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   从富含一氧化碳的混合气中回收和提纯一氧化碳
   发布日期:2010.06.23   点击次数:3374
  

 从富含一氧化碳的混合气中回收和提纯一氧化碳

 

         至今,国内已实现工业化的CO分离提纯方法主要有以下四种:

       深冷分离法、Cosorb法、膜分离法、变压吸附法(简称PSA法)。现着重介绍PSA法:

        PSA法利用多孔固体吸附剂在一定压力下对混合气体中不同组份具有选择性吸附的特性实现混合气体的

分离。与其它气体分离技术相比,PSA分离CO技术具有工艺简单、自动化程度高、操作方便、原料适用范围

广、产品纯度高、操作费用低、能耗低的特点。吸附过程是纯物理过程,在常温下操作,吸附剂寿命长,无

辅助材料和溶剂消耗。

     吸附废气(主要成份为CO、CO2、H2 、CH4、N2、O2),可回收利用,无“三废”排放,无环境污染。

PSA工艺过程对设备无腐蚀,对设备材料无特殊要求,投资省、维护操作费用低。

      ① 技术指标:

      产品气生产能力:100~30000Nm3/h

     产品指标:CO纯度:96.5~99.0%

     产品CO收率:70~95%

     ② 适用压力范围:0.3~5.0MPa

         变压吸附分离回收CO分为两种工艺流程,   第一种方法是5A分子筛PSA分离提纯CO; 第二种方

法是载铜吸附剂PSA分离提纯CO。其技术原理和工业装置的开发应用分述如下:

 

一、5A分子筛PSA二段法分离提纯CO

       1)5A分子筛PSA法工艺原理:

       原料气中主要成份一般为CO2、CO、CH4、N2 、O2、H2等,另外还含有不同的杂质组份。如:H2O、

H2S、NH3以及烃类杂质。这些气体组份在专用吸附剂(活性炭和硅胶)上的吸附能力顺序为CO2﹥CH4

CO﹥N2﹥O2﹥H2;而在专用5A分子筛上的吸附能力顺序为CO2﹥CO﹥CH4﹥N2﹥O2﹥H2

       CO吸附能力介于CO2、CH4、N2中间,要回收CO必须分两段进行:

       第一段PSA装置的主要目的是脱除比CO吸附能力强的组份,如CO2、CH4、H2O、硫化物等;

       第二段PSA装置用于CO与H2 、CH4、N2的分离,在第一段脱除了比CO吸附强的组分后,CO组份则成

为吸附能力最强的组分,因此,在第二段CO则被优先吸附在吸附剂上,而比CO吸附能力弱的组份H2

CH4、N2等从吸附床顶部排出,CO得到浓缩,为了提高CO产品纯度,通常采用置换技术,经置换后,再通

过降压和抽空方式回收得到CO产品气。

        2)、5A分子筛PSA法工艺路线

          a 、 PSA-CO二段法工艺框图

                                  

注:此工艺流程适合于不需要生产氢气的情况

b 、工艺说明

      据装置的规模、原料气的压力、产品要求,PSA-Ⅰ通常采用3~12台吸附器,PSA-Ⅱ采用6~20台吸附

器。PSA-Ⅰ选用的吸附剂是对CO2具有较强的吸附性能及良好的解吸性能。通常采用硅胶和活性炭的复合床

层。

      由于CO2与CO分离系数较大,PSA-Ⅰ在脱除CO2过程中CO的损失较小,一段吸附剂同时对H2O、硫化物

有深度脱除作用。

       经PSA-Ⅰ工序脱除CO2和杂质后的半成品气进入PSA-Ⅱ分离提纯CO,在半成品气中,由于CO是吸附性

最强的组份,进入PSA-Ⅱ吸附器后被吸附剂优先吸附,富集于吸附床内,H2 、CH4、N2等弱吸附组份从吸

附塔的出口端流出。当吸附床内CO纯度(经置换)达到产品纯度要求的指标后,通过放压和抽真空的方式,

将床层中的CO回收,经压缩后向用户输送。

 二、载铜吸附剂PSA法分离提纯CO

       1)载铜吸附剂PSA法工艺原理:

       载铜吸附剂PSA法分离提纯CO技术的本质是Cosorb的变形,属于化学吸附法,与5A分子筛PSA法相比

较,其最大的优点是载铜吸附剂对一氧化碳和甲烷及氮气具有非常良好吸附分离性能,在该吸附剂上CH4/CO

和N2/CO的吸附分离系数均较5A型CO专用分子筛类吸附剂高。

       但是载铜吸附剂PSA法同样具有明显的缺点,对原料气中O2、硫化物、氯化物及氨等有害杂质组份承受

能力非常弱,因此,必须在第一段将这些有害杂质组份深度脱除。

      原料气中主要成份一般为CO2、CO、CH4、N2 、O2、H2等,另外还含有不同的杂质组份。如:H2O、

H2S、NH3以及烃类杂质。

      即第一段PSA装置的主要目的是脱除会使载铜吸附剂中毒的有害杂质组分,由于采用与5A分子筛PSA法

相同的工艺流程,因此,在脱除有害杂质组分组分的同时,还将CO2及部分CH4组分脱除;

      第二段PSA装置采用载铜吸附剂,在70~90℃的条件下,直接提纯CO,其工艺流程与5A分子筛PSA法基

本相同。

     在第二段CO则被优先吸附在吸附剂上,而比CO吸附能力弱的组份H2 、CH4、N2等从吸附床顶部排出,

CO得到浓缩,为了提高CO产品纯度,通常采用置换技术,再通过降压和抽空方式回收得到CO产品气。

      2)、载铜吸附剂PSA法工艺路线

            a 、PSA-CO二段法工艺框图

 

        b 、工艺说明

       据装置的规模、原料气的压力、产品要求,PSA-Ⅰ通常采用3~12个吸附器,PSA-Ⅱ采用6~16个吸附

器。PSA-Ⅰ选用的吸附剂是对硫化物、CO2具有较强的吸附性能及良好的解吸性能。通常采用硅胶和活性炭

的复合床层。

      由于CO2与CO分离系数较大,PSA-Ⅰ在脱除CO2过程中CO的损失较小,一段吸附剂同时对H2O、硫化物

有深度脱除作用。

       经PSA-Ⅰ工序脱除CO2和杂质后的半成品气进入PSA-Ⅱ分离提纯CO,在半成品气中,由于CO是吸附性

最强的组份,进入PSA-Ⅱ吸附器后被吸附剂优先吸附,富集于吸附床内,H2 、CH4、N2等弱吸附组份从吸

附塔的出口端流出。当吸附床内CO纯度(经置换)达到产品纯度要求的指标后,通过放压和抽真空的方式,

将床层中的CO回收,经压缩后向用户输送。

 三、从富含一氧化碳和氢气的混合气中同时提纯一氧化碳和氢气

        本公司经过多年的探索和研发,成功地开发了从富含一氧化碳和氢气的混合气中同时提纯一氧化碳和氢

气的工艺技术。

       1.工艺流程介绍


         第一段PSA装置的主要目的是脱除比CO吸附能力强的组份,如CO2、CH4、H2O、硫化物等;

        第二段PSA装置在提纯CO的同时提纯H2

        2. PSA-CO&H2工艺框图

       3.技术指标:

        产品气生产能力:CO:100~30000Nm3/h

                                          H2:200~100000Nm3/h

               产品指标:   CO纯度:96.5~99.0%       H2纯度:99.9~99.99%

              产品回收率:CO回收率:70~95%          H2回收率:85~98%

④ 适用压力范围:0.5~5.0MPa