-CH_4、CO-CO_2双组分和CO-CH_4-CO_2三组分混合气体中分离制取高纯度CO时的吸附与置换特性,用抽真空和纯CO置换相结合的方法考察了三个不同杂质气体分压下,产品CO纯度、置换率和原料气中杂质浓度之间的关系。实验结果表明CH_4是弱吸附组分,当置换率很小时就可置换完全,得到合格的产品气。CO_2吸附量较大,需要更大的置换率才可达到纯度要求。


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