变压吸附分离技术中水对活性炭吸附性能的影响

变压吸附分离技术中水对活性炭吸附性能的影响①

刘　丽,张剑锋,杨丽芸

(四川天一科技股份有限公司PS A所,四川成都　610225)

摘要:通过实验考察了水对活性炭TK2T1和TK2T2吸附性能的影响。通过测试活性炭对H

2、N

2

、CO

2

纯组分的

吸附量,考察活性炭吸附性能。活性炭含水量越多,活性炭吸附性能越弱,对C O

2

的吸附量越小;相同含水量,

再生真空度越高,对C O

2

的吸附量越大,但含水量和再生真空度几乎不影响活性炭的分离性能;采用抽真空再生,可以恢复活性炭的活性。

关键词:变压吸附;活性炭;含水量;真空度;吸附量

中图分类号:O647133文献标识码:A文章编号:100727804(2009)0120014204 Effects on Adsorpti on Capab ility of Acti ve Carbon by W a ter

i n Pressure Sw i n g Adsorpti on Technology

L I U L i,Z HANG J ian2feng,Y ANG L i2yun

(Sichuan Tianyi Science and Technol ogy Co.,L td.,Chengdu610225,China)

Abstract:It shows that water affects ads or p ti on capability of active carbon TK2T1and TK2T2thr ough experi m ent.By tes2 ting ads or p ti on capacity of si m p le component such as H2、N2and C O2,we investigate the ads or p ti on capability of active car2 bon.The more water contents in active carbon,the weaker ads or p ti on capability and the s maller ads or p ti on capacity t o CO2;Under the same a mount of water contents,the higher regenerati on of the vacuu m li m it,the larger ads or p ti on capacity t o CO2,but water contents and vacuu m li m it of regenerati on have hardly i m pact on separati on perf or mance of active carbon; Adop ting regenerati on by vacuu m,the activity of active carbon can be resu med.

Key W ords:p ressure s wing ads or p ti on;active carbon;water contents;vacuu m li m it;ads or p ti on capacity

0　引　言

吸附分离技术作为化工单元操作,迅速发展成为一门独立的学科。它在石油化工、化学工业、冶金工业、电子、国防、医药及环境保护等部门,得到了越来越广泛的应用。西南化工研究院从20世纪70年代初期开始进行变压吸附技术分离混合物的实验研究,并于1982年初在上海建成两套变压吸附工业装置, 1999年四川天一科技股份有限公司继续变压吸附分离技术的研究和推广,至今经历了三十年的实验研究和开发,在国内外已建成了几百套变压吸附装置,给社会带来了巨大的经济效益。

为了能使吸附分离法经济有效的实现,除了良好的工艺过程和工程实施等方面外,吸附剂的性能是关键的部分,对变压吸附技术工业化也起着重要作用。在变压吸附技术应用领域中,无论是变换气、焦炉煤气、石油裂解气还是垃圾填埋气等气源,其中都含有水分,有的是饱和水,甚至机械水。水是一种强吸附性物质,它对吸附剂的性能有较大的影响,从而影响变压吸附装置的正常运行。活性炭是工业上常用的吸附剂之一,由于它有巨大的比表面积,每克活性炭的比表面积可达500～1500m2,有些活性炭的比表面积甚至可达2500 m2,比其它吸附剂能吸附更多的非极性和弱极性的分子,所以活性炭的使用范围相当广[122],在变压吸附装置中经常使用。活性炭对氢、氮、一氧化碳、二氧化碳等组分都有吸附作用,对它们的吸附性能决定了变压吸附装置运行的效果。分析装置运

第27卷第1期低温与特气Vol127,No11 2009年2月Low Te mperature and Specialty Gases Feb1,2009　

①收稿日期:2008210229

行效果差的原因,其中之一是由于活性炭含水失活,吸附性能下降导致活性炭对氢、氮、二氧化碳等组分回收率减小,处理气源能力降低。活性炭的种类繁多,本文讨论了水对活性炭中TK2T1和TK2 T2吸附性能的影响。这对于改善变压吸附装置运行效果有着重要的作用。文中就常用的TK2T1炭和TK2T2炭做了部分考察工作。

1　实验部分

111　仪器

E A2II吸附仪(自制),电光天平(精确度010001g),烘箱,干燥器,蒸发皿,称量瓶,真空泵。

112　内容

(1)活性炭吸水。将PS A装置用TK2T1炭、TK2T2炭放入烘箱150℃烘4h后装入称量瓶称重后,盛于蒸发皿内,在有饱和水蒸气的干燥器内密闭吸水蒸气48h。称重并计算其中的含水量,TK2 T1炭为27187%、TK2T2炭为41104%。

(2)考察活性炭含水量不同时,吸附性能的变化情况。利用真空泵对活性炭吸附剂抽真空,使其含水量逐渐减少,测试活性炭对氢、氮、二氧化碳纯组分的吸附量,考察其分离效果。

(3)考察活性炭含水量相同时,不同的真空度再生对活性炭吸附性能的影响。在-01094MPa、-01085MPa、-01078MPa三种不同的真空度下对活性炭抽真空解吸,比较活性炭再生后的吸附性能。

