分離一氧化碳和二氧化碳

1、分離一氧化碳和二氧化碳石油化學(xué)工業(yè)中，多以粗汽油熱分解制取生產(chǎn)乙烯的原料，進(jìn)而通過 合成制成各種化工產(chǎn)品。相反，從天然氣、重油、煤炭、煉鐵廠副產(chǎn)氣體 等得到的CO、CH3OH等碳原子為1的化合物，進(jìn)而以該類化合物制造合成 品的技術(shù)，即為C1化學(xué)。于是，高純度CO的研究開發(fā)，其CO分離工藝極其重要。某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煉鐵廠，在廠內(nèi)建成了 COSORB法CO分離裝置，利用 煉鐵廠副產(chǎn)氣體分離高純度CO供廠內(nèi)使用。以下，介紹該企業(yè)煉鐵廠的 CO分離裝置的概況，運(yùn)行業(yè)績等。1、CO分離工藝的比較商業(yè)化的CO分離工藝有銅液法、COSORB法、深冷分離法，物理吸附 PSA法等。銅液法與COSORB法為利用化學(xué)

2、反應(yīng)吸收法，深冷分離法為在 低溫下流化分離CO法。而PSA法利用壓力差吸附解吸法。這些方法中的 銅液法存在著析出銅的同時，又逸散游離氨的問題，所以近年來已不再建 此類裝置了。大規(guī)模企業(yè)采用深冷分離法，中等規(guī)模采用COSORB法，中小規(guī)模采 用PSA法是比較經(jīng)濟(jì)的。前述的鋼鐵企業(yè)，具有建設(shè)運(yùn)行銅液法、COSORB法以及深冷法的經(jīng) 驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，又努力研發(fā)PSA法。目前，可以按用戶的規(guī)模、氣源、 制品CO純度和用途等提供技術(shù)成套設(shè)備。2、CO分離工藝決定原則前述鋼鐵企業(yè)煉鐵廠，轉(zhuǎn)爐爐底吹氣使用氬氣（以下記為Ar）, Ar 用空氣分離裝置制取，但大氣中Ar含量只占0.93%，非常稀薄，其分離 成本

3、比較高。然而，對應(yīng)鋼材高質(zhì)量化的要求，Ar用量增加，預(yù)計今后Ar價格將 繼續(xù)走高。相反，煉鐵廠副產(chǎn)氣中存在大量的CO,分離CO的價格較便宜。 于是，研究了用高純度CO代替Ar用于轉(zhuǎn)爐爐底吹氣的技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這 一目的，該煉鐵廠建設(shè)了由煉鐵廠副產(chǎn)氣中分離CO的裝置。而且使用的 副產(chǎn)氣是含CO多，含硫化物等雜質(zhì)少的轉(zhuǎn)爐氣。對產(chǎn)品CO的要求如下：產(chǎn)品CO的回收量=500Nm3/hr產(chǎn)品CO的純度=98%以上。適合該要求的CO分離工藝選擇原則如下：深冷分離法，中等規(guī)模設(shè)備費(fèi)用比較高，而且在CO沸點(diǎn)附近N2難分 離，所以采用困難。PSA法也存在著N2分離難的問題。因?yàn)檗D(zhuǎn)爐氣含 1116%高濃度N2，所以

4、難以穩(wěn)定回收高純度CO。則不便選用。此外，COSORB法自1976年1號裝置投產(chǎn)以來，回收CO用于制造醋 酸、光氣等，至1987年已有11套裝置在運(yùn)行，技術(shù)驗(yàn)證表明，運(yùn)行簡單， CO回收率高，回收CO純度99%以上，所以采用該法。COSORB法使用轉(zhuǎn)爐氣時也有問題，因?yàn)檗D(zhuǎn)爐氣含有水分和硫化物等 雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會使COSORB溶液老化。所以，使用轉(zhuǎn)爐氣的COSORB法， 除去轉(zhuǎn)爐氣中的雜質(zhì)的預(yù)處理工序特別重要。前述煉鐵廠不僅擁有轉(zhuǎn)爐副 產(chǎn)氣的處理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，而且擁有獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)設(shè)計專利和施工圖設(shè)計、建設(shè) 的能力。3、CO分離裝置概要3.1、轉(zhuǎn)爐氣的回收工藝轉(zhuǎn)爐內(nèi)，熔鐵中的碳與頂吹的氧反應(yīng)生成CO,成

