吸附分离技术的应用.pdf

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1、 吸附分离技术的应用 陈健 古共伟 郜豫川 四川天一科技股份有限公司 610225 吸附分离的应用丰富多彩，广泛应用于石油化工、化工、医药、冶金和电子等工业部门，用于气体分离、干燥及空气净化、废水处理等环保领域。吸附分离技术可以实现常温空气分离氧氮，酸性气体脱除，从各种气体中分离回收氢气、CO2、CO、甲烷、乙烯等。一、吸附分离在空气净化上的应用 吸附分离在空气净化领域有广泛的应用。如空气干燥、臭气和酸气脱除及回收、清除挥发性有机物等。空气干燥 空气中通常含有一定水分，而这种水分在很多场合是有害的，必须被除去。吸附法是除去空气中水分最常用的方法之一。硅胶和活性氧化铝是通用的干燥剂，分子筛在某些

2、场合也被用作干燥剂。在一些应用场合吸附剂不需要再生，但在另一些场合则需要再生重复使用。非再生（一次性使用）的吸附剂被用作包装干燥剂、双层(dual pane)窗户中的干燥剂、制冷和空调系统中的干燥剂等。硅胶是包装中最常用的作为干燥剂的吸附剂。吸附剂在很多场合上的应用是需要再生的，因为吸附剂的成本太高而不允许一次性使用。再生可以采用变温吸附（TSA）和变压吸附（PSA）两种方式。为了防止热交换器在低温下冻结堵塞，作为深冷法空分装置原料的空气必须有是无水和无 CO2的，空气必须进行干燥和净化，这里吸附剂作用的是 13X 分子筛。作为吸附法常温分离氧氮原料的空气也需干燥，干燥剂可用活性氧化铝等。PS

3、A 最初的一个工业使用是气体干燥，采用两床 Skarstrom 循环工艺。该循环使用吸附、逆向放压、逆向冲洗和顺向升压过程，生产水分含量小于 1ppm 的干燥空气流。约一半的仪表空气干燥器使用类似的 PSA 循环。)脱除无机污染物 工业生产中产生大量的 CO2、SO2和 NOx等酸性有害气体，它们会引起温室效应、酸雨等现象，破坏地球和人们的生活环境。随着工业化发展，这些气体的危害程度越来越大，因此人们在致力于开发各种方法来治理这些有害气体。其中吸附分离的方法是有效的治理方法之一。一些无机污染物可通过 TSA 过程除去。Sulfacid 和 Hitachi 固定床工艺、Sumitomo 和BF移

4、动床工艺及Westvaco流化床工艺都使用活性碳吸附剂脱除SO2。丝光分子筛、13X 型分子筛、硅胶、泥煤和活性碳等是良好的 NOx吸附剂。在有氧存在时，分子筛不仅能吸附 NOx，还能将 NO 氧化成 NO2。通入热空气（或空气与蒸汽的混合物）解吸，可回收 HNO3或 NO2。硝酸尾气中的 NOx经过吸附处理可控制在 50ppm 以下。吸附法还可用于其它低浓度 NOx废所的治理。从烟道气脱除NOx也可采用吸附方法。国内采用吸附法治理 NOx废气技术已由四川天一科技股份有限完成工业性试验并在硝酸生产厂得到应用。近年四川天一科技股份有限公司在该法的研究开发上取得较大进展，研制了对 NOx有强吸附能

5、力的专用吸附剂并对工艺过程作出改进。与其它方法相比，变压吸附硝酸尾气治理技术有以下特点：尾气中的 NOx被分离和浓缩后返回吸收塔，可提高硝酸生产总收率2%5%；不需要预处理还原剂的设备和副产品后加工设备；工艺简单，操作方便；专用吸附剂具有抗酸能力，吸附过程是纯物理过程，吸附剂寿命长，操作费用低，能耗低，无辅助材料和还原剂消耗 利用硝酸尾气的压力，不需要加压设备。其能耗仅为照明及仪表用电。二、常温实现空气分离氧氮 空气产品的需求量非常大，随着工业技术的发展，各行各业对空气产品需求不断增长。世界空气产品产量在亿吨以上。!空气常温分离氧氮的先进方法变压吸附法 空气分离方法主要有三种：深冷法、吸附法和

