專(zhuān)利名稱(chēng)：濃縮和提純高爐氣中一氧化碳的變壓吸附工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種采用催化吸附劑將含氮的一氧化碳多組分混合高爐氣體以及石油和化工等工業(yè)中具有類(lèi)似混合氣體進(jìn)行分離、濃縮和提純的工藝過(guò)程，使其中一氧化碳和氮?dú)夥珠_(kāi)，分別制得一氧化碳和氮?dú)?，在此同時(shí)得到副產(chǎn)二氧化碳。
在鋼鐵廠的高爐氣中，主要含有二氧化碳、一氧化碳和氮?dú)?，這三種氣體的典型組成是(體積百分?jǐn)?shù))二氧化碳10-20％、一氧化碳20-30％和氮?dú)?0-65％，另外還有少量的氫氣、硫化氫、氧氣、碳?xì)浠衔锖惋柡退?。它的熱值只?527-3790K J/NM3，不能進(jìn)行有效利用，若將一氧化碳進(jìn)行濃縮，則可大大提高氣體的熱值。當(dāng)一氧化碳被濃縮到70％(體積)，則熱值為8845K J/NM3。這三種氣體工業(yè)上都有著廣泛的用途，因此對(duì)它們進(jìn)行分離加以利用，是處理高爐尾氣所面臨的問(wèn)題。解決這問(wèn)題的關(guān)鍵是要有合適的方法來(lái)分離一氧化碳和氮?dú)?，因?yàn)閺囊谎趸己偷獨(dú)庵蟹蛛x提取二氧化碳，已有成熟的方法，可使用合適的吸附劑和過(guò)程，如采用活性炭和炭分子篩的變壓吸附過(guò)程。
本發(fā)明目的是針對(duì)處理含氮?dú)怏w的一氧化碳存在的不足之處提供一種濃縮和提純高爐氣體中一氧化碳的變壓吸附工藝，采用催化吸附劑通過(guò)變壓吸附方式實(shí)現(xiàn)從高爐尾氣中分離回收純一氧化碳和氮?dú)?，包括設(shè)置的前置變壓吸附工序脫除或回收提純二氧化碳。
濃縮和提純高爐氣中一氧化碳的變壓吸附工藝是采取以下方案實(shí)現(xiàn)的變壓吸附工藝分離回收純一氧化碳和氮?dú)獾幕具^(guò)程是在一吸附壓力和環(huán)境溫度下，利用催化吸附劑對(duì)一氧化碳具有很強(qiáng)吸附能力，使高爐尾氣中的一氧化碳和氮?dú)庠谕ㄟ^(guò)裝填有催化吸附劑床層一氧化碳被吸附下來(lái)并回收，脫除一氧化碳的氮?dú)猱a(chǎn)品從床層出口排出。
本發(fā)明采用的催化吸附劑是由本專(zhuān)利申請(qǐng)人96.12.20申請(qǐng)的“含氮?dú)庵幸谎趸純艋呋瘎┘斑^(guò)程”中的催化吸附劑(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?6117226.6)。該吸附劑由氯化銅、活性炭、天然優(yōu)質(zhì)凹凸棒土和混合稀土氯化物為原料，經(jīng)浸漬或和混合，再加工成型的催化劑顆粒，在0～55℃的溫度中，用于凈化含氮?dú)怏w中微量的一氧化碳。
催化吸附劑采用以下方法制備(微量一氧化碳凈化催化劑)(1)制備氯化銅和混合氯化稀土的水溶液或氯化銅和混合氯化稀土粉末；(2)將粉狀活性炭放入上述水溶液中浸漬或與上述粉末混合；(3)對(duì)于采用浸漬法制備的情況，分離液固混合物、干燥所得的固體混合物；(4)所得的固體混合物與優(yōu)質(zhì)凹凸棒土混合后成型；(5)加熱、干燥所得的成型混合物1-5小時(shí)，合適的溫度是100℃和400℃；(6)在還原氣體中對(duì)所得的成型混合物進(jìn)行還原處理，合適的還原氣氛為氫氣或/和一氧化碳的氣體，溫度為120～380℃，得微量一氧化碳凈化催化劑(催化吸附劑)。
