氣體分離技術的最新研究進展

賀英廣

摘要：距今世界氣體分離設備制造業已有百年發展歷史，可對于我國的氣體分離設備制造業，其是在新中國成立后得以建立的，是一門新興工業起步相對較晚。但在世界范圍內，我國氣體分離設備制造業占據的地位舉重若輕，雖然我國當前的氣體分離技術較為成熟，可有關其今后發展則需進一步分析，對此，本文將對最新氣體分離技術研究進展加以簡要分析。

關鍵詞：研究進展;氣體分離技術;分析

引言：

有關純化與分離過程已經滲透到工業及研究領域，尤其在水法冶金、氣體分離、超純材料制備等相關領域的分離過程，發揮著舉足輕重的作用。人們在近些年，也認識到在工業生產中分離和純化的必要性，CJ.King等專家在政府報告中透出分離技術與科學研究的進展，針對維持與提升美國各領域經濟競爭能力十分重要，而對于我國同樣關鍵。

一、簡析空氣分離技術的應用前景

關于空氣分離，吸附流程和低溫精餾彼此間的競爭較為激烈。針對變壓吸附的優勢為起動之后的幾分鐘內邊能達到需要的純度，而且低溫設備可以同時形成液態與氣態的氮、氧與氫。內部泵壓氧氣與生產液氧的設備屬于現代化設備，不僅自動化水平高而且靈活性較大。出于提升設備產量的，可將結構填料填充在精餾塔內。現代化流程控制硬件與健全的控原制度，會在大型空氣分離設備中占據其一定位置。通過計算機的有效控制，能夠讓設備于負荷變動期間維持平衡。采取先進的設備模擬與最佳流程系統，能夠在低溫氧氣設備中產生更大效益。當前，傳統吸收法的使用較少，常規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，由于產品純度高與成本低，截至現在依然發展而且出現了一些特大型規模裝置。可對于其他氣體分離領域，囊括小型、中型空氣分離裝置，以獨特優勢的膜分離正迅速發展到工業應用領域，取替傳統低溫工藝。

二、簡析部分氣體分離技術研究進展

（一）變壓吸附氣體分離技術

其是吸附分離技術的一項重大進步，而且在物理吸附分離法中占據著重要地位。美國VCC公司在六十年代中期實現了工業化，應用在氣體分離以及純化。現階段，已能大規模應用在工業領域。在二十世紀八十年代初我國實現工業化，規模由500Nm3/h至3000Nm3/h。基于經濟角度分析，變壓吸附相比深冷法會降低投資約11.7%，操作費用41.2%。獲得的產品氫純度可以高達99%-99.999%，回收氫的效率可以達到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組分，伴隨壓力變化吸附劑的吸附容量而產生差異的特征，在壓力相對較高的情況下進行選擇性吸附，若是壓力較低的話，進行解析這兩過程構成的各塔切換交替循環工藝。每一個循環時間有十幾分鐘或者是幾分鐘。在吸附床當中的任一點的組成、流量、溫度、壓力以及流動方向，均會伴隨時間而進行周期變化。另外，各塔在相一同時刻，分別處在不一樣的操作步驟。采取變壓吸附氣體分離技術，能有效除去需要產品之外的多類雜質組分^[1]。在純化或是分離氫氣時，作為吸附相的雜質組分被分離掉，而作為吸余相的氫氣連續輸出。

壓力吸附主要優勢如下：第一，設備投入少、工藝過程簡便、技術和磨損維護較低，這是因為刨除閥門沒有任何活動元件;第二，較高的產品純度，而且過程可以一步完成;第三，可靠性較高的系統，在常溫下開展，不涉及化學藥劑或是溶劑，吸附劑的使用年限能超過10年，操作能實現連續化、自動化。而壓力吸附的缺點為氫氣損失偏大，而且針對自動控制系統提出很高的質量要求。

（二）超重力氣體分離技術

在氣體分離過程中應用超重力技術能實現選擇性吸收。例如石油煉制過程，因為在原油中無法避免存在一定的硫化物，從裂化催化裝置產生的煉廠氣含有一定量的硫化氫，若是不能脫除硫化氫，會對后續處理煉廠氣造成負面影響。因為超重力技術的停留時間相對較短，將硫化氫在盡可能短的時間內吸收，從而對二氧化碳反應時間有效控制，便可以大大降低二氧化碳吸收量。進而進入良性的吸收解吸循環，不斷提升吸收劑質量品質并提高吸收率。提高超重力技術能實現商業規模的硫化氫、選擇性吸收開發二氧化碳。對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

作為一種新分離學科或是技術的超臨界氣體萃取，伴隨應用技術與基礎理論的深入研究，其在醫藥、食品以及石油化工等領域具有十分寬闊的發展前景。關于超臨界氣體萃取，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，待分離物質同超臨界氣體相接觸，讓其選擇性地萃取當中某個組分，之后通過升溫和減壓等辦法，從而使超臨界氣體變為普通氣體，完成或是基本完全析出被萃取物質，進而實現分離提純。超臨界氣體萃取溶質，以及超臨界氣體分離和被萃取的溶質是超臨界氣體萃取工藝的基本構成。依據不同的分離方法，擁有三種不一樣的工藝，例如等壓法、等溫法和吸附法。

現階段，已經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、價廉且不易燃等優點，二氧化碳的臨界溫為31.06℃，對于超臨界二氧化碳，擁有較大的有機物溶解度，較高的傳質速率，所以萃取能夠在比室溫略高的情況下進行。該項分離技術的主要優點為工藝簡單、操作方便，沒有殘留毒性且能耗低，適合應用高沸點熱敏化合物分離。當前，廣泛應用在醫藥、食品、化工等工業領域^[2]。

結束語：

化學工程學科，氣體分離技術是其核心所在，而其他工程的出現及需求在一定程度上促進其深化與發展。應善于利用氣體分離技術基本原理，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—生物”現象，充分發揮學科雜交優勢對傳統氣體分離方法加以改善，研發新技術，從而提升氣體分離的高效性及科學性，為更好地完成分離任務而不斷探求。

參考文獻

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

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