6、膜分离法。后两种方法为非低温法。深冷法投资高，劳动强度大，而且需设置在炼铁厂、化工厂等用户相近的地方。氧气、氮气还需液化或充钢瓶后运输。但深冷法可制得纯度极高的气体，即%以上的氮和%的氧。深冷法一般适用于规模较大的装置。非低温法生产的气体纯度一般较低，O2纯度仅为 93%左右，但投资和成本低于低温法。一般适用于中小规模及对气体纯度要求不是特别高的领域。非低温法的开发应用虽然较低温法晚，但随着其技术的不断进步和工艺过程的完善，在许多应用领域具有很高的竞争能力。美国 90 年代初生产的空气产品仅有 25%用非低温法制造，但预计此后 10 年内非低温法产品将会占美国 N2和 O2市场的 3040%。

7、因为在一些并不需要高纯度 N2和 O2的传统用途中，使用非低温法产品代替低温法产品可以降低成本，另一方面，廉价的 N2和 O2可以开拓许多新的用途，这此用途以前因为 N2和 O2价格太高而认为在经济上是不可行的。一般来说，规模为 5005000Nm3O2/h 时，PSA 法成本较深冷法低，且低于槽车运输液氧的 1/2。深冷法分离的氧气和氮气一般高达 911 美分/Nm3,而非低温气体的价格可低至美分/Nm3（1991 年）。目前国内外有很多公司在研究开发和在市场上出售 PSA 制氧系统和制氮系统。PSA 制氧氮技术应用的不断扩大与 PSA 技术不断取得新的进展密切相关。由于新型吸附剂的研制开发

8、和工艺流程的不断改进，使得产品纯度提高，产品回收率增加，能耗和装置投资降低，装置适用的范围也不断扩大。大型 PSA 氧气装置用于电炉炼钢、富氧造气、纸浆工业，而小型 PSA 氧气装置主要用于臭氧发生器和家用及医院供氧。1983 年 PSA 制氧中采用了真空再生流程，改善了吸附剂的分离效果，有利于提高产品的纯度和收率，并使能耗降低。1991 年三菱重工制成世界最大的 PSA 制氧设备，其氧产量为 8650Nm3/h。目前，四川天一科技股份有限公司在全国各地化工、冶金行业等已建成了多套 VPSAO2装置。碳分子筛的应用，大大提高了变压吸附制氮技术与其它空气分离技术的竞争力。氮的生产成本比深冷法低

9、50%。已商品化装置产气量 102000Nm3/h，氮气纯度最高可达%。氧气和氮气的用作非常广泛，用量也非常大。虽然目前深冷法仍占主导地位，但在不要求 N2和 O2很高纯度的用作中，非低温的 PSA 法和膜分离法正方兴未艾。PSA 制氧技术的用途 1）炼钢用电炉供氧 采用 PSA 制得的氧气可代替高纯度氧用于炼钢电炉中熔解铁和脱碳精炼，大幅度降低成本。目前已为众多炼钢电炉采用。2）废水处理￥活性污泥法是最常用的废水处理法，它需用空气供氧。溶解在水中的氧浓度的提高，可以提处理效率，并使设备小型化。设置 PSA 可提供氧源。3）纸浆漂白 由于日益强大的环境保护压力，老化的造纸厂需要进行技改，而在现

10、场生产廉价氧有助于解决纸厂由氯法漂白系统转换为氧法漂白系统费用上的问题。PSA法很容易达到 9093%的氧浓度，这样的纯度已足以应付造纸厂环保的要求。国外已采用 PSA 制氧为纸浆漂白提供廉价的氧气。纸浆厂以氧气漂白代替氯气漂白，可降低废水处理费用及避免产生二喹啉等造成的公害。4）臭氧发生用氧气 利用臭氧进行排水及自来水净化处理引人注目。它是利用了臭氧的除臭、脱色及杀菌作用，通常是以空气为原料制取臭氧，倘若选用 PSA 获得的氧气，则可得到高浓度的氧气，提高经济性。5）有色金属冶炼 冶炼铜、锌、镍、铅等时需用富氧，可以 PSA 代替深冷分离装置提供氧源。6）燃烧炉用氧气 在用空气燃烧燃料 的燃