作為適用于本發(fā)明的鋼鐵廠高爐氣或類(lèi)似含氮一氧化碳混合氣體，一般除了一氧化碳和氮?dú)庵?，還含有二氧化碳和少量的氫氣，硫化物，氧氣，碳?xì)浠锖惋柡退?。因此在使用本發(fā)明分離回收一氧化碳和氮?dú)庵埃柙O(shè)置幾個(gè)前置工序，脫除會(huì)影響催化吸附劑吸附一氧化碳的某些雜質(zhì)組份，如脫除硫化物和水份的工序，但少量的氧氣可不必脫除。混合氣體中二氧化碳的存在會(huì)影響催化吸附劑吸附一氧化碳的吸附能力和純度。本發(fā)明中，前置一個(gè)變壓吸附過(guò)程，用來(lái)脫除二氧化碳，或吸附二氧化碳，由此得到濃縮或純的二氧化碳，這可視需要而定。如需純二氧化碳的場(chǎng)合，在變壓吸附過(guò)程中，有一用產(chǎn)品的二氧化碳去置換吸附劑床層的步驟，以提高產(chǎn)品二氧化碳的濃度，而二氧化碳是通過(guò)真空減壓得到的。在變壓吸附脫除或濃縮提純二氧化碳的過(guò)程中，吸附劑碳分子篩和活性炭能較好地滿(mǎn)足過(guò)程的要求，而此過(guò)程是由高爐氣或類(lèi)似混合氣濃縮或提純一氧化碳所不可分的工藝。
經(jīng)前置處理脫除雜質(zhì)、二氧化碳的高爐氣或類(lèi)似含氮的一氧化碳混合氣體，采用若干個(gè)裝填有催化吸附劑的固定床吸附器通過(guò)變壓吸附方式來(lái)進(jìn)行濃縮提純一氧化碳，若干個(gè)吸附器采用變壓吸附方式按順序分別反復(fù)進(jìn)行下面的各步操作工藝1．吸附原料氣進(jìn)入裝有催化吸附劑固定床進(jìn)行一氧化碳吸附，吸附溫度0～55℃，吸附壓力為0.04～0.7MPa(表壓)，當(dāng)一氧化碳的吸附相濃度前沿移到床層某一位置時(shí)，就停止吸附，而此時(shí)流出的氣體是不含有一氧化碳的氮?dú)饨M份，以及少量的氧氣；2．多步減壓吸附工序結(jié)束完成后，接著進(jìn)行的是多步降壓工序，首先把該吸附器與另一個(gè)經(jīng)過(guò)真空脫氣或已經(jīng)過(guò)升壓(Ⅰ)的吸附器連接，在與吸附時(shí)氣流流向相同的情況下，使該吸附器的壓力降至某一較低的壓力；3．經(jīng)并流降壓的吸附器進(jìn)一步降低壓力至常壓左右，此部分氣體可用于經(jīng)真空脫氣的吸附器升壓(Ⅰ)，在采用較低的吸附壓力時(shí)，則經(jīng)上面一步降壓步驟，吸附器內(nèi)的壓力已較低，可沒(méi)有此第二步均壓步驟；4．清洗利用一部分產(chǎn)品一氧化碳?xì)獠⒘魍ㄟ^(guò)降至常壓的吸附器，置換清洗吸附器內(nèi)殘留的雜質(zhì)氣體，進(jìn)一步提高吸附床層內(nèi)一氧化碳的濃度，如需要得到濃縮的一氧化碳，可以不采用此步驟，以提高產(chǎn)量；5．真空脫附對(duì)降至常壓的吸附器進(jìn)行真空減壓，使吸附劑上吸附的一氧化碳得以脫附，回收脫附的一氧化碳，得到產(chǎn)品；6．將經(jīng)真空脫附后的吸附器同已完成吸附步驟的吸附器連通起來(lái)，進(jìn)行吸附器的升壓(Ⅰ)步驟；7．多步升壓對(duì)經(jīng)升壓(Ⅰ)步驟的吸附器進(jìn)行升壓(Ⅱ)步驟，如吸附壓力較高(吸附壓力大于0.2MPa)，可用處于降壓步驟的吸附器的氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓(Ⅱ)步驟；當(dāng)過(guò)程是用來(lái)提純一氧化碳，此步驟可用其它吸附器在清洗時(shí)的廢氣來(lái)完成；當(dāng)吸附壓力較低(吸附壓力不大于0.1MPa)，且過(guò)程是用來(lái)濃縮一氧化碳，則可去掉此步驟；8．利用其它吸附器在吸附時(shí)排放氣進(jìn)行吸附升壓(Ⅲ)步驟。
這樣各個(gè)吸附器通過(guò)依次反復(fù)進(jìn)行上述步驟的操作工藝，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)地濃縮或提純一氧化碳。
