氣體分離技術(shù)的最新研究進(jìn)展

賀英廣

摘要：距今世界氣體分離設(shè)備制造業(yè)已有百年發(fā)展歷史，可對(duì)于我國(guó)的氣體分離設(shè)備制造業(yè)，其是在新中國(guó)成立后得以建立的，是一門新興工業(yè)起步相對(duì)較晚。但在世界范圍內(nèi)，我國(guó)氣體分離設(shè)備制造業(yè)占據(jù)的地位舉重若輕，雖然我國(guó)當(dāng)前的氣體分離技術(shù)較為成熟，可有關(guān)其今后發(fā)展則需進(jìn)一步分析，對(duì)此，本文將對(duì)最新氣體分離技術(shù)研究進(jìn)展加以簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：研究進(jìn)展;氣體分離技術(shù);分析

引言：

有關(guān)純化與分離過程已經(jīng)滲透到工業(yè)及研究領(lǐng)域，尤其在水法冶金、氣體分離、超純材料制備等相關(guān)領(lǐng)域的分離過程，發(fā)揮著舉足輕重的作用。人們?cè)诮┠?，也認(rèn)識(shí)到在工業(yè)生產(chǎn)中分離和純化的必要性，CJ.King等專家在政府報(bào)告中透出分離技術(shù)與科學(xué)研究的進(jìn)展，針對(duì)維持與提升美國(guó)各領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)能力十分重要，而對(duì)于我國(guó)同樣關(guān)鍵。

一、簡(jiǎn)析空氣分離技術(shù)的應(yīng)用前景

關(guān)于空氣分離，吸附流程和低溫精餾彼此間的競(jìng)爭(zhēng)較為激烈。針對(duì)變壓吸附的優(yōu)勢(shì)為起動(dòng)之后的幾分鐘內(nèi)邊能達(dá)到需要的純度，而且低溫設(shè)備可以同時(shí)形成液態(tài)與氣態(tài)的氮、氧與氫。內(nèi)部泵壓氧氣與生產(chǎn)液氧的設(shè)備屬于現(xiàn)代化設(shè)備，不僅自動(dòng)化水平高而且靈活性較大。出于提升設(shè)備產(chǎn)量的，可將結(jié)構(gòu)填料填充在精餾塔內(nèi)?，F(xiàn)代化流程控制硬件與健全的控原制度，會(huì)在大型空氣分離設(shè)備中占據(jù)其一定位置。通過計(jì)算機(jī)的有效控制，能夠讓設(shè)備于負(fù)荷變動(dòng)期間維持平衡。采取先進(jìn)的設(shè)備模擬與最佳流程系統(tǒng)，能夠在低溫氧氣設(shè)備中產(chǎn)生更大效益。當(dāng)前，傳統(tǒng)吸收法的使用較少，常規(guī)吸附分離法的使用范圍不斷縮小。在大型空氣分離裝置中的低溫分離，由于產(chǎn)品純度高與成本低，截至現(xiàn)在依然發(fā)展而且出現(xiàn)了一些特大型規(guī)模裝置?？蓪?duì)于其他氣體分離領(lǐng)域，囊括小型、中型空氣分離裝置，以獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的膜分離正迅速發(fā)展到工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，取替?zhèn)鹘y(tǒng)低溫工藝。

二、簡(jiǎn)析部分氣體分離技術(shù)研究進(jìn)展

（一）變壓吸附氣體分離技術(shù)

其是吸附分離技術(shù)的一項(xiàng)重大進(jìn)步，而且在物理吸附分離法中占據(jù)著重要地位。美國(guó)VCC公司在六十年代中期實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，應(yīng)用在氣體分離以及純化?，F(xiàn)階段，已能大規(guī)模應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。在二十世紀(jì)八十年代初我國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，規(guī)模由500Nm3/h至3000Nm3/h?；诮?jīng)濟(jì)角度分析，變壓吸附相比深冷法會(huì)降低投資約11.7%，操作費(fèi)用41.2%。獲得的產(chǎn)品氫純度可以高達(dá)99%-99.999%，回收氫的效率可以達(dá)到75%-85%。變壓吸附能近似作為等溫變化的物理吸附分離過程，其于固定吸附床上通過氣體混合物中各個(gè)組分，伴隨壓力變化吸附劑的吸附容量而產(chǎn)生差異的特征，在壓力相對(duì)較高的情況下進(jìn)行選擇性吸附，若是壓力較低的話，進(jìn)行解析這兩過程構(gòu)成的各塔切換交替循環(huán)工藝。每一個(gè)循環(huán)時(shí)間有十幾分鐘或者是幾分鐘。在吸附床當(dāng)中的任一點(diǎn)的組成、流量、溫度、壓力以及流動(dòng)方向，均會(huì)伴隨時(shí)間而進(jìn)行周期變化。另外，各塔在相一同時(shí)刻，分別處在不一樣的操作步驟。采取變壓吸附氣體分離技術(shù)，能有效除去需要產(chǎn)品之外的多類雜質(zhì)組分^[1]。在純化或是分離氫氣時(shí)，作為吸附相的雜質(zhì)組分被分離掉，而作為吸余相的氫氣連續(xù)輸出。

