变压吸附分离技术中水对活性炭吸附性能的影响

LowTemperatureandSpecialtyGasesVol127,No11Feb1,2009　

变压吸附分离技术中水对活性炭吸附性能的影响

刘　丽,张剑锋,杨丽芸

(四川天一科技股份有限公司PSA所,四川成都　610225)

①

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H2、N2、CO2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CO2的吸附量越小;相同含水量,再生真空度越高,对CO2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:O7133文献标识码:A文章编号:100727804(2009)0120014204

EffectsonAdsorptionCapabilityofActiveCarbonbyWater

inPressureSwingAdsorptionTechnology

LIULi,ZHANGJian2feng,YANGLi2yun

(SichuanTianyiScienceandTechnologyCo.,Ltd.,Chengdu610225,China)

Abstract:ItshowsthatwateraffectsadsorptioncapabilityofactivecarbonTK2T1andTK2T2throughexperiment.Bytes2tingadsorptioncapacityofsimplecomponentsuchasH2、N2andCO2,weinvestigatetheadsorptioncapabilityofactivecar2bon.Themorewatercontentsinactivecarbon,theweakeradsorptioncapabilityandthesmalleradsorptioncapacitytoCO2;Underthesameamountofwatercontents,thehigherregenerationofthevacuumlimit,thelargeradsorptioncapacitytoCO2,butwatercontentsandvacuumlimitofregenerationhavehardlyimpactonseparationperformanceofactivecarbon;Adoptingregenerationbyvacuum,theactivityofactivecarboncanberesumed.

KeyWords:pressureswingadsorption;activecarbon;watercontents;vacuumlimit;adsorptioncapacity

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

①

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500～1500m,有些活性炭的比表面积甚至可达2500m,比其它吸附剂能吸附更多的非极性和弱极性

2

2

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

收稿日期:2008210229

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　　　　　　　　15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TK2T2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。

%时,CO2的吸附量与含水量呈近似的线性关系,

含水量增大,CO2吸附量减小。而从图1上看TK2T1炭含水越少,吸附性能越好,当含水量>10%

时,CO2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,CO2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。

1　实验部分

111　仪器

EA2II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PSA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,TK2T1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,1min,3min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

212　考察活性炭含水量相同时不同的解吸真空度

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,CO2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

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

第27卷低温与特气　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　　　　　　　　　　　　　　　　　6

越高,水容易解吸,活性炭再生越好,对CO2的吸

附能力越强;反之,对CO2的吸附能力越弱。由图3、4可以看出,无论是TK2T1炭还是TK2T2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,CO2与H2、N2的分离系数变化范围小,即分离性能基本不受影响。当TK2T1炭水含量大于26%时,CO2与H2、N2的分离效果很好,但是CO2的吸附

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。

量较小,对于处理含CO2、H2、N2的装置要使TK2T1炭吸附CO2,使气相中CO2含量少,达到产品气中CO2的控制指标,那么N2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,TK2T2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。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　　　　　　　　17

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N2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

图8　TK2T2再生时间与CO2和N2的分离系数关系

Fig18　RelationofTK2T2regenerationtimeandseparationcoefficientofN2andCO2　　从图中可以看到:随着抽空时间的增加,两种活性炭对CO2的吸附能力不一样,但分离能力基本不变。TK2T1炭对CO2的吸附量增加较快,增加幅度大,抽空3min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3min的吸附容量比抽空30s增加了20%,CO2与N2的分离系数随抽空时间变化小。

社,1984.

3　结　论

(1)当TK2T1炭含水量为3168%时,基本不

[2](捷克)M.Smisˇek.《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。

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

・国外动态・

CO2可转化为合成化学品的新催化剂

　　日本RIKEN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CO2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。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CO2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。