(4)考察活性炭不含水时,在-01078MPa真空度下,抽空时间30s,1m in,3m in时,活性炭的吸附性能和分离性能的变化情况。

2　结果与讨论

211　考察活性炭含水量不同时其吸附性能的变化情况

活性炭含水量变化时,其吸附性能也随之而变化,这从图1、2可以看出。活性炭含水量减小,其吸附能力增强。对于TK2T2炭,当含水量≤4%时,CO

2

的吸附量已达到最大吸附量了,即TK2T2炭含4%的水,不影响它的吸附性能。含水量>4%时,CO2的吸附量与含水量呈近似的线性关系,

含水量增大,CO

2

吸附量减小。而从图1上看TK2 T1炭含水越少,吸附性能越好,当含水量>10%

时,CO

2

吸附量随含水量的增加而减小得比较快,

但当含水量为3168%时,CO

2

的吸附量已达到其最大吸附量的9410%,已能满足变压吸附工艺需要,即当TK2T1炭含这么多的水时,对它吸附性能的影响可以忽略了

。

212　考察活性炭含水量相同时不同的解吸真空度对活性炭吸附性能的影响

将待再生的活性炭用不同的真空度抽真空解吸,从真空实验可以看出,在-01094MPa真空度下对活性炭长时间抽真空,是可以将活性炭中吸附的水解吸出来并恢复活性炭的活性。不同的解吸真空度对恢复活性炭的吸附性能有影响:解吸真空度

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第1期 刘　丽,等:变压吸附分离技术中水对活性炭吸附性能的影响

越高,水容易解吸,活性炭再生越好,对CO 2的吸

附能力越强;反之,对CO 2的吸附能力越弱。由图3、4可以看出,无论是TK 2T1炭还是TK 2T2炭,在一定含水量范围内,当真空度相同而含水量不同,或含水量相同而真空度不同时,CO 2与H 2、N 2的分离系数变化范围小,即分离性能基本不受影响。当TK 2T1炭水含量大于26%时,CO 2与H 2、N 2的分离效果很好,但是CO 2的吸附

量较小,对于处理含CO 2、H 2、N 2的装置要使TK 2T1炭吸附CO 2,使气相中CO 2含量少,达到产品气中CO 2的控制指标,那么N 2的损失就很大,这种分离效果对变压吸附工艺没有实际意义。同样,TK 2T2炭也是如此。因此,我们考察活性炭性能时,主要看水对其吸附性能的影响,而不考虑对分离性能的影响

。

213　考察活性炭不含水时抽空时间对活性炭的性

能影响

对于不含水已完全恢复活性的活性炭,当用同一种真空度(-01078MPa )抽空解吸但抽空时间不一样时,其结果如图5～8所示

。

6

1 低温与特气 第27卷

图8　TK2T2再生时间与CO

2和N

2

的分离系数关系

Fig18　Relati on of TK2T2regenerati on ti m e

and separati on coefficient of N2and C O2

从图中可以看到:随着抽空时间的增加,两种

活性炭对CO

2

的吸附能力不一样,但分离能力基

本不变。TK2T1炭对CO

2

的吸附量增加较快,增加幅度大,抽空3m in的吸附容量比抽空30s增加了70%,而TK2T2炭对CO2的吸附量增加缓慢,抽

空3m in的吸附容量比抽空30s增加了20%,CO

2与N

2

的分离系数随抽空时间变化小。

3　结　论

(1)当TK2T1炭含水量为3168%时,基本不影响TK2T1炭的吸附性能,当TK2T2炭含水量≤4%时,不影响TK2T2炭的吸附性能;

(2)活性炭含水失活后,高真空度下长时间抽空能恢复活性炭的活性;

(3)活性炭含水,只影响其吸附性能,不影响分离性能。

4　结　语

现场一些装有活性炭的装置运行一段时间后,就达不到指标了,分析其原因之一可能是活性炭含水失活,其吸附能力降低,导致吸附组分如N

2

损失大。要解决这个问题,还须解决活性炭的含水问题。从本实验研究已知,对吸附塔长时间地抽真空,抽去水分,恢复活性炭的活性,这个办法是可行的。变压吸附装置原料气一般都含有大量的水,因此,首先在变压吸附装置前设置高效水分离器,除去绝大部分机械水。如果装置性能下降,可以定期对吸附塔长时间抽真空,这样对装置的正常运行应该是有帮助的。

参考文献:

[1]高晋生,等.煤化学[M].上海:上海出版

社,1984.

[2](捷克)M.S m isˇek.《活性炭》翻译组.活性炭.

国营新华化工厂设计研究所.1981.

作者简介:

刘　丽(19682),女,四川天一科技股份有限公司变压吸附所高级工程师。1990年毕业于四川轻化工学院,一直从事变压吸附分离技术的研究工作。

?国外动态?

CO2可转化为合成化学品的新催化剂

日本R I KEN先进科学研究院的研究人员宣布开发了新的铜基催化剂,可将CO

2

转化为有用的合成化学品,即各种功能化羰酸和衍生物。

工业上已使用二氧化碳作为化学品构筑物,如用于制造阿斯匹林,但是因要打开坚固的二氧化碳双键太困难,而使其应用受到限制。碳化合物通过锂或镁可使之活化,常常可成功地将二氧化碳结合在一起,但是,这些反应物极其活泼,并且大规模使用很危险。

硼化合物需要铑催化剂才能加速反应,该催化剂可破解该产物中尤为敏感的化学基团。而该研究团队开发的新的铜基催化剂,可有助于芳基和烯基硼酸酯与CO

2

发生羧化反应。这使该反应对构建含有几种不同类型化学基团的复杂分子尤为有用。

研究人员试验了许多不同的金属化合物,其中以铜催化剂为最好。

研究人员发现活性铜催化剂首先从起始分子中取代硼基团,形成新的铜—碳键。然后二氧化碳被插入此键中,最后再将铜催化剂去除,可产生羧酸基团。

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第1期 刘　丽,等:变压吸附分离技术中水对活性炭吸附性能的影响