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从空气中制取富氧

发表于 1970-1-1 08:00:00 显示全部楼层 |阅读模式

传统的制氧方法是空气的深冷分馏，此法可制取高纯度的氧、氮和惰性气体，也是大规模生产这些气体的最经济的方法。但在许多场合，如废水处理、金属冶炼、医疗供氧、化工造气等等并不需要象深冷分馏法所制得的高纯度氧气，而且富氧的需用量相对高纯度氧要更多些。为此人们很早就企图实现用比深冷法更简便的方法富集氧气。对分子筛的研究发现，在5A型分子筛上空气中的氮是被优先选择吸附的分子（见图3-4），自此注意到应用分子筛分离富氮的可能性。变压吸附法制取富氧与变压吸附本身的开发一样，是沿着两条途径进行的：一方面是改善吸附剂的性能，以增大氮的吸附能力和富氮的分离系数；另一方面是改进工艺流程，根据富氧生产能力、纯度即吸附剂性能开发有各种二床、三床流程，前面介绍的多床制氢工艺也适用于生产富氧，吸附床数增加可提高产氧能力、降低总耗电量，但额外投资和床数增加的复杂性在经济上导致过于昂贵。所以目前工业上开发应用较多的是二、三床流程。由于氧氮的分离系数随压力降低而提高，故变压吸附制取富氧过程中吸附压力都比较低，一般在常压解吸流程中吸附压力为0.2~0.5MPa，在真空解吸流程中吸附压力不大于0.1MPa，甚至可以依靠吸附床的真空直接吸入空气，在常压下进行吸附。常压吸附—真空解吸工艺的动力消耗要比加压吸附—常压解吸工艺低，这是因为加压吸附压缩空气量大于产品量十倍之多，而气体的压缩比一般为3.5，真空泵在抽吸后期才达到此值。典型的三床真空解吸流程如图3-5所示，其工作步骤时序见表3-2。空气由鼓风机送入一个正处于吸附步骤的吸附床，在压力 0~0.03MPa下，空气中水分、二氧化碳以及氮气被分子筛所吸附，氧气从吸附床顶部引出。产品氧由另一只压缩机压缩到所需的压力。当吸附床中氮的吸附前沿到达出口端时停止吸附，空气切换到另一个吸附床。吸附步骤结束后，吸附床开始进行再生，先是与刚完成抽空的吸附床进行均压，然后通过真空泵对该床进行抽空。解吸出来的富氮、二氧化碳以及水分从床底部抽出并排入大气。该吸附床重新吸附之前，从床的顶部充入另一床的均压气和部分产品氧使其升压到吸附压力。三个吸附床交替进行吸附—均压降—抽空—均压升—最终升压五个步骤。此法在吸附压力0.025MPa、抽空最终压力190乇下操作时，生产富氧纯度９３％，氧的回收率为３６～３９％。近年来，随着吸附剂制氧能力提高和工艺流程回收死空间气体的改进，所得富氧纯度大于９０％时，回收率为５０％，消耗能量小于０.５kwh/m3-O2,这个能耗已经与深冷空分制氧相接近。三、回收和制取纯二氧化碳二氧化碳已经广泛应用于尿素生产、饮料添加剂、金属翻砂成型以及焊接保护等场合，其它新的应用领域也在不断开发之中。可供工业回收的二氧化碳典型气源有：制氢装置废气、石灰窑气、油田伴生气等。在这些气体混合物中，除硫化物外，二氧化碳是一种强吸附组分，在吸附过程中它被吸附存留在吸附床内，因此变压吸附法回收二氧化碳与制氢工艺不同，它是从吸附相获得产品的。为了制取纯净的二氧化碳产品，必须将硫化物和水分除去，干燥脱硫可在原料进入变压吸附分离之前进行，也可将变压吸附制取的半成品二氧化碳再予以净化。从吸附相获得产品的变压吸附与制氢工艺（氢是从气相获得的）相比增设了置换和抽真空两个步骤。从前述的变压吸附气体分离过程知道，在吸附床降压解吸后吸附床死空间内还存留有少量杂质（H２、O２、N２、CO、CH４等），置换步骤就是用部分产品二氧化碳返回吸附床，将这些杂质置换出来，以提高二氧化碳的纯度。抽真空的目的是为了从吸附床获得被吸附的二氧化碳，并增加吸附床的操作负荷，提高吸附剂的利用率，减少吸附剂用量。这类装置一般采用三床流程

废水处理, 分子筛, 可能性, 吸附剂, 而且

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发表于 1970-1-1 08:00:00 显示全部楼层

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