11、烧炉中，若使用氧气，可提高燃烧温度，也可使玻璃等的熔融效率提高，同时也可减少废气中氮氧化物的含量。移动式 PSA 装置特别适合与移动式焚烧炉配套。日本已修订了相应的法律，要求玻璃熔化、废物焚烧等领域使用氧燃料燃烧法。7）石油工和化工用氧 随着工艺技术的改进，越来越多的化工过程采用纯氧代替空气进行氧化反应生产化工产品。-8）提供医疗和保健用纯氧或富氧 PSA 制氮技术的用途 1）冶金工业应用 氮气在冶金工业的用途正在扩大，主要用作保护气、密封气、搅拌气等。2）化学工业与化肥工业、石油化工、化纤工业应用 氮气在化工厂主要用作保护气、置换气、洗涤气。3）氮气蔬菜水果保鲜、充氮气调库 充氮气调法储藏水

12、果蔬菜是当前世界上一项先进的果蔬储藏技术，其质量明显优于机械冷藏库。充氮气调法还可用于储存大米和谷物，以及茶叶、干果、种子、中草药、毛皮制品等，可保持原有的储存质量。4）充氮包装、封存、保护技术 防止食品变质 为了防止食品变质，延长储放时间，充氮包装常被采用。防锈、防老化技术及应用 金属制品在没有氧和水的惰性气氛中不易生锈。非金属如橡胶、塑料、油漆等在充氮情况下老化缓慢，封存要求氮纯度大于 95%，露点低于40，储存日期可过 5 年。充氮包装和充氮封存同样适用于那些对氧气敏感的药物、化学产品、石油产品等，以减少燃烧和爆炸危险。例如在油轮和运输石油的码头上这一技术已广泛应用。4)石油和天然气开采

13、 随着油田的不断开发，一二级采油只能采出原始地质储量的 30%。如想尽量多地从余下的 70%储量采出原油，必须采取提高效率的方法。一般来说都是经油管中注入某种流体以增加油层压力。国外已将氮气作为强化采油气体，国内也已推广使用。采用注氮技术后可以大幅度提高产量，油田的采出率可从不到 30%提高到 60%。在油和气钻井工业中，氮气也已被用于代替压缩空气用于打井钻探操作。氮气钻井可以得到较低的钻井成本，减少使用钻井泥浆和浆状化学品，并可减少常常由其它钻井方法引起的表面危险和环境影响。由于其提供相当低密度的钻井流体，从而提高可渗透速率并明显减少钻井时间。氮气是惰性气体不会助燃，加此井口着火、爆炸和辅助

14、工具受损等任何危险都可以消除。三、天然气和石油加工工业中的吸附分离 为了使天然气能够达到客输标准，必须将其中的水分含量降低至一定水平。PSA 法常被用于干燥天然气。当要对干燥的原料气进行深冷加工时，用分子筛能达到低露点对防止在加工温度下发生冻结显得特别重要。天然气在液化为液化天然气（LNG）前都需要干燥。吸附的另一个重要的应用领域是脱硫。硫化氢、硫醇、有机硫化物和二硫化物及 COS 需要脱除以防止腐蚀和催化剂中毒。将甲烷品质改良到适合天然气管道输送的质量是 PSA 分离的一个重要应用领域。当 CO2含量较高时，如从垃圾发酵气、废水净化厂、劣质天然气井和三次采油中回收甲烷，可采用吸附法除去 CO

15、2。发酵气是被水饱和的并含有诸如硫和氯化合物、烷烃和芳烃等“垃圾”成分。这些杂质必须首选通过使用活性碳和碳分子筛的 TSA 脱除。然后，通过 PSA 选择性吸附 CO2（在平衡分离中使用分子筛或硅胶，在非平衡分离中使用碳分子筛）。$天然气中通常含有数量不等的 C2烃类，这些烃类的存在在某些利用甲烷为原料的化工生产过程中是有害的，必须加以脱除。吸附分离法可用于脱除这些烃类。国内应用四川天一科技股份有限公司开发的 PSA 净化天然气技术已建立了多套装置，净化后的甲烷用于生产甲烷氯化物、氰化钠和二硫化碳。PSA 净化天然气技术能耗低、净化度高，是一种理想的方法。该法也可用于从天然气回收 LPG。PS

16、A 技术也已被工业应用于从天然气中除去氮气、空气或惰性气体杂质，也可从煤矿瓦斯气中浓缩甲烷。四、石油化工工业中的吸附分离 制氮技术的应用 氮气在石油化工工业中用途广泛，用于置换、清洗、密封、检漏、保护气、石油分馏、化纤生产和气提等。PSA 制氧技术的应用 氧气在石油化工工业中有重要用途。氧气用于石油加工成汽油的两个装置催化裂化装置和克劳斯硫回收装置可提高生产能力。国外催化裂化装置应用富氧再生工艺比较多，例如美国催化裂化装置富氧再生工艺是富氧的第二大市场。吸附法回收烃 吸附法也是一种可以用于回收丙烯腈、顺酐、环氧乙烷和酞酐生产中约 90%未反应的烃类的新技术。该工艺采用 PSA 法，使丙烯、丙烷