壓力吸附主要優(yōu)勢(shì)如下：第一，設(shè)備投入少、工藝過程簡(jiǎn)便、技術(shù)和磨損維護(hù)較低，這是因?yàn)榕俪y門沒有任何活動(dòng)元件;第二，較高的產(chǎn)品純度，而且過程可以一步完成;第三，可靠性較高的系統(tǒng)，在常溫下開展，不涉及化學(xué)藥劑或是溶劑，吸附劑的使用年限能超過10年，操作能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化。而壓力吸附的缺點(diǎn)為氫氣損失偏大，而且針對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)提出很高的質(zhì)量要求。

（二）超重力氣體分離技術(shù)

在氣體分離過程中應(yīng)用超重力技術(shù)能實(shí)現(xiàn)選擇性吸收。例如石油煉制過程，因?yàn)樵谠椭袩o法避免存在一定的硫化物，從裂化催化裝置產(chǎn)生的煉廠氣含有一定量的硫化氫，若是不能脫除硫化氫，會(huì)對(duì)后續(xù)處理煉廠氣造成負(fù)面影響。因?yàn)槌亓夹g(shù)的停留時(shí)間相對(duì)較短，將硫化氫在盡可能短的時(shí)間內(nèi)吸收，從而對(duì)二氧化碳反應(yīng)時(shí)間有效控制，便可以大大降低二氧化碳吸收量。進(jìn)而進(jìn)入良性的吸收解吸循環(huán)，不斷提升吸收劑質(zhì)量品質(zhì)并提高吸收率。提高超重力技術(shù)能實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模的硫化氫、選擇性吸收開發(fā)二氧化碳。對(duì)于天然氣含有硫化氫0.15%、二氧化碳8.5%，吸收劑是MDEA能降低硫化氫含量到4μg/g，另外將留于天然氣當(dāng)中的二氧化碳占比，從以往的60%抬升到90%。

（三）超臨界氣體萃取分離技術(shù)

作為一種新分離學(xué)科或是技術(shù)的超臨界氣體萃取，伴隨應(yīng)用技術(shù)與基礎(chǔ)理論的深入研究，其在醫(yī)藥、食品以及石油化工等領(lǐng)域具有十分寬闊的發(fā)展前景。關(guān)于超臨界氣體萃取，其是通過超臨界氣體的密度和溶解能力之間的關(guān)系，也就是以溫度與壓力變化影響超臨界氣體溶解能力而開展的。處在超臨界狀態(tài)，待分離物質(zhì)同超臨界氣體相接觸，讓其選擇性地萃取當(dāng)中某個(gè)組分，之后通過升溫和減壓等辦法，從而使超臨界氣體變?yōu)槠胀怏w，完成或是基本完全析出被萃取物質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分離提純。超臨界氣體萃取溶質(zhì)，以及超臨界氣體分離和被萃取的溶質(zhì)是超臨界氣體萃取工藝的基本構(gòu)成。依據(jù)不同的分離方法，擁有三種不一樣的工藝，例如等壓法、等溫法和吸附法。

現(xiàn)階段，已經(jīng)采取的超臨界氣體為乙烯、乙烷，丙烷和二氧化碳等，其中最為常用的是二氧化碳。這主要是由于二氧化碳，具備無臭、無毒、價(jià)廉且不易燃等優(yōu)點(diǎn)，二氧化碳的臨界溫為31.06℃，對(duì)于超臨界二氧化碳，擁有較大的有機(jī)物溶解度，較高的傳質(zhì)速率，所以萃取能夠在比室溫略高的情況下進(jìn)行。該項(xiàng)分離技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)為工藝簡(jiǎn)單、操作方便，沒有殘留毒性且能耗低，適合應(yīng)用高沸點(diǎn)熱敏化合物分離。當(dāng)前，廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、化工等工業(yè)領(lǐng)域^[2]。

結(jié)束語：

化學(xué)工程學(xué)科，氣體分離技術(shù)是其核心所在，而其他工程的出現(xiàn)及需求在一定程度上促進(jìn)其深化與發(fā)展。應(yīng)善于利用氣體分離技術(shù)基本原理，而且深入了解特定分離過程中，涉及的各類繁瑣的“物理—化學(xué)—生物”現(xiàn)象，充分發(fā)揮學(xué)科雜交優(yōu)勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)氣體分離方法加以改善，研發(fā)新技術(shù)，從而提升氣體分離的高效性及科學(xué)性，為更好地完成分離任務(wù)而不斷探求。

參考文獻(xiàn)

[1]白梅，劉有智，申紅艷.氣體分離技術(shù)的最新研究進(jìn)展[J].化工中間體，2011，7（04）：1-4.

[2]張立峰.中國(guó)氣體分離技術(shù)發(fā)展方向探討[J].深冷技術(shù)，2011（04）：44-47.