化工分离方法范文篇1

【关键词】变压吸附技术及应用提纯二氧化碳

对于在工业而言，二氧化碳脱除、提纯是一门学问，当前工业上经常用到的二氧化碳分离法包括溶剂吸收法、变压吸附法以及膜分离法等，不同的方法应用选择上、经济性以及实用性方面都存在着较大的差异性。实践中可以看到，目前工业生产过程中最常用到的脱碳法主要是变压吸附法以及溶剂吸收法，尤其是变压吸附（PSA）法因生产工艺比较简单，而且操作相对比较简便、无腐蚀、无污染，加之其耗能低，目前已经实现了生产工业化。

1二氧化碳分离方法概述

1.1溶剂吸收法

对于溶剂吸收法而言，作为一种传统的脱碳方式，实践中主要包括物理、化学两种吸收方法，该种吸收法业已在国内合成氨脱碳生产过程中得到了广泛的应用。对于物理吸收法而言，其主要是利用交替二氧化碳、有机溶剂间的压力、温度，来吸收二氧化碳，从而实现二氧化碳分离、处理之目的。对于化学吸收法而言，其主要是利用相关的化学溶剂，在吸收塔中通过化学反应，促使二氧化碳进入到溶剂之中，形成的富液引入到脱吸塔中，经加热分解、吸收、脱吸，最终提纯二氧化碳。化学吸收法，具有得到的产品纯度高、一次性处理二氧化碳量大等特点。但这种吸收峰也存在着不足之处，针对其存在的不足，人们相继发明了膜分离方法与变压吸附法。

1.2膜分离法

所谓膜分离法，即混合气体中的二氧化碳和其他气体经过膜材料时，利用其穿过的速度不同，将二氧化碳、其他组分有效地分离开来。在当前工业生产过程中，应用最多的分离膜主要有聚酰胺膜、聚砜膜、醋酸纤维素膜以及聚醚砜膜等。从实践来看，膜分离法具有投资少、耗能低以及实际操作简单方便等优点。在成本上，膜分离法的装置大约为吸收法的一半，因此，膜分离法是一种发展非常迅速的新型的节能的气体分离技术。但是膜分离法很难提取高纯度的二氧化碳，如果要提取高浓度二氧化碳其他，建议将膜分离法以及吸附法有机地结合起来，采用膜分离法粗分离，再以利用吸附法实施精分离。

1.3变压吸附法

变压吸附法，简称PSA法，是一种干法工艺，这些年广泛的用于提纯二氧化碳的工艺里。1942年H.kahle在德国申请的专利里提出了变压吸附的概念。变压吸附法的基本原理是利用吸附剂对差异性气体在不同吸附量、推力以及速度条件下，随压力变化而发生变化的特性，采用加压方式来实现混合气体的有效分离；采取降压方式充分发挥吸附剂再生功能，进而实现混合气体之间的相互分离、吸附剂也可以二次应用。从实践来看，变压吸附法主要表现以下几个方面的优点：

第一，具有非常强的适应性特点。变压吸附设备通过微调，即可变换其实际生产能力，同时也可以适应原料气进口压力、不同的工艺条件。一般而言，吸附剂具有较长的应用周期，通常在10年左右，若在其中加一些新吸附剂，又可以延长其应用期限。

第二，具有能耗低之优点。对于变压吸附法而有，其流程过程中只有增压，才可能会出现功率消耗，通常情况下其工作压力非常的小。对于真空解吸流程而有，其主要是利用鼓风机来实现增压目的，而且吸附剂再生时无需加热，通过消耗较低的真空泵即可实现。

第三，因变压吸附法以气固分离为主，所以被分离出来的气体之中，通常不含有溶剂蒸气，因此不会出现溶剂损失、回收问题。在此过程中，还可以实现操作自动化。目前来看，PSA设备程序所布设的PLC可以有效控制调节系统、程控阀开关以及监控系统，应用效果非常的显著。