濃縮和提純高爐氣中一氧化碳的變壓吸附工藝，采用對(duì)含氮?dú)庵幸谎趸季哂懈哌x擇性的催化劑吸附劑，在0～55℃的溫度及0.04～0.7MPa(表壓)的壓力下，鋼鐵廠高爐氣經(jīng)變壓吸附過(guò)程，濃縮提純一氧化碳?xì)怏w，同時(shí)得到濃縮提純的氮?dú)?，將一氧化碳進(jìn)行濃縮則可大大提高氣體的熱值。在本發(fā)明工藝過(guò)程中，伴有一采用變壓吸附方法脫除二氧化碳或濃縮提純二氧化碳，這樣可得到二氧化碳、一氧化碳、氮?dú)馊N在工業(yè)上都有著廣泛用途的氣體。本發(fā)明采用的催化吸附劑及工藝過(guò)程可適用于鋼鐵廠高爐氣，以及石油和化工等工業(yè)中具有類(lèi)似混合氣體需要分離制取一氧化碳、氮?dú)夂投趸嫉膱?chǎng)合。
下面兩個(gè)實(shí)例清楚地說(shuō)明了高爐氣和類(lèi)似的含氮一氧化碳混合氣進(jìn)入裝填有催化吸附劑的吸附器床層，通過(guò)變壓吸附方式實(shí)現(xiàn)濃縮和提純一氧化碳的基本步驟。
實(shí)例1鋼鐵廠的高爐尾氣，經(jīng)脫除了硫化氫、碳?xì)浠衔锖惋柡退莺蟮幕旌蠚怏w組成為(體積百分?jǐn)?shù))二氧化碳15.7％、一氧化碳25.3％、氮?dú)?6.3％和氧氣0.7％，這混合氣體在溫度為50℃、壓力為0.6MPa下，通過(guò)裝填有活性炭的吸附器床層，進(jìn)行變壓吸附脫除二氧化碳，而經(jīng)脫二氧化碳的氣體，繼續(xù)流過(guò)裝填有催化吸附劑的吸附器床層，通過(guò)變壓吸附方式，濃縮一氧化碳，得到的產(chǎn)品氣組成為(體積百分?jǐn)?shù))一氧化碳75.6％、氮?dú)?3.4％、二氧化碳0.4％和氧氣0.6％，放空氣的組成為(體積百分?jǐn)?shù))氮?dú)?8.6％、二氧化碳0.4％、一氧化碳0.8％和氧氣0.2％。脫除二氧化碳的變壓吸附過(guò)程采用三個(gè)裝有活性炭的吸附器并聯(lián)，每個(gè)吸附器經(jīng)過(guò)吸附兩步降壓、真空脫附、三步升壓的操作步驟；而濃縮一氧化碳的變壓吸附過(guò)程也采用三個(gè)裝有催化吸附劑的吸附器并聯(lián)，每個(gè)吸附器同樣經(jīng)過(guò)吸附、兩步降壓、真空脫附、三步升壓的操作步驟。在本例中，由于是濃縮一氧化碳，所以在制一氧化碳的變壓吸附步驟中，沒(méi)有采用上述第四操作步驟，即清洗步驟，故產(chǎn)品的一氧化碳濃度和產(chǎn)率都不是很高，一氧化碳濃度為75.6％(體積)，一氧化碳產(chǎn)率為每公斤催化吸附劑7.65升，而下例則有所不同。
實(shí)例2同鋼鐵廠高爐氣相似的含氮一氧化碳混合氣體，經(jīng)脫除了硫化氫、碳?xì)浠衔?、飽和水份和變壓吸附脫除二氧化碳后的混合氣體組成為(體積百分?jǐn)?shù))一氧化碳21.6％、氮?dú)?7.6％和氧氣0.8％，這混合氣體在溫度為4℃、壓力為0.05MPa下，通過(guò)裝填有催化吸附劑的吸附器床層，經(jīng)變壓吸附，得到提純的一氧化碳。本例中提純一氧化碳的變壓吸附過(guò)程采用三個(gè)裝有催化吸附劑的吸附器并聯(lián)，每個(gè)吸附器經(jīng)過(guò)吸附、一步降壓、清洗、真空脫附、兩步升壓的操作步驟。由于是提純一氧化碳，所以在變壓吸附操作步驟中，具有一氧化碳清洗床層的操作步驟，即清洗步驟，故產(chǎn)品的一氧化碳濃度和產(chǎn)率較高，一氧化碳濃度為98.7％(體積)，一氧化碳產(chǎn)率為每公斤催化吸附劑9.86升。
權(quán)利要求
1．一種濃縮和提純高爐氣中一氧化碳的變壓吸附工藝，首先脫除會(huì)影響催化吸附劑吸附一氧化碳的雜質(zhì)組份，前置一個(gè)變壓吸附過(guò)程，用來(lái)脫除二氧化碳和或吸附二氧化碳得到濃縮或純的二氧化碳，其特征是將經(jīng)前置處理脫除雜質(zhì)和二氧化碳的高爐氣或類(lèi)似含氮的一氧化碳混合氣體，采用裝填有催化吸附劑的固定床吸附器來(lái)進(jìn)行濃縮提純一氧化碳，吸附器采用變壓吸附方式按順序分別反復(fù)進(jìn)行下面的各步操作工藝(1)．吸附原料氣進(jìn)入裝有催化吸附劑固定床進(jìn)行一氧化碳吸附，吸附溫度0～55℃，吸附壓力為0.04～0.7MPa(表壓)，當(dāng)一氧化碳的吸附相濃度前沿移到床層某一位置時(shí)，就停止吸附，而此時(shí)流出的氣體是不含有一氧化碳的氮?dú)饨M份，以及少量的氧氣，(2)．