高纯度一氧化碳的生产

-1-高纯度一氧化碳的生产工艺一氧化碳是C1化学的基础原料，主要用于合成甲醇、甲醛、脂肪酸、脂肪酐、光气、异氰酸酯、碳酸二甲酯以及各种金属羰基化合物。用于化工合成的高纯度一氧化碳可以从含有一氧化碳的天然气和石油转化的合成气、水煤气、半水煤气以及钢铁厂、电石厂和黄磷厂的尾气中纯化分离；亦可以甲醇为原料，通过催化裂解、变压吸附等工艺制取，同时副产氢气。一、一氧化碳的生产工艺1煤炭和天然气法该方法以自然资源煤炭、天然气等为原料通过气化、羰基化等工艺过程来合成一氧化碳，然后根据生产中对一氧化碳的纯度要求进行分离、提纯，得到各种含量的一氧化碳。该工艺目前广泛应用于甲醇、醋酸等脂肪族化合物以及其衍生物的生产。2甲醇裂解制一氧化碳（1）工艺原理甲醇在专用催化剂作用和280℃下发生催化裂解，得到一氧化碳、二氧化碳和氢气等混合气体，经过变压吸附工艺（PSA）分离后可得到高纯度一氧化碳和氢气。反应式为：CH3OH→CO+2H2－90.7KJ/mol（2）工艺流程甲醇经预热、汽化、过热后在专用催化剂上进行裂解反应，裂解气经冷却、冷凝后其组成为H2～66％，CO2-4.5％，CO～31.8％，该裂解气进行压缩后在PSA-I吸附塔上脱碳后得到含氢气、一氧化碳的净化气体，然后在PSA-II吸附塔上分别得到含量≥98%的一氧化碳，并副产氢气。根据下游产品对一氧化碳纯度的需要，可以通过进一步的变压吸附操作，将一氧化碳的纯度提高至99.99%。工艺流程可表示-2-如下：二、一氧化碳的提纯工艺无论是用甲醇裂解工艺生产一氧化碳，还是以黄磷尾气、转炉气、高炉气等为原料分离、纯化一氧化碳，其原料气都是若干种气体的混合物，都必须经过提纯后才可以得到各种纯度的一氧化碳以满足下游产品的生产需要。一氧化碳虽然是C1化学的基础原料气，具有广泛的用途，但提纯方法不多，以往国内采用精馏法或COSORB法提纯CO。但这两种方法的预处理系统复杂，设备多，投资大，操作成本高，效果不理想。采用变压吸附工艺分离一氧化碳是近年来国际上的新兴技术。该工艺产品设计规模灵活，可在10～10000Nm3/h范围内灵活调节；产品纯度高，正常设计值≥98.5%，通过调整最高可达99.99%；装置投资少，操作方便，能耗低。变压吸附分离一氧化碳工艺流程图如下：-3-三、变压吸附技术提纯一氧化碳1变压吸附变压吸附(Pressureswingadsorption，PSA)工艺是近十几年来飞速发展的一种非低温法气体分离和提纯技术，与传统的气体分离工艺相比，具有投资小、能耗低、工艺简单、自动化程度高、操作方便可靠、产品质量高等优点，已在化工、石油炼制、冶金、采矿、电子、食品、科研、航天、医药、环保等方面得到了广泛的应用。（1）原理变压吸附技术（PressureSwingAdsorption简称PSA）是利用气体各组分在吸附剂上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化的原理，通过周期性的压力变化实现气体的分离。吸附剂对不同气体的吸附特性是不同的。利用吸附剂对混合气中各种组分吸附能力的不同，通过选择合适的吸附剂就可以达到对混合气进行分离提纯的目的。同一吸附剂对同种气体的吸附量，还随吸附压力和温度的变化而变化：压力越高，吸附量越大；温度越高，吸附量越小。利用这一特性，可以使吸附剂在高压或低温下吸附，然后通过降压或升温使吸附剂上吸附的气体解吸下来，使吸附剂再生，达到循环利用的目的。利用温度的变化使吸附剂吸附或再生的工艺过程称为变温吸附，利用压力的变化使吸附剂吸附或再生的工艺过程称为变压吸附。（2）特点变压吸附（PSA）是一种新型气体吸附分离技术，它有如下优点：①产品纯度高；②一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生时不用加热，节能经济；③设备简单，操作、维护简便；④连续循环操作，可完全达到自动化。因此，当这种新技术问世后，就受到各国工业界的关注，竞相开发和研究，发展迅速，并日益成熟。2CO的提纯-4-变压吸附技术吸附过程有以下特性：①吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上吸附量有差异；②一种特定的气体在吸附剂上吸附量随着其分压的降低而减少。变压吸附提纯CO技术就是根据这些特性，在较高压力下，在较高压力下，吸附剂吸附经过预处理的混合气体中的一氧化碳组分，不易吸附的组分则穿过吸附床作为吸附床的冲洗气。然后通过降低吸附床压力使一氧化碳组分脱附解吸，从而使吸附剂得以再生，同时一氧化碳组分得以浓缩。多床变压吸附的意义在于：保证在任何时刻都有相同数量的吸附床处于吸附状态，使产品能连续稳定地输出；保证适当的均压次数，使产品有较高的回收率。在变压吸附过程中吸附床内吸附剂的解吸是依靠降低杂质气体的分压实现。3研究进展变压吸附技术的研究与应用在我国起步较晚，但发展速度却很快，西南化工研究设计院最早在国内将PSA技术实现工业化，已经推广各种工业装置六百多套，使我国的变压吸附技术在许多方面处于国际领先地位。目前，我国变压吸附技术的应用领域有：氢气的提纯、二氧化碳的提纯(可直接生产食品级二氧化碳)、一氧化碳的提纯、变换气脱除二氧化碳、天然气的净化、空气分离制氧、空气分离制氮、瓦斯气浓缩甲烷、浓缩和提纯乙烯、气体干燥、气体脱硫等等。在吸附剂的研究方面，北京大学开发成功的高效吸附剂PU－1，对一氧化碳有极高吸附容量和选择性，曾获中国、美国、加拿大专利。北大先锋公司根据此吸附剂的特性，开发成功国际领先水平、高效低耗的变压吸附分离一氧化碳新技术，将一氧化碳的纯度提高至99.99%，设计建成多套大型一氧化碳分离装置，为用户带来了巨大的经济效益，获得高度评价。-5-