2变压吸附法提纯二氧化碳技术的应用

人们在变压吸附法脱离二氧化碳技术的应用做了大量的研究，采取变压吸附法对合成氨进行生产，在变换气体后，CO2的含量一般在20%至35%，即每吨氨中CO2含量为1.2～1.4吨。我国的用变压吸附法提纯CO2工艺于80年代中期由西南化工研究设计院开发成功，而第一套石灰窑气提纯工业设备于上世纪八十年代末在四川一氮肥厂投用。1991年，广东金珠江化学有限公司建成一套纯氢气生产线，它主要是在利用甲醇制氢裂解气中，通过四塔PSA生产工艺进行纯氢脱离，该方法所脱离的氢气纯度可达99.9%，并且有液体二氧化碳副产品产生。中州铝厂采用变压吸附技术在氧化铝的生产的焙烧尾气里提取浓缩的CO2，通过吸附剂吸附大量的CO2和少量的N2和O2等。用真空泵将吸附塔有效地抽成真空，将吸附剂上的二氧化碳与少量氮气、氧气进行解吸，然后将其彻底地抽出来，此时二氧化碳的浓度在35%以上。广东韶关钢铁集团有限公司，利用2×150m3焦炭竖窑，对高活性优质石灰进行生产过程中，利用三塔变压吸附设备对窑气中所含有的二氧化碳进行回收。吸附前，首先对石灰窑中的烟气实施一级除尘、二级除尘操作，具有较大的经济社会效益和环境效益。

3变压吸附法提纯二氧化碳技术效益评估

3.1直接经济效益

利用变压吸附提纯的二氧化碳产量大，纯度高。不仅能实现二氧化碳的再利用率，降低了工业成本，从而为企业创造了最大的经济效益，实现了企业的可持续发展。

3.2间接经济效益

化肥厂等化工企业可用变压吸附法提取的高纯度的二氧化碳当做尿素装置的原料来生产尿素，从而使尿素装置达到了百分百的高负荷生产，从而解决了工业中氨和碳的平衡问题，为大化肥等装置的长周期运行奠定了良好的基础。

3.3社会效益

变压吸附提纯二氧化碳技术的，不但充分的利用了现有的资源，同时也减少了温室气体中二氧化碳的排放量，从而降低了对大气的环境污染，具有较好的社会效益。

4结语

总而言之，二氧化碳是当前最重要的一种碳化学原料，在现代工业生产实践中得到了非常广泛的应用，作为当前工业发展中的基础原料，在石油、钢铁、冶金、建材以及食品生产和化工医疗等领域发挥着巨大的作用，具有重要的战略意义。伴随工业化学的前进，CO2已经成为一种至关重要的合成原料。如何利用变压吸附法提高二氧化碳的回收率，是值得我们继续研究和探讨的问题。

参考文献

[1]陈中明，李传华，凌海.二氧化碳的生产及综合利用[J].精细化工中间体，2010（5）

[2]殷捷，陈玉成.CO2的资源化研究进展[J].环境科学动态，2011（10）

[3]唐莉，王宝林，陈健.应用变压吸附法分离回收CO2[J].低温与特气，2010（2）

化工分离方法范文篇2

[关键词]石油化工渗透汽化膜分离技术

中图分类号：TE355文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）21-0268-01

1引言

渗透汽化是一种新型的膜分离技术，能把液体混合物进行分离，突出优点是能以低的能耗而实现吸收、萃取以及蒸馏等传统的方法难以完成的分离任务。特别使用于蒸馏法比较难分离或者是不能分离的恒沸点以及近沸点的混合物以及同分异构体的分离，对有机溶剂和混合溶剂中微量水的去除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势。同时还可使化学反应和生物反应的耦合，将反应中生成物不断地进行脱除，提高了反应的转化率。因此，渗透汽化技术在石油、化工等工业领域当中具有非常广阔的应用前景以及市场。渗透汽化目前是一项处于发展和待开发的技术，国际学术界的专家们称其为21世纪最有前途的高技术之一。