17、、丁烷等烃类同其它废气（如 CO、CO2、N2和 O2）分离，加以回收。采用该技术有很好的经济效益。吸附分离在环氧乙烷生产中的应用 环氧乙烷（EO）生产的排放气体中乙烯含量较高，回收乙烯可提高原料利用率，降低单耗。近年来回收乙烯有许多新方法。通过吸附分离法回收是其中之一。#采用 PSA 法回收乙烯，排放气中的痕量组份首选在可热再生预吸附器中除去，净化处理过的气体被送到主吸附器中，通过提高压力将乙烯和部分甲烷吸附出来，让氩气和氮气这种气体通过，然后作为预吸附器的再生气来使用。乙烯的回收则是在主吸附器再生阶段通过降压来实现的，采用这种方式回收的乙烯产率可达 99%，氩气回收可达 80%。采用这种方

18、法时必须注意，排放气中的氧气会富集在 PSA 装置中，若采用适宜的工艺并选用正确的吸附剂，则可避免在吸附器中形成可爆炸性气体。炼厂气利用中的吸附分离技术 我国 FCC 装置能力（56Mt/a）和延迟焦化的能力（a）均居世界第二位，联产大量的干气和液化气。如何利用好这些气体，并将其中的氢气和 C1C4烷、烯烃转化为高附加值的产品，一址是企业提高资源综合利用率和自身竞争能力的重要课题。国外从炼厂气中回收氢气、乙烯、丙烯和丁烯，特别是回收丙烯和丁烯在轻烯烃生产中占有一定比例。1）PSA 法从炼厂干气回收纯氢 炼油厂对高纯度氢气的需求不断增加，用 PSA 法从炼厂干气提取高纯度氢气可满足这一需求。这一

19、技术国内外目前都已广泛采用。炼厂干气提氢，促进了大型 PSA 装置的发展。2)乙烯分离提纯 TPSA 法从 FCC 干气吸附分离浓集乙烯 中国石化（SINPEC）与北京大学共同开发了 TPSA 法（变温变压吸附法）从 FCC干气吸附分离乙烯技术，成功研制了对乙烯有较大吸附容量和较高选择性的 PU2 吸附剂，并采用变温变压相结合的办法进行脱附，吸附温度 3035，压力，操作冲洗比为 55%，可得到体积分数为%的乙烯，其回收率达到 85%。乙炔尾气浓缩乙烯 天然气生产乙炔的尾气含乙烯，可以采用 PSA 技术回收。从 C5C9范围的支链和环状烃类分离正烷烃！UOP IsoSiv 过程的一种类型，是使

20、用 PSA 从 C5C9范围的支链和环状烃类分离正烷。因为 5A 分子筛的孔能择型吸附直链分子不吸附支链和环状物而被使用。正构烃馏分纯度大于 90%，而高辛烷值的异构体馏分中正构烃的含量少于 2%。变压吸附技术从异链烷烃分离正链烷烃 变压吸附(pressure-swing adsorption)是一种解吸发生在同一温度且总压与吸附相同的吸附分离过程。再生是通过惰性气吹扫部分减压或通过一种可吸附的气体进行吸附置换来实现。吹洗循环的特点是高残余负荷、低操作负荷和短循环时间（以分钟计）。具有弱吸附成分的混合物特别适合使用变吹洗吸附。应用领域包括从支链和环状烃类分离正构烃（如从含少于 25%C10C1

21、8正链烷烃的煤油回收正链烷烃），汽油气回收和有机物的大宗干燥。由于相对挥发性很接近，通过蒸馏方法很难从异链烷烃和环状烃类分离正链烷烃。几个用于从正构链烷烃分离 C10C18异构链烷烃的变吹洗工艺已工业化：Exxon 公司的 Ensorb 工艺，UOP 公司的 IsoSiv 工艺，Texaco 公司的 Selective Finshing(TSF)工艺，VEB Leuna Werke 公司的 Parex 工艺以及 BP 工艺和壳牌工艺。所有这些工艺都选用了 5A 分子筛的分子择型性质，但所用吹洗流体各有不同。Ensorb 工艺在置换吹洗循环中使用氨 TSF 工艺、Parex 工艺和壳牌工艺中碳数

