一氧化碳分离提纯方法分析研究

李 丽， 智芳芳， 马茹燕

(晋中职业技术学院，山西 晋中 030600)

1 研究目的和意义

CO是一种重要的化工原料气体，在炼钢工业做还原剂，但是其存在于工业气体中能使催化剂失活属于有害杂质。在水煤气制备过程中，以及石化等行业生产过程中产生的废气中存在大量CO，往往与H2、CO2、N2及CH4等气体混合，需要对其中的CO利用一定的方法进行分离提纯才能加以利用。此外若CO排放到空气中会对人体及环境造成较大的危害，CO在化工生产过程中也会对反应中催化剂的性能有影响甚至失效，需要对CO进行分离提纯。随着经济及化工产业的快速发展及一氧化碳的重要性的突显，研究分析一系列高效的CO吸附分离方法及工艺，对混合气中重要化工气体的有效分离应用，具有重要的工业应用价值。

2 分离提纯方法

化工行业的深化发展对CO的需求有较高要求，利用CO增加羰基合成有机物越来越重要，我们需要不断改进分离一氧化碳的技术以满足生产要求。此外，一氧化碳来源广泛，通常存在于CO2、H2及CH4等混合气体中，需要对其中的CO利用一定的方法进行分离提纯才能加以利用。常见的CO分离提纯方法如下几种。

2.1 气体深冷分离法[1]

该法是一种物理分离方法，体现在其实现气体的分离与净化的主要途径是在低温条件下根据组分的沸点相异实现气体液化分馏进而分离开来。但深冷分离法有其局限性，并不适用于沸点相近的CO和N2，难以实现CO从N2中脱离。另外由于低温条件下各杂质组分较易固化，容易引起堵塞管道，而深冷法实现的分离提纯需要进行较复杂的预处理操作，因此造成深冷法设置设备相对复杂，不节能，系统投资大，运行费用高，也不能实现CO和N2分离，进而该方法在CO分离方法中已很少应用[2]。

2.2 Cosorb气体分离法

该方法是由美国Tenneco公司上世纪开发的一种溶液吸收分离法。其特点是在低温一定压力下，吸收溶剂甲苯溶液中含四氯化亚铜铝与CO高效结合形成π络合物，大大提高了选择性吸收CO的效率，同时吸收溶液无腐蚀，对设备没有损害，具有一定的优越性。但缺点是在利用该法时，由于混合气体需要复杂的预处理操作，难度在于溶剂氯化亚铜铝会结合原料气中的H2S、氨等成分进而形成不可逆反应，进而减弱对CO的吸收有效度。因此Cosorb法分离吸收CO对原料气净化阶段较为苛刻，并加上其设备和操作投资费用高，会对环境产生污染，不太符合环保要求。

2.3 气体吸附分离法

吸附分离法是目前应用较为广泛的净化气体方法，目前从吸附条件的不同分为两种吸附方法，一种是变压吸附法(PSA)，另一种是变温吸附法(TSA)[3]。PSA和 TSA法是利用固体络合吸附剂吸附气体组分性能根据压力因素(或温度因素)的不同而吸附性能发生变化的特点，气体组分形成增压达到较好吸附，降压达到较好脱附的变化过程，达到分离提纯目标气体组分的目的。TSA变温吸附气体分离技术由于其能耗和设备费用高，吸附剂的使用寿命较短并且操作更复杂较难控制，在工业化发展中较多应用PSA分离技术。目前PSA技术广泛应用于CO从含有CO2、H2以及CH4等混合气体中高效分离。变压吸附法适应不同混合气体，预处理过程相对简单，系统装置可在室温下操作，无腐蚀无污染环保，整体工艺设置简便，智能化成本低。 PSA技术在CO的分离提纯工艺中应用前景广阔。

2.4 气体络合吸附法

PSA变压吸附分离技术的关键还在于选用性能优良的吸附剂，对提高目的气体的吸附容量和分离选择性及分离效果和节省能源都有重要意义。

吸附作用分为物理、化学以及络合吸附三种，其中络合吸附既具有物理吸附的可逆性，又具有化学吸附的高选择性，络合吸附剂的可逆性使其具有良好的脱附性能，充分满足PSA技术的要求。目前CO络合吸附剂的制备主要是通过Cu+与CO结合成π络合物进而实现CO的分离目的，为了有效提高Cu+利用率，将Cu+化合物与多孔物质结合如活性炭，分子筛等形成络合性固体吸附剂，进而大大提高了混合气中CO的吸附量和选择性。

3 结语

PSA分离技术对于CO、H2、N2、CO2、CH4等混合气体的分离提纯有重大作用，技术成熟，工艺简单易操作，应用前景广泛，对CO分离提纯有重要作用。PSA变压吸附分离技术的关键在于选用性能优良的吸附剂，对提高目的气体CO的吸附容量和分离选择性有重要意义。CO络合吸附剂利用Cu+与CO形成π络合物的原理实现CO分离提纯的目的，应用广泛。我们根据自发单层分散原理[4]，为优化制备工艺，进而提高CO吸附量和在混合气体的分离效果，制备并研究了CuCl负载分子筛，活性炭等载体形成高校CO吸附剂，经研究可实现CO吸附量的有效提高，为混合气体中提纯CO提供高效的吸附剂。