2渗透汽化基本原理

渗透汽化是利用膜对液体混合物中各组分的溶解扩散性能的不同，实现组分分离的一种膜过程。而在渗透汽化的过程当中，料液侧通过加热而提高待分离的组分分压，膜下游侧通常和真空泵进行相连，维持了很低的组分分压，在膜的两侧组分的分压差推动之下，各个组分选择性地通过了膜表面进行了扩散，在膜下游侧汽化，最后通过冷凝的方法排出去，有机溶剂的脱水渗透汽化分离原理如图1所示。

3无机膜与有机膜的渗透汽化膜

3.1无机膜

该膜具有良好的耐氧化性、耐酸碱、机械稳定性、化学稳定性、热稳定性等一些优点。这些优点使无机膜发展受到了科技界的重视，也具有广阔的应用前景。无机膜按照材料可以分为玻璃膜、分子筛膜、高分子金属配合物膜、合金膜和陶瓷膜等。

多孔的无机膜制备的方法主要有：水热合成法、分相法、薄膜沉积法、阳极氧化法、溶胶-凝胶法、固态粒子烧结法等。已经商品化的多孔膜主要是微滤以及超滤膜，而制备的方法以溶胶-凝胶法及粒子烧结法为主的。溶胶-凝胶技术可以制备超滤范围的小孔径膜，现在采用这种技术制备的已经商品化超滤膜有氧化锆膜、氧化硅膜、氧化钛膜以及氧化铝膜。近几年以来，有关溶胶-凝胶技术的研究大部分集中在制备孔径小于2纳米的气体分离膜以及纳滤膜。

3.2有机膜

渗透汽化的重要作用的元件就是渗透汽化膜，而膜的性能对渗透的汽化过程有着决定性的影响。有机物的分离膜可以适用的分离体系很多而且性质的差异也非常大，而膜材料的选择也没有普遍的规律，所以必须针对分离的体系化学物理性质进行设计及选择，主要有同分异构体分离膜、醇-醚分离膜以及芳烃-烷烃分离膜。虽然亲有机物膜在渗透汽化膜分离的过程当中具有很高潜在的应用价值，而且世界的范围以内对该膜已经有着广泛的研究，但是现在可以实现工业化的应用非常少。亲水膜又可以称优先透水膜，活性分离层是由含有一定的亲水性基团高分子的材料制作而成的，其具有一定的亲水性。现在已经有一些学者开始研究亲水性膜在甲肼、不对称二甲肼以及火箭燃料肼脱水的过程当中应用。亲有机物膜又可以称为优先透有机物膜，通常由溶解度参数小、低表面能以及低极性的聚合物（如聚苯醚、纤维素衍生物、含氟聚合物、有机硅聚合物、聚丙烯以及聚乙烯等材料）制成。

4渗透汽化在石油化工中的应用

4.1有机混合物的分离

石油化工当中有着大量的有机混合物需要进行分离，而且还有相当一部分的有机混合物是同分异构物、近沸点以及恒沸物，用普通的精馏方法很难分离或者是不能分离。萃取精馏或者是恒沸蒸馏需要加入一些第三组分，这样不但可以使分离的过程变得复杂化，设备的投资也会大大地增加，操作费用以及能耗也会上升，也不能避免第三组分的损失以及对产品的污染。用克拉伯龙方程法具有无污染、投资及操作费用省、能耗低、过程简单等优点。所以，有机混合物分离是克拉伯龙方程技术中节能潜力最大的应用，其代表性的烷烃与烯烃、芳烃与烷烃、醇与醚的分离。如果这些应用取得了突破性的进展，而且成功地运用于工业的生产，那么，许多的高能耗工艺就会被这个技术所取代或者是部分取代，在化学工业当中将产生举足轻重的影响。