22、比原料少 24 个的正链烷烃或轻质石脑油用于吹洗置换。UOP 公司的用于分离 C5C9石脑油的吹洗 Iso Siv 工艺的一种类型在一惰性吹洗循环中以氢作为吹洗气。UOP 公司还开发了一种使用择型分子筛，利用置换吹洗的从正丁烯分离异丁烯的类似工艺Olefin Siv 工艺。煤油类型的 IsoSiv 工艺也已被与链烃异构化工艺联合以从正链烷烃或混合链烷烃原料生产会合异构化的链烷烃。该联合工艺用于增加异构化产品的辛烷值。为加氢过程提供廉价的氢气分离方法 氢气的分离提纯是 PSA 技术在石油化工工业中最重要的用途。石油炼制过程中，加氢是提高油品的质量不可缺少的过程。炼油过程中消耗的氢气量占全球工业生

23、产氢气消耗量的第一位。炼油厂的含氢气源有变换气、重整气、催化裂化干气等气源。六十年代 UCC已经把 PSA 技术用于炼油厂含氢气源的氢气分离提纯，从八十年代初期到九十年代初期，我国上海石化、扬子石化、茂名石化、辽阳化纤等石油加工企业先后从UCC 和 Linde 引进了近十套 PSA 装置，为炼油加氢配套。我国的 PSA 技术起步较晚，但经过这几年的发展，已经赶上了国外发展的步伐。国内的 PSA 技术于九十年代初期进入炼油工业，目前已经全面替代引进技术和装置，为我国数十家石油加工企业提供服务。我国四川天一科技股份有限公司 92 年为胜利油田设计了 10000Nm3/h 处理量的变换气氢气提纯 P

24、SA 装置，1995 年为镇海炼化公司设计了产氢气 50000Nm3/h的重整气回收氢气 PSA 装置，1995 年开发成功从催化裂化干气中回收氢气技术，并在石家庄炼油厂成功投入使用。PSA 技术已经成为炼油加氢过程中主要的不可缺少的氢气提纯方法。，五、化学工业中的吸附分离 PSA 制氮技术的应用 PSA 法制取的氮气在化工和石油化工中可用于置换、清洗、密封、检漏、保护气、干法熄焦、催化剂再生、石油分馏、化纤生产、气提等。PSA 制氧技术的用途 PSA 氧技术在化工领域的主要用途是为化工产品生产提供氧原料，同时也可为富氧燃烧提供富氧。许多化学产品是通过催化氧化反应生产的，而氧源是空气。一般来说

25、，用纯氧或富氧代替空气，在经济上是可行的，不仅能增产、节省投资，而且能减少放空尾气中的产品损失。此外，反应物和溶剂消耗量比较低，不希望的副产物较少，尾气处理费用较低，还可减少环境污染。PSA 提纯一氧化碳应用 CO 是一种重要的化工原料，用于羰基合成醋酸、醋酐、叔碳酸、DMF、甲酸、碳酸二甲酯、聚碳酸酯、光气和异氰酸酯等的生产。高纯CO（%）也用于电子工业。CO 还可用于制钢和磁性铁粉的还原过程。CO 生产和提纯方法有多种。其中 PSA 从各种含 CO 气体分离提纯生产 CO 是重要的方法之一。该法适用的气源有（半）水煤气、合成气、铜洗再生气、转炉气、高炉气、德士古炉气等。目前四川天一科技股份

26、有限公司也在研究通过 PSA 法从黄磷尾气提纯 CO。PSA 技术也可用于净化羰基合成（如醋酸）中的 CO 循环气，以改进工艺过程。四川天一科技股份有限公司的 PSA 提纯 CO 技术已建立了多套从水煤气分离CO 的装置，达到了世界先进水平。用该技术生产的 CO 可用于合成 DMF 等化工产品。PSA 提纯二氧化碳的应用 CO2是一种用途十分广泛的需求量很大的重要化工产品。约 40%用作生产其它化工产品的原料（如尿素、碳铵、纯碱、溶液碳酸钙、甲醇、一氧化碳、水杨酸、碳酸乙（丙）烯酯等），约 35%用于提高石油采收率（用富含 CO2天然气井的气体），约 10%用于制冷，5%用于碳酸饮料碳酸化，其

