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吸附分离技术的应用

陈健古共伟郜豫川
四川天一科技股份有限公司610225

吸附分离的应用丰富多彩，广泛应用于石油化工、化工、医药、冶金和电子等工业部门，用于气体分离、干燥及空气净化、废水处理等环保领域。吸附分离技术可以实现常温空气分离氧氮，酸性气体脱除，从各种气体中分离回收氢气、CO2、CO、甲烷、乙烯等。
一、吸附分离在空气净化上的应用
吸附分离在空气净化领域有广泛的应用。如空气干燥、臭气和酸气脱除及回收、清除挥发性有机物等。
1.1空气干燥
空气中通常含有一定水分，而这种水分在很多场合是有害的，必须被除去。吸附法是除去空气中水分最常用的方法之一。
硅胶和活性氧化铝是通用的干燥剂，分子筛在某些场合也被用作干燥剂。在一些应用场合吸附剂不需要再生，但在另一些场合则需要再生重复使用。非再生（一次性使用）的吸附剂被用作包装干燥剂、双层(dualpane)窗户中的干燥剂、制冷和空调系统中的干燥剂等。硅胶是包装中最常用的作为干燥剂的吸附剂。吸附剂在很多场合上的应用是需要再生的，因为吸附剂的成本太高而不允许一次性使用。再生可以采用变温吸附（TSA）和变压吸附（PSA）两种方式。
为了防止热交换器在低温下冻结堵塞，作为深冷法空分装置原料的空气必须有是无水和无CO2的，空气必须进行干燥和净化，这里吸附剂作用的是13X分子筛。作为吸附法常温分离氧氮原料的空气也需干燥，干燥剂可用活性氧化铝等。
PSA最初的一个工业使用是气体干燥，采用两床Skarstrom循环工艺。该循环使用吸附、逆向放压、逆向冲洗和顺向升压过程，生产水分含量小于1ppm的干燥空气流。约一半的仪表空气干燥器使用类似的PSA循环。
1.2脱除无机污染物
工业生产中产生大量的CO2、SO2和NOx等酸性有害气体，它们会引起温室效应、酸雨等现象，破坏地球和人们的生活环境。随着工业化发展，这些气体的危害程度越来越大，因此人们在致力于开发各种方法来治理这些有害气体。其中吸附分离的方法是有效的治理方法之一。
一些无机污染物可通过TSA过程除去。Sulfacid和Hitachi固定床工艺、Sumitomo和BF移动床工艺及Westvaco流化床工艺都使用活性碳吸附剂脱除SO2。丝光分子筛、13X型分子筛、硅胶、泥煤和活性碳等是良好的NOx吸附剂。在有氧存在时，分子筛不仅能吸附NOx，还能将NO氧化成NO2。通入热空气（或空气与蒸汽的混合物）解吸，可回收HNO3或NO2。硝酸尾气中的NOx经过吸附处理可控制在50ppm以下。吸附法还可用于其它低浓度NOx废所的治理。从烟道气脱除NOx也可采用吸附方法。国内采用吸附法治理NOx废气技术已由四川天一科技股份有限完成工业性试验并在硝酸生产厂得到应用。
近年四川天一科技股份有限公司在该法的研究开发上取得较大进展，研制了对NOx有强吸附能力的专用吸附剂并对工艺过程作出改进。与其它方法相比，变压吸附硝酸尾气治理技术有以下特点：
①尾气中的NOx被分离和浓缩后返回吸收塔，可提高硝酸生产总收率2%－5%；
②不需要预处理还原剂的设备和副产品后加工设备；
③工艺简单，操作方便；
④专用吸附剂具有抗酸能力，吸附过程是纯物理过程，吸附剂寿命长，操作费用低，能耗低，无辅助材料和还原剂消耗
⑤利用硝酸尾气的压力，不需要加压设备。其能耗仅为照明及仪表用电。

二、常温实现空气分离氧氮
空气产品的需求量非常大，随着工业技术的发展，各行各业对空气产品需求不断增长。世界空气产品产量在亿吨以上。

2.1空气常温分离氧氮的先进方法－变压吸附法
空气分离方法主要有三种：深冷法、吸附法和膜分离法。后两种方法为非低温法。深冷法投资高，劳动强度大，而且需设置在炼铁厂、化工厂等用户相近的地方。氧气、氮气还需液化或充钢瓶后运输。但深冷法可制得纯度极高的气体，即～99.99%以上的氮和99.5%～99.9%的氧。深冷法一般适用于规模较大的装置。
非低温法生产的气体纯度一般较低，O2纯度仅为93%左右，但投资和成本低于低温法。一般适用于中小规模及对气体纯度要求不是特别高的领域。非低温法的开发应用虽然较低温法晚，但随着其技术的不断进步和工艺过程的完善，在许多应用领域具有很高的竞争能力。美国90年代初生产的空气产品仅有2－5%用非低温法制造，但预计此后10年内非低温法产品将会占美国N2和O2市场的30－40%。因为在一些并不需要高纯度N2和O2的传统用途中，使用非低温法产品代替低温法产品可以降低成本，另一方面，廉价的N2和O2可以开拓许多新的用途，这此用途以前因为N2和O2价格太高而认为在经济上是不可行的。一般来说，规模为500～5000Nm3O2/h时，PSA法成本较深冷法低，且低于槽车运输液氧的1/2。深冷法分离的氧气和氮气一般高达9～11美分/Nm3,而非低温气体的价格可低至2.5美分/N