多步減壓吸附工序結(jié)束完成后，接著進(jìn)行的是多步解吸工序，首先把該吸附器與另一個(gè)經(jīng)過(guò)真空脫氣或已經(jīng)過(guò)升壓(Ⅰ)的吸附器連接，在與吸附時(shí)氣流流向相同的情況下，使該吸附器的壓力降至一較低的壓力，(3)．經(jīng)并流降壓的吸附器進(jìn)一步并流降低壓力至常壓左右，此部分氣體可用于經(jīng)真空脫氣的吸附器升壓(Ⅰ)，在采用較低的吸附壓力時(shí)，則經(jīng)上面一步降壓步驟，吸附器內(nèi)的壓力已較低，可沒(méi)有此第二步均壓步驟，(4)．清洗利用一部分產(chǎn)品一氧化碳?xì)獠⒘魍ㄟ^(guò)降至常壓的吸附器，置換清洗吸附器內(nèi)殘留的雜質(zhì)氣體，進(jìn)一步提高吸附床層內(nèi)一氧化碳的濃度，如只需得到濃縮的一氧化碳，可以不采用此步驟，以提高產(chǎn)量，(5)．真空脫附對(duì)降至常壓的吸附器進(jìn)行真空減壓，使吸附劑上吸附的一氧化碳得以脫附，回收脫附的一氧化碳，得到產(chǎn)品，(6)．將經(jīng)真空脫附后的吸附器同已完成吸附步驟的吸附器連通起來(lái)，進(jìn)行吸附器的升壓(Ⅰ)步驟，(7)．多步升壓對(duì)經(jīng)升壓(Ⅰ)步驟的吸附器進(jìn)行升壓(Ⅱ)步驟，當(dāng)吸附壓力較高時(shí)(吸附壓力大于0.2MPa)，可用處于降壓步驟的吸附器的氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓(Ⅱ)步驟；當(dāng)過(guò)程是用來(lái)提純一氧化碳，此步驟可用其它吸附器在清洗時(shí)的廢氣來(lái)完成；當(dāng)吸附壓力較低(吸附壓力不大于0.1MPa)，且過(guò)程是用來(lái)濃縮一氧化碳，則可去掉此步驟，(8)．利用其它吸附器在吸附時(shí)排放氣進(jìn)行吸附升壓(Ⅲ)步驟。這樣各個(gè)吸附器通過(guò)依次反復(fù)進(jìn)行上述步驟的操作工藝，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)地濃縮或提純一氧化碳。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的濃縮和提純高爐氣中一氧化碳的變壓吸附工藝，其特征是催化吸附劑由氯化銅、活性碳、天然優(yōu)質(zhì)凹凸棒土和混含稀土氯化物為原料，經(jīng)浸漬或/和混合，再加工成型的催化劑顆粒，在0～55℃的溫度，用于凈化含氮?dú)庵形⒘康囊谎趸肌?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種采用催化吸附劑將含氮的一氧化碳多組分混合高爐氣體以及石油和化工等工業(yè)中具有類(lèi)似混合氣體進(jìn)行分離、濃縮和提純的工藝過(guò)程,使其中一氧化碳和氮?dú)夥珠_(kāi),分別制得一氧化碳和氮?dú)?在此同時(shí)得到副產(chǎn)二氧化碳。其特征是將前置處理脫除雜質(zhì)和二氧化碳的高爐氣或類(lèi)似含氮的一氧化碳混合氣體,采用若干個(gè)裝填有催化吸附劑的固定床吸附器通過(guò)變壓吸附方式來(lái)進(jìn)行濃縮提純一氧化碳。若干個(gè)吸附器按順序反復(fù)進(jìn)行吸附,多步減壓、清洗、真空脫附、多步升壓等操作工藝步驟。
文檔編號(hào)C10K1/00GK1224046SQ98111619
公開(kāi)日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1998年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月18日
發(fā)明者姚虎卿, 劉曉勤, 馬正飛 申請(qǐng)人:南京化工大學(xué)