27、它应用占 10%。在日本焊接 用 CO2占其商品 CO2的 42%。在焊接过程中，MAG 气体（CO2Ar）性能优异。高纯CO2主要用于电子工业、医药研究及临床诊断、CO2激光器、检测仪器的校正气及配制其它特种混合气。CO2的用途正在不断扩大。超临界 CO2已开始代替有污染的有机溶剂被工业应用于干洗，金属另部件、仪器仪表和硅片的清洗，也用于油漆喷涂（如 UCC 的 UNICARB 系统）。超临界 CO2萃取技术（SEC）已得到越来越广泛的应，用于医药加工工艺、食品加工工艺、香料和天然食用色素提取及化工产品的分离等。超临界 CO2在化学工业作为溶剂和反应原料正在变得越来越重要，其与化学工业的关系

28、正面临转折，在一些领域已取得突破或正面临突破。CO2还被用于配制灭火剂、废水处理及加速温室植物生长的气肥。此外，在烟草工业被用于生产膨胀烟丝，也用于纸浆厂漂前洗浆。CO2生产方法很多。其中 PSA 法已被广泛用于从各种含 CO2的气体中分离回收CO2。适用于 PSA 法分离回收 CO2的有：石灰窑气、烟道气、燃烧气、甲醇裂解气、合成氨变换气、发酵气、富含 CO2天然气、脱碳再生气和甲烷化气等。PSA 分离提纯 CO2技术自问世以来，经过不断的完善和改进，其工艺流程更简洁合理和便于操作，已成为很有竞争力的一种回收 CO2的方法。吸附分离技术在合成氨工业中的应用 PSA 技术已被广泛用于改造传统的

29、合成氨装置。在合成氨原料气生产中，PSA制氧可用于煤和石油焦的富氧造气和天然气造气新工艺，以达到节省原料和增产等目的。采用 PSA 从合成氨弛放气回收氢增产氨。此处，变换气脱碳也已广泛使用 PSA 技术。吸附方法也可用于合成氨原料气的净化，如脱除原料气中的各种硫化物。六、医药工业和医疗保健中的吸附分离 制取医疗用氧 PSA 能够生产符合医药标准的氧气。国外已利用 PSA 生产医疗用氧。例如Arbor 公司的 93%和 99%Oxypure 医疗设备符合加拿大标准局标准，目前可销往美国及世界各地。家庭氧疗 在慢性肺部疾病的康复中，慢性呼吸道疾病致低氧血症，目前主张长期低流量氧疗（氧疗时间每日 1

30、5h，氧体积分数 22%35%）。家庭氧疗在美国、日本等国家发展很快。例如美国 1982 年为 25 万人，1989 年估计已发展到 80 万人，日本 1982 年 100 人，1989 年估计发展到 2 万人，1996 年已发展到约 5 万人。家庭氧疗所需的氧有多种方法提供：氧气瓶、小型 PSA 装置和小型膜分离装置，此外也在使用化学制氧方法。采用小型 PSA 制氧机，比其它方法运行成本低。国外家庭用小型氧气浓缩装置的供应很多。由于 PSA 在小型化、肃静化和低价化方面取得进展，且具有提供高浓度氧的优势，PSA 式氧浓缩已占据了主导地位（约占 80%）。；康复用途和氧吧 富氧已被应用于体育动

31、力后的肉体疲劳恢复或精神疲劳的康复等方面。由于氧气罐费用高，人们反转向了小型氧气浓缩机的开发。健康热潮导致的体育俱乐部或运动俱乐部的增多，也是促进康复用制氧机开发的一个原因。七、冶金工业中的吸附分离 吸附分离在冶金工业有很广阔的用途。工业中大量使用到氧、氮、氢和 CO2等各种气体，它们可通过 PSA 法生产。PSA 制技术的应用 1）富氧用于钢铁工业节能增 采用 PSA 制得的氧气可代替高纯度氧用于炼钢电炉中熔解铁和脱碳精炼，大幅度降低成本。目前已为众多炼钢电炉采用。大多数化铁炉都是间歇式作业，点火升温时间较长，生产次品多，且热的利用率较低。日本曾用 23%的富氧于化铁炉，节能高达%，而且平易