4.2废水的处理以及溶剂的回收

从废水当中除去少量的有机物，目的是解决环境的污染问题，可以处理掉污染物当中的醋酸乙酯、甲乙酮、丙酮、三氯乙烷、氯仿、酚、甲苯、苯等。使用有机膜可使少量有机物透过，可使水当中的有机物含量符合排放的标准，整个的过程能耗非常低，对于回收的有机水溶液当中含有的1%～5%的有机溶剂，其传统的方法就是萃取或者精馏，利用的传统的方法和渗透汽化的方法结合进行回收溶剂，总操作的费用是单纯精馏的1/2～2/3，整个的生产装置总投资比传统分离的方法节省了20%～60%。

4.3混合溶剂以及有机溶剂的脱水

渗透汽化可以广泛用于胺类、酯类、醚类、酮类、醇类等有机水溶液的脱水，为这种有机溶剂的生产提供了新的经济有效的方法，特别适用于含少量水的氯、苯烃类化合物。这样的技术在有机水的溶液脱水的方面潜在市场非常大，值得一提的就是苯当中微量水的脱除，石油化工公司在生产聚苯乙烯以及苯酚的时候需将苯当中微量水脱除，苯酚以及聚苯乙烯的生产工艺为：

苯+乙烯乙苯苯乙烯聚苯乙烯

苯+乙烯异丙苯过氧化氢异丙苯苯酚+丙酮

在上述的两个反应当中，应该需要无水的AlCl3做催化剂，如果系统当中有水的存在，那么就会降低催化剂的活性，并且就会降低反应的转化率，进而加大催化剂的用量。与此同时，水和AlCl3的反应生成盐酸，也会引起设备的腐蚀。所以，一定要对原料苯进行脱水的处理，使之含有的水量低于0.005%（质量分数），现在的工艺采用的恒沸精馏，用苯作为恒沸剂，从精馏的塔顶部蒸出苯水共沸混合物，进而达到了脱水目的，因为苯当中的水含量非常低，塔顶的切割分量也非常少，回流也就比较大，也就接近了全回流，所以能耗比较大，而且苯当中水的含量常常高于0.005%（质量分数），在压力800帕，温度70摄氏度的渗透汽化工况之下，采用改性聚乙烯醇复合膜，就可以将苯当中的水量从质量分数为0.06%降到0.003%以下。

5结束语

综上所述，渗透汽化膜分离的技术作为一种新型的膜分离技术，能耗低，对用一般的分离技术较难进行分离的恒沸点、近沸点的混合物等有较好的分离效果，所以应用非常广泛。国内的浙江大学以及清华大学等对渗透汽化膜分离技术的研究比较多并且取得了不少的成果。总而言之，渗透汽化膜分离技术就是一种高效的分离技术，通过与其它的分离技术集成以及本身的工艺改进，其应用的前景将会更加地广阔。

参考文献

化工分离方法范文篇3

乙醇是生物质液体能源物质的主要形式,也是化石燃料最可能的替代品。目前乙醇的工业制造已经十分成熟。例如以淀粉类和糖类作为发酵原材料,采用微生物法发酵生产乙醇是一项成熟的技术。另外,用木纤维素材料包括秸秆等农业废弃物,城市固体废弃物、办公废纸、杂草、锯末等以及市政废水中的固体部分等进行乙醇生产的研究也已经有很多相关的文献和材料。本文简单介绍了乙醇的发酵工艺,着重对于乙醇的纯化过程经行了化学工程分析。

1.乙醇发酵工艺简介

发酵方式有直接发酵法、间接发酵法、混合菌种发酵、同步糖化发酵法(SSF法)、非等温同步糖化发酵法和固定化细胞发酵法(NSSF法)。这里只介绍典型的SSF法和NSSF法。

SSF法:当纤维素生物质作为原料的时候,纤维素酶对于纤维素生物质的水解被水解产物——葡萄糖和纤维二糖所抑制,从而发展了同步糖化发酵法。同步糖化发酵法是将酶水解和乙醇发酵结合起来,在同一发酵罐中进行,而且因发酵罐内的纤维素水解速度远低于葡萄糖消耗速度,从而使葡萄糖的浓度保持很低。乙醇对于纤维素酶的抑制作用不如纤维二糖和葡萄糖的抑制作用大,所以水解的同时将糖转化成乙醇会为动力学方面创造有利条件,并且会提高纤维素酶的效率。

