变压吸附提纯二氧化碳技术应用
时间：2021-02-05 04:01:38 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】目前许多化肥厂因为原料的改变，使得二氧化碳的回收率不能满足氨碳的平衡。如何实现变压吸附技术的应用是时下人们关心的焦点。本文即围绕这一问题展开，重点阐述了怎样应用变压吸附法提纯技术来提高二氧化碳的回收率，变压吸附法提纯二氧化碳技术的应用，以及应用此项技术产生的经济效益和社会效益等相关问题。
【关键词】变压吸附技术及应用 提纯 二氧化碳
对于在工业而言，二氧化碳脱除、提纯是一门学问，当前工业上经常用到的二氧化碳分离法包括溶剂吸收法、变压吸附法以及膜分离法等，不同的方法应用选择上、经济性以及实用性方面都存在着较大的差异性。实践中可以看到，目前工业生产过程中最常用到的脱碳法主要是变压吸附法以及溶剂吸收法，尤其是变压吸附（PSA）法因生产工艺比较简单，而且操作相对比较简便、无腐蚀、无污染，加之其耗能低，目前已经实现了生产工业化。
1 二氧化碳分离方法概述
1.1 溶剂吸收法
对于溶剂吸收法而言，作为一种传统的脱碳方式，实践中主要包括物理、化学两种吸收方法，该种吸收法业已在国内合成氨脱碳生产过程中得到了广泛的应用。对于物理吸收法而言，其主要是利用交替二氧化碳、有机溶剂间的压力、温度，来吸收二氧化碳，从而实现二氧化碳分离、处理之目的。对于化学吸收法而言，其主要是利用相关的化学溶剂，在吸收塔中通过化学反应，促使二氧化碳进入到溶剂之中，形成的富液引入到脱吸塔中，经加热分解、吸收、脱吸，最终提纯二氧化碳。化学吸收法，具有得到的产品纯度高、一次性处理二氧化碳量大等特点。但这种吸收峰也存在着不足之处，针对其存在的不足，人们相继发明了膜分离方法与变压吸附法。
1.2 膜分离法
所谓膜分离法，即混合气体中的二氧化碳和其他气体经过膜材料时，利用其穿过的速度不同，将二氧化碳、其他组分有效地分离开来。在当前工业生产过程中，应用最多的分离膜主要有聚酰胺膜、聚砜膜、醋酸纤维素膜以及聚醚砜膜等。从实践来看，膜分离法具有投资少、耗能低以及实际操作简单方便等优点。在成本上，膜分离法的装置大约为吸收法的一半，因此，膜分离法是一种发展非常迅速的新型的节能的气体分离技术。但是膜分离法很难提取高纯度的二氧化碳，如果要提取高浓度二氧化碳其他，建议将膜分离法以及吸附法有机地结合起来，采用膜分离法粗分离，再以利用吸附法实施精分离。
1.3 变压吸附法
变压吸附法，简称 PSA法，是一种干法工艺，这些年广泛的用于提纯二氧化碳的工艺里。1942年 H. kahle在德国申请的专利里提出了变压吸附的概念。变压吸附法的基本原理是利用吸附剂对差异性气体在不同吸附量、推力以及速度条件下，随压力变化而发生变化的特性，采用加压方式来实现混合气体的有效分离；采取降压方式充分发挥吸附剂再生功能，进而实现混合气体之间的相互分离、吸附剂也可以二次应用。从实践来看，变压吸附法主要表现以下几个方面的优点：
第一，具有非常强的适应性特点。变压吸附设备通过微调，即可变换其实际生产能力，同时也可以适应原料气进口压力、不同的工艺条件。一般而言，吸附剂具有较长的应用周期，通常在10年左右，若在其中加一些新吸附剂，又可以延长其应用期限。
第二，具有能耗低之优点。对于变压吸附法而有，其流程过程中只有增压，才可能会出现功率消耗，通常情况下其工作压力非常的小。对于真空解吸流程而有，其主要是利用鼓风机来实现增压目的，而且吸附剂再生时无需加热，通过消耗较低的真空泵即可实现。
第三，因变压吸附法以气固分离为主，所以被分离出来的气体之中，通常不含有溶剂蒸气，因此不会出现溶剂损失、回收问题。在此过程中，还可以实现操作自动化。目前来看，PSA 设备程序所布设的PLC可以有效控制调节系统、程控阀开关以及监控系统，应用效果非常的显著。
2 变压吸附法提纯二氧化碳技术的应用
人们在变压吸附法脱离二氧化碳技术的应用做了大量的研究，采取变压吸附法对合成氨进行生产，在变换气体后，CO2的含量一般在 20%至35%，即每吨氨中CO2含量为1.2～1.4 吨。我国的用变压吸附法提纯CO2工艺于80年代中期由西南化工研究设计院开发成功，而第一套石灰窑气提纯工业设备于上世纪八十年代末在四川一氮肥厂投用。1991年，广东金珠江化学有限公司建成一套纯氢气生产线，它主要是在利用甲醇制氢裂解气中，通过四塔PSA生产工艺进行纯氢脱离，该方法所脱离的氢气纯度可达99.9%，并且有液体二氧化碳副产品产生。中州铝厂采用变压吸附技术在氧化铝的生产的焙烧尾气里提取浓缩的CO2，通过吸附剂吸附大量的CO2和少量的N2和O2等。用真空泵将吸附塔有效地抽成真空，将吸附剂上的二氧化碳与少量氮气、氧气进行解吸，然后将其彻底地抽出来，此时二氧化碳的浓度在35%以上。广东韶关钢铁集团有限公司，利用 2×150m3焦炭竖窑，对高活性优质石灰进行生产过程中，利用三塔变压吸附设备对窑气中所含有的二氧化碳进行回收。吸附前，首先对石灰窑中的烟气实施一级除尘、二级除尘操作，具有较大的经济社会效益和环境效益。
3 变压吸附法提纯二氧化碳技术效益评估
3.1 直接经济效益
利用变压吸附提纯的二氧化碳产量大，纯度高。不仅能实现二氧化碳的再利用率，降低了工业成本，从而为企业创造了最大的经济效益，实现了企业的可持续发展。
3.2 间接经济效益
化肥厂等化工企业可用变压吸附法提取的高纯度的二氧化碳当做尿素装置的原料来生产尿素，从而使尿素装置达到了百分百的高负荷生产，从而解决了工业中氨和碳的平衡问题，为大化肥等装置的长周期运行奠定了良好的基础。
3.3 社会效益
变压吸附提纯二氧化碳技术的，不但充分的利用了现有的资源，同时也减少了温室气体中二氧化碳的排放量，从而降低了对大气的环境污染，具有较好的社会效益。
4 结语
总而言之，二氧化碳是当前最重要的一种碳化学原料，在现代工业生产实践中得到了非常广泛的应用，作为当前工业发展中的基础原料，在石油、钢铁、冶金、建材以及食品生产和化工医疗等领域发挥着巨大的作用，具有重要的战略意义。伴随工业化学的前进，CO2已经成为一种至关重要的合成原料。如何利用变压吸附法提高二氧化碳的回收率，是值得我们继续研究和探讨的问题。
参考文献
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[2] 殷捷，陈玉成.CO2的资源化研究进展[J].环境科学动态，2011（10）
[3] 唐莉，王宝林，陈健.应用变压吸附法分离回收CO2[J].低温与特气，2010（2）
作者简介
张屹东（1986.05.07-），男，汉，辽宁盖州人，大学本科学历，学士学位，助理工程师。