32、的升温时间缩短 1/22/3，生产率提高 20%。美国用 23%24%的富氧于铸造炉，平易节能 44%。美国试验了一种氧的需用量约常法 3 倍的新炼铁法。使用粉煤而减少焦炭，这可以降低铁水的生产成本、减少焦炭生产引起的环境污染和所需的基建投资。罗马尼亚用 25%富氧炼铁，节省优质焦 t 铸铁。国内钢铁行业中应用也很广泛，如武钢用富氧平均每年节省焦炭 42 万吨而且生铁产量提高%。2)富氧在有色金属冶炼中的应用 在有色金属冶炼过程中，用富氧代替普通空气是强化生产、降低消耗、治理环境污染、提高技术水平及增加经济效益的重大技术措施。目前国内外在老冶炼厂的传统工艺和开发新工艺方面都普遍应用富氧。国内首

33、次于 1980 年在白银有色金属公司冶炼厂使用富氧取得成功。之后许多有色金属冶炼厂都采用了富氧。PSA 法可为有色金属冶炼提供廉价的富氧。四川天一科技股份公司分别在包头铜冶炼厂和杭州富春江冶炼厂建成了产量为 1100Nm3/h 和 2600Nm3/hPSA 制氧装置。富氧强化冶炼有以下几个主要效果：节约能源 对于不同的冶炼方法和设备，使用富氧节能效果不一样。属于静态熔炼的传统的炉子，能耗下降幅度不大，而属于动态熔炼的新型熔炼方法，能耗则大幅度下降，最高达%，非常显著。提高烟气中 SO2浓度，减轻污染，消除公害 传统的火法冶金，采用空气冶炼硫化物精矿时，产生大量难于经济回收的低浓度 SO2烟气，

34、直排大气，造成污染。采用富氧强化冶炼，可大幅度提高烟气中的 SO2浓度，从而能经济地回收 SO2。强化冶炼过程，提高熔炼强度 在冶金过程中，富氧可用于硫化物的氧化（焙烧、烧结、自热熔炼、吹炼）；煤、煤气重油和天然气的燃烧；氧化物的还原过程；金属的氧化等。用富氧强化冶炼能显著增加精矿处理量并降低成本，经济效益提高最为明显。PSA 制氮技术的应用 氮气在钢铁厂主要用作保护气、转炉顶底复合吹炼炉底搅拌气、炉顶密封气、高炉粉煤喷吹气。在平轧、型材轧制的处理炉中，用氮气保护钢被氧化。在铁水包中，直接用氮气将脱硫剂喷入铁水效果很好。同时也可用氮气将粉末合金成份经喷管喷入铁水内，保证均匀公布。PSA 用于钢

35、厂焦炉气提氢 氢气在冶金工业是重要的保护气，主要用作硅钢片、冷轧钢板及其它特殊钢的退火保护。此处，氢气还被用作还原气将金属氧化物还原制备纯金属，如制备钨、钛、钴、锇、钽、钼、铜、镍、铬、锗、硅等等高品质产品生产时需使用氢气。已往钢厂保护用的氢气主要由水电解法提供，能耗很高，而同时钢厂拥有丰富的含氢气，如炼焦过程中产生的炼焦煤气，仅作为低价值的烧掉，采用 PSA法从焦炉气制氢代替水电解法制氢有很好的经济效益。1978 年美国 UCC 公司建成了世界第一套焦炉气变压吸附制氢装置。国内 1990 年 9 月四川天一科技股份有限公司为武钢建成第一套 PSA 焦炉煤气提氢 1000Nm3/h 装置，之后

36、先后在冶金行业建成多套焦炉煤气制氢装置并投入运行。】PSA 用于高炉气浓缩和提取一氧化碳 冶金行业有丰富的 CO 资源，如高炉气、转炉气含在大量 CO。特别是高炉气，除含有氢气、氮气、甲烷外，CO 含量很高。由于 CO 是一种非常重要的化工原料，将 CO 从中提取出来是非常有用的。采用 PSA 法可在常温实现 CO 的分离。高炉气热值较低，直接作为燃料利用效果不好。四川天一科技股份有限公司已开发出一种专门用于处理高炉气的 PSA 新工艺，可使高炉气中的 CO 浓缩到 70%以上，高炉气热值提高到 75000kJ/Nm3，用作冶金工业燃气。PSA 提纯二氧化碳技术应用 PSA 技术可为冶金工业生