NSSF法:ZHANGWENWU等于1998年提出了利用非等温同步发酵法(NSSF法)生产乙醇的工艺流程。这个工艺流程包含一个水解塔和一个发酵罐,不含酵母细胞的流体在两者之间循环。该设计使水解和发酵可在各自最佳的温度下进行,可消除水解产物对酶的抑制作用,但显然也增加了流程的复杂化。

2.乙醇纯化的化学工程分析

传统的从发酵液中分离乙醇-水混合液一般分两步:先用普通精馏方法得到质量分数为92.4%的乙醇,再用共沸精馏、萃取精馏、液液萃取、吸附或其它方法得到无水乙醇。但是,但由于溶液较高的蒸发热,精馏在操作过程中需要很高的能耗;并且随着原料中乙醇浓度的提高,精馏塔中回流比必须相应地提高,进一步提高了成本。

新型的乙醇纯化方法包括萃取法、超临界流体法和渗透蒸发膜分离法。萃取法使用多种溶剂从低含量乙醇的水溶液中萃取乙醇,但其所使用溶剂大多具有毒性容易造成环境污染。超临界二氧化碳和乙烷作溶剂分离乙醇-水溶液,由于乙醇在气相相对较低的溶解性,超临界流体法被认为是一种较好的方法。而NaA-沸石膜蒸发分离乙醇-水,120℃下可生产530L/h浓度高于99.8%的乙醇。这部分的工艺几乎等同于化学工程的分离工艺技术,而这些化工分离工程技术趋于成熟,因而可完全加以应用。另一方面,传统的分离经历了几十年的研究和发展,技术上已经比较成熟,但并不意味着它们不再发展,无论在理论上、设备的结构和效率上,仍在不断有所创新,目前呈现出分离与反应过程耦(增加化学作用对分离过程的影响)、分离过程的集成以及多场耦合等趋势。一种新的乙醇除水技术路线,采用了反应+精馏同时进行的方式除去乙醇-水共沸物中的水。

3.存在问题及相关措施

科学家在泡罩塔中研究了加入乙酸钾萃取精馏乙醇-水共沸物的过程,结果表明加入少量的乙酸钾即可消除共沸点。CaCl2的加盐萃取精馏过程与使用苯、戊烷、二乙酯的共沸精馏过程和使用乙二醇和汽油的萃取精馏过程,结果表明以CaCl2为盐的加盐萃取精馏过程优于其它技术。从降低能耗角度而言,加盐萃取精馏更适用于从发酵液中制得无水乙醇;与只用乙二醇的萃取精馏相比,溶剂比减少了75%~80%,塔板数大幅度减少,能耗显着下降,然而加盐萃取精馏中盐的加入,不可避免导致对设备的腐蚀,盐有时会从溶剂中析出,使管道堵塞,这都是目前亟待解决的问题。

乙醇纯化过程中,各种单元操作的模拟,其分离过程的耦合可以采用商品化的流程模拟软件(如AspenPlus,ProⅡ等)。然而这些商品化模拟软件在进行过程设计时,一般采用“二步法”。而采用该种方法设计操作困难,耗时耗力,各种单元操作方式通常依靠经验决定,不属于真正意义上的过程合成或集成。在乙醇的纯化中,工程模拟的重点在于根据指定条件对各种单元操作和分离流程耦合筛选。这就要涉及到人工智能方面的理论,无疑当采用专家系统后,计算机本身就是一个经验丰富的工程师,它能够根据人设定的要求(目标函数),自动选择合适的流程组合,而不在需要工程师去依靠经验来选择流程、确定工艺了。这方面的研究对于进一步优化乙醇分离无疑是十分有利的,具有重要意义。