工業(yè)氣體用活性炭吸附分離法工藝成熟 價格理想
    概述工業(yè)氣體的精制分離方法：
    精制是在含有主要有效成分的介質(zhì)中，用活性炭吸附除去不需要的雜質(zhì)成分，以提高產(chǎn)品價值的操作；分離是將幾種成分組成的氣體或液體，利用活性炭的吸附作用分離成不同成分或成分組合的操作。
    氣體分離技術(shù)從20世紀(jì)初開始發(fā)展，目前已廣泛應(yīng)用。如空氣分離以制取氧、氮、氬及稀有氣體；合成氨池放氣分離回收氫、氬及其他稀有氣體；天然氣分離提取氦氣；焦?fàn)t氣及水煤氣分離獲得氫或氫氮混合氣等。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對氣體分離技術(shù)不斷提出新的要求，如經(jīng)濟(jì)合理地提供各種純度的氣體，綜合利用工業(yè)廢氣以及進(jìn)一步提純中間產(chǎn)品等。常用的方法有薄膜滲透法、吸收法、分凝法、精餾分離法、吸附法。
    1．薄膜滲透法
    利用混合氣體中各組分對有機(jī)聚合膜的滲透性差別而使混合氣體分離的方法。這種分離過程不需要發(fā)生相態(tài)的變化，不需要高溫或深冷，并且設(shè)備簡單、占地面積小、操作方便。
    有機(jī)聚合膜分均相無孔膜和微孔膜兩種。在微孔膜內(nèi)存在著固定的孔隙，氣體以流體流動的方式穿過薄膜；而在均相無孔膜中，沒有固定的孔隙，但由于聚合膜分子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生分子鏈節(jié)間的空隙，這些空隙的位置和大小不斷變化著，氣體分子是以活性擴(kuò)散的方式由這一空隙跳入另一空隙逐步滲過聚合膜。
    一般認(rèn)為氣體通過聚合膜的滲透過程主要分為三步：①氣體以分子狀態(tài)在膜表面溶解；②氣體分子在膜的內(nèi)部向自由能降低的方向擴(kuò)散；③氣體分子在膜的另一表面解析或蒸發(fā)。薄膜滲透法的應(yīng)用有：從天然氣中提取氮，是目前世界上膜分離應(yīng)用研究較多的一個領(lǐng)域；分離空氣制富氧，具有裝置簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，只需將原料空氣增壓，不需對空氣干燥、凈化，也不需要吸附、冷凍、復(fù)熱等操作工藝；二氧化碳氧的分離；氮一氫一氨的分離，用于合成氨池放氣的回收利用；石油煉氣中氫氣的回收；燃燒氣中二氧化硫的脫除，以解決空氣污染的問題。
    2.吸收法
    用適當(dāng)?shù)囊后w溶劑來處理氣體混臺物，使其中一個或幾個組分溶解于溶劑中，從而達(dá)到分離的目的，這種方法稱為吸收法。在吸收過程中，被溶解的氣體組分為溶質(zhì)(或吸收質(zhì))，所用的液體溶劑為吸收劑，不被溶解的氣體為惰性氣體。
    吸收法的基本原理是利用氣體混合物中各組分在吸收劑中溶解度的不同，從而將其中溶解度大的組分分離出來。
    氣體與液體接觸，則氣體溶解在液體中。在氣液兩相經(jīng)過相當(dāng)長時間的接觸后，達(dá)到平衡，氣體溶解過程終止。這時單位量液體所溶解的氣體量叫平衡溶解度。它的數(shù)值通常由實(shí)驗(yàn)測定。
    溶于液體中的溶質(zhì)，必然產(chǎn)生一定的分壓，當(dāng)溶質(zhì)產(chǎn)生的分壓與氣相中該組分的分壓相等時，氣液達(dá)到平衡，溶解過程終止。當(dāng)氣相中該組分的分壓大于其在溶液中產(chǎn)生的分壓，則溶解過程繼續(xù)進(jìn)行。氨溶于水中時它的分壓很小，但氧溶于水中時產(chǎn)生的分壓就很大，這就是通常說的氨易溶于水，氧微溶于水�？梢娙芤褐腥芙鈿怏w產(chǎn)生的分壓愈低，則其溶解度愈大。
    氣體的平衡溶解度還受溫度的影響：溫度上升，氣體的溶解度將顯著下降，因此控制吸收操作的溫度是非常重要的。
    吸收劑的選擇遵循以下原則：
    ①對于被吸收的氣體具有較大的溶解度，這樣可以減少液體用量，從
而縮小設(shè)備，減小能量消耗；
    ②選擇性能好；
    ③具有蒸氣壓低、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低的特性，使吸收劑損失較��；
    ④腐蝕性小，盡可能無毒，不易燃燒，黏度較低，化學(xué)穩(wěn)定性好；
    ⑤價廉，容易得到。
    要找到一種吸收劑滿足上述全部要求是很困難的，因此，實(shí)際上應(yīng)根據(jù)具體情況，選擇適當(dāng)?shù)奈�收劑�?br />     3.分凝法
    分凝法亦稱部分冷凝法，它是根據(jù)混合氣體中各組分冷凝溫度的不同，當(dāng)混合氣體冷卻到某一溫度后，高沸點(diǎn)組分凝結(jié)成液體，而低沸點(diǎn)組分仍為氣體，這時將氣體和液體分離即將混合氣中的組分分離。