37、产用作保护气的 CO2。八、电子工业中的吸附分离 集成电路的发展对材料提出了苛刻要求，与其它产业用材料相比其突出特点是“超纯”、“超净”、“超精细”。高纯气体，电子特种气体就是为满足集成电路需求而发展起来的，继 VLSI 级气体之合国外跨国公司已开发出 ULSI 级气体或 Megabit（兆位）级气体供应用户。为了适应电子工业的需要，市场上已推出了 7N 级、8N 级产品。高纯气体中的杂质含量已从 ppm 级降到 ppb 级。这就对气体纯化技术提出了更高要求。半导体制造工艺中用的外延气、掺杂气、刻蚀气、离子注入气等统称电子特种气体。常用的纯化方法有：吸附法（TSA、PSA），催化法，膜分离法，

38、精馏法（含间歇精馏）等，其中以吸附法应用最为广泛。对于氢气纯化还有金属氢化物法。九、废水处理中的吸附分离 臭氧对污水的高效处理 利用臭氧对污水进行高效处理是常用的污水处理技术之一。而 PSA、TSA 技术已被广泛用于制取低成本的臭氧。1）脱色 污水中常含有各种有色物质，它们用标准活性污泥法是难于除去的。对这些溶解物质的脱色要用吸附等物理方法与凝聚沉淀等物理化学方法除去分子物质的方法及添加臭氧化剂破坏带不饱和键发色基团物质的处理方法。2）脱臭 臭氧能将污水中微量臭味物质定量氧化而脱臭。3）灭菌 臭氧灭菌是取代传统氯灭菌的较好方法。与氯相比，注入少量臭氧既可达到与氯同等的灭菌效果。用氯灭菌一般需

39、15min 以上的接触时间，用臭氧只要几分钟。4）有机物去除 污水中的溶解有机物用臭氧处理时，TOC 无变化，COD 减少，但 BOD 不变或有增加的倾向。因为一般在臭氧处理条件下，有机物不能反应到无机化阶段，而是经过不稳定的中间生成物。因此在其后面与生化处理工艺组合为好。需要注入的臭氧率与 COD 关系：O3（mg/L）=(mg/L)。富氧曝气 在废水处理和受污染的土壤的生物法治理中也可使用 PSA 法生产的氧气。国内开发的纯氧曝气污水处理技术使用的氧纯度为 90%99%，PSA 法完全可以达到。一般的空气曝气法氧利用率仅 8%15%左右，而纯氧曝气法氧的利用率可达90%以上，所以该法对于高

40、浓度污水处理有很大的优越性。纯氧曝气可节省占地 面积一半以上，运行稳定，去除率高，耐冲击负荷，污泥生成率低，降低污泥处理费用。在有外供氧的条件下，动力可节省 60%，基建投资可节省 30%。十、吸附分离在食品工业中的应用 PSA 制 N2的应用 气调储藏 充氮气调法储藏水果蔬菜是当前世界上一项先进的果蔬储藏技术，其质量明显优于机械冷藏库。其原理是水果蔬菜在高氮低氧环境下，能有效抑制其呼吸作用，减少新陈代谢，延缓衰老退化，终止腐烂过程，从而达到储藏保鲜目的。它可使果蔬保持原有营养成份，接近采摘进的新鲜状态。充氮气调库的主要技术关键是：储藏温度、气调成份、相对湿度、密闭环境等。气调储藏在国内也已逐

41、步得到推广应用。1985 年山东泰安市氧气厂创建的“空分输氮式果蔬储藏保鲜气调库”，苹果储存个月出库时失水小于%，硬度超过国家规定指标；蒜苔储存 3个月出库时仍新鲜饱满，保持原有风味，无萎烂现象。充氮气调法还可用于储存大米和谷物，以及茶叶、干果、种子、中草药、毛皮制品等，可保持原有的储存质量。如菜籽油在 20湿度 15%密封槽中储存，用1%O2和 99%N2进行周期通风，可避免蛋白损耗。充氮包装 为了防止食品变质，延长储放时间，采用充氮包装如用聚乙烯优质纸包装茶叶，在充入氮气后可延长保存期。我国轻工业部已对一些食品的保存期作了规定，如奶粉，马口铁罐装密封充氮包装的保存期 2 年，而非充氮包装的仅为 1 年。美国给启封口葡萄洒充氮以防止与氧接触引起变质。美国 1988 年报道在铝制罐密封前，注入液氮，以延长食品的保鲜期。压送啤酒 由 PSA 制得的氮气可用于酿造啤酒时的密封及压送啤酒。与现用的 CO2相比，氮气因在啤酒中溶解度小而可提高啤酒的质量。PSA 提纯二氧化碳在食品工业中的应用 PSA 技术已越来越多地用于食品工业，为碳酸饮料生产提供所需的 CO2。