5、為轉(zhuǎn)爐氣的主成分。 該轉(zhuǎn)爐氣含塵量很高，且溫度也高達(dá)1600C。為此，使轉(zhuǎn)爐氣與水直接 接觸冷卻到60C，同時幾乎除去全部灰塵，其后用風(fēng)機(jī)吸引送至氣柜貯 存。該轉(zhuǎn)爐氣經(jīng)電除塵器進(jìn)一步除塵后，主要作為煉鐵廠用燃料。該煉鐵廠發(fā)生的轉(zhuǎn)爐氣中，相當(dāng)于12%，即750Nm3/hr的氣供CO 分離裝置。CO分離裝置發(fā)生的500Nm3/hr的高純度CO含量用于轉(zhuǎn)爐爐底 吹。3.2、CO分離裝置的工藝流程轉(zhuǎn)爐氣含約7% (40C飽和)的水份，而且還含氨、硫化氫、二氧化 碳等微量成分。水份以及這些微量成分，會使COSORB溶液老化，所以在 供給COSORB工序前必須除去。而且，灰塵的主成分為鐵粉，鐵粉也與 CO

6、SORB溶液反應(yīng)，同樣必須除去。COSORB溶液在甲苯中溶解CuAlCL4.由 于雜質(zhì)作用引起如下的溶液老化反應(yīng)。H2O+2CuAlCl4-CuCll+AlOCl：CuAlCl4+2HClf(1)NH3+CuAlCl4-CuCll+NH3AlCl3(2)H2S+2CuAlCl4CuCll+AlSCl：CuAlCl4+2HClf(3)Fe+CuAlCl4-Cul+FeAlCl4(4)而且氧對COSORB溶液來說雖然顯示不活性(惰性)，但研究者根據(jù) 環(huán)境試驗(yàn)以及運(yùn)行業(yè)績，氧與COSORB溶液反應(yīng)，仍然使溶液老化，且生 成焦油狀物質(zhì)。3.2.1轉(zhuǎn)爐的預(yù)處理工序原料的轉(zhuǎn)爐氣用油冷式螺桿壓縮機(jī)升壓至約3

7、kgf/cm2G.轉(zhuǎn)爐氣中的 灰塵由壓縮機(jī)油捕集，由于冷卻壓縮機(jī)油的油循環(huán)裝置內(nèi)裝過濾器，可以 完全除去轉(zhuǎn)爐氣中的灰塵。升壓后的轉(zhuǎn)爐氣用冷凍鹽水冷卻器（BR）預(yù)脫 濕并冷卻至5C。于是，該轉(zhuǎn)爐氣導(dǎo)入除去雜質(zhì)填加活性炭的吸收塔，在此將氨、硫化 氫等雜質(zhì)降低至0.5ppm以下。接著在常溫下經(jīng)脫氧塔（除氧塔），使氧 與CO完成選擇催化反應(yīng)，使氧降低至0.5ppm以下。這時，轉(zhuǎn)爐氣中含的 H2等雖然發(fā)生副反應(yīng)，但并不生成使H2和COSORB溶液老化物質(zhì)，因此， 脫氧塔中應(yīng)裝填選擇性優(yōu)良的催化劑。除各種雜質(zhì)的轉(zhuǎn)爐氣，用裝填沸石的吸收塔除濕，使水分降至1ppm 以下，送至COSORB工序。4、高純度CO質(zhì)

8、量要求上述某煉鐵廠的CO分離裝置的產(chǎn)品CO純度為9899%。然而，其它 公司的COSORB裝置分離的CO作為和成品的原料使用，所以要求純度為 99.5%以上。這時，吸收塔與解吸塔之間應(yīng)安裝閃蒸器，減壓閃蒸COSORB 溶液吸收CO內(nèi)的20%左右，同時逐出（diplacement）全部雜質(zhì)，用解吸 塔制得純度99.599.8%的CO。此時，上述產(chǎn)品CO中的雜質(zhì)幾乎都是CO2，通過簡單的脫CO2裝置， 很容易獲得99.8%以上的CO產(chǎn)品。特別是，為了提高CO的回收率，升壓 閃蒸氣，如果在解吸塔入口混合，同樣可獲得99%的CO回收率。5、小結(jié)本文所述的某煉鐵廠CO分離裝置制得的高純度CO代替Ar,已在鋼 鐵公司內(nèi)有