    天然氣、石油氣、焦?fàn)t氣以及合成氨池放氣都是多組分混合氣。實(shí)現(xiàn)它們的分離往往需要在若干個分離級中分階段進(jìn)行，在每一級中組分摩爾分?jǐn)?shù)將發(fā)生顯著變化，如圖3 I所示，多組分氣體混合物當(dāng)被冷卻到某一溫度水平時，進(jìn)入分離器，將已冷凝組分分離出去，然后再進(jìn)入下一級冷凝器，繼續(xù)降溫并分凝。一個冷凝器和一個分離器組成一個冷凝級。從工藝的角度來考慮，冷凝級數(shù)主要是根據(jù)需回收組分的要求來確定的，但同時要保證在分凝器中不會出現(xiàn)高沸點(diǎn)組分被凍結(jié)的現(xiàn)象。比如采用分凝法分離合成氨池放氣各組分的分凝，當(dāng)壓力為3000kPa左右時，要求回收純度較高的甲烷，富氬餾分及純氫時，可分三級進(jìn)行z第一級冷凝溫度控制在150K左右，分離后得到純度較高的甲烷凝液；第二級終了溫度控制在120K左右，分離后得到富氬凝分；第三級終了溫度控制在63K左右，可獲得較高純度的氫氣。
    分凝法分類：在分凝的過程中，按被冷
凝的混合氣體和已冷凝的液體流向的異同，分為并流冷凝和逆流冷凝兩類(注意兩類冷凝方式中。被冷凝的氣體與同它進(jìn)行熱交換的冷物流都是逆流換熱的)。所謂并流冷凝是指被冷凝氣流與不斷冷凝下來的冷凝液流向是一致的。在逆流冷凝中被冷凝氣體由下往上流動．而已冷凝液體卻是由上向下流動，兩者流向相反。兩種冷凝方式，各有其特點(diǎn)。
    ①從溫度分布看：如果冷物流在換熱時沒有相的變化，則進(jìn)口溫度低于出口溫度，并流冷凝時冷凝器底部溫度較低，而頂部溫度較高；在逆流冷凝時正好相反�？梢�，單就溫度分布來看，并流冷凝的分離程度要更加完全。如果冷物流在換熱過程中有相變，其溫度幾乎不變，則并流冷凝這一特點(diǎn)就不顯著了。
    ②從氣液相中組分的摩爾分?jǐn)?shù)分布看：在分凝過程中，使高沸點(diǎn)組分不斷轉(zhuǎn)入液相的推動力是氣相與液相中組分的摩爾分?jǐn)?shù)差。在并流冷凝時，愈接近冷凝器底部溫度愈低，則氣相中高沸點(diǎn)組分摩爾分?jǐn)?shù)愈小，在出口處幾乎達(dá)到氣液平衡，高沸點(diǎn)組分繼續(xù)被轉(zhuǎn)入液相的推動力小了，故并流冷凝時冷凝液的高沸點(diǎn)組分摩爾分?jǐn)?shù)較小。
    在逆流冷凝時，器底溫度雖較高，但與冷凝液接觸的是待分離的新鮮原料氣，盡管冷凝液中高沸點(diǎn)組分摩爾分?jǐn)?shù)高，可是氣相中高沸點(diǎn)組分摩爾分?jǐn)?shù)也高，轉(zhuǎn)入液相的推動力仍較大；終冷凝液與原料氣達(dá)到氣液平衡，故冷凝液中高沸點(diǎn)組分的摩爾分?jǐn)?shù)較高。
    根據(jù)以上分析，當(dāng)冷物流無相變時，以采用并流冷凝為宜；如果冷物流有相變時，則以采用逆流為宜。
    4．精餾分離法
    氣體混合物冷凝為液體后成為均勻的溶液，雖然各組分均能揮發(fā)，但有的組分易揮發(fā)，有的組分難揮發(fā)，在溶液部分氣化時，氣相中含有易揮發(fā)組分將比液相中的多，使原來的混合液達(dá)到某種程度的分離；而當(dāng)混合氣體部分冷凝時，冷凝液中所含的難揮發(fā)組分將比氣相中的為多，也能達(dá)到一定程度的分離。雖然這種分離是不完全的，與所要求的純度相差很多，但可利用上述方法反復(fù)進(jìn)行，使能逐步達(dá)到所要求的純度，這種分離氣體的方法稱為精餾。
    在工業(yè)中，用精餾方法分離液體混合物的應(yīng)用是很廣泛的，如石油煉制中，將原油分為汽油、煤油、柴油等一系列產(chǎn)品，氨水溶液分離、氫和重氫分離、氧和氮分離等，精餾方法特別適宜于被分離組分沸點(diǎn)相近的情況，因?yàn)橛眠@種分離方法通常是大規(guī)模生產(chǎn)中經(jīng)濟(jì)的。
    5.吸附法
    氣體混合物的吸附分離是依靠各組分在固體吸附能力的差異而進(jìn)行的。用來吸附可吸附組分的固體物質(zhì)稱為吸附劑，被吸附的組分稱為吸附質(zhì)，不被吸附劑吸附的氣體叫情性氣體。
    工業(yè)吸附劑應(yīng)具有下列性質(zhì)：對吸附質(zhì)有高的吸附能力；有高的選擇性；有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；供應(yīng)量大}能多次再生；價格低廉。目前主要使用的吸附劑有活性炭、硅膠、恬性氧化鋁及沸石分子篩[4]。
    表3 l列舉一些常用吸附劑的特性。
    ①堆密度：即包括孔隙和粒間空隙體積在內(nèi)的單位體積質(zhì)量。
    ②視密度：包括孔隙的單位體積質(zhì)量。
    ③真密度：去除孔隙和粒間孔隙體積的單位體積質(zhì)量。
    綜合上述幾種分離精制工業(yè)氣體的方法，從經(jīng)濟(jì)效益、成本、設(shè)備和其效果來看，吸附法已經(jīng)成功地應(yīng)用于工業(yè)，工藝路線也比較成熟。

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