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变压吸附(PSA)法脱除二氧化碳由于工艺过程简单、操作简便、能耗低且无腐蚀和污染,已经实现工业化。变压吸附脱除二氧化碳一般选用活性炭吸附剂,而各种活性炭吸附剂因其生产原料、制备方法、工艺手段等不同使不同的活性炭具有不同的孔结构、表面性质和吸附性能等性质。变压吸附法脱除二氧化碳的首要问题在于选择吸附容量大、解吸性能好、机械强度高等性能优良的活性炭吸附剂。
本文研究了一种国外活性炭和五种国内活性炭,对它们的吸附等温线、比表面积、孔径结构、表面性质、抗压强度、耐压范围、粒度等进行系统的表征测定和比较。剖析并考察了它们基础的表征数据,结果显示国产活性炭中安徽淮北产的活性炭(文中AC2)的性质较好。
考察了CO2含量为13.5%的N2-CO2二组分混合气在这六种活性炭上的变压吸附动态实验。研究了不同的混合气流量、不同的吸附压力及抽真空再生的时间对动态吸附的影响,结果表明吸附容量随吸附压力的增高而增大;5min为最佳的抽真空再生时间。讨论了N2-CO2体系吸附剂顺向放压过程中出口气的浓度变化特性以及它与卸压程度的关系。
仍用N2-CO2体系但提高原料气中CO2的含量到32.54%,使它在吸附时的分压接近工厂实际操作时的分压,在0.8MPa的吸附压力和原料气流量200mL/min的条件下考察各种活性炭的动态吸附,结果表明随CO2操作分压的提高,单位体积的吸附容量有了很大的提高,AC2体积吸附容量高于AC1(国外活性炭),国产活性炭中其它活性炭吸附容量稍差。
本文还研究了H2-CO2体系,CO2含量仍为32.54%,吸附压力为0.8MPa,原料气流量为200mL/min,和N2-CO2体系相比,各种活性炭对CO2的单位体积吸附容量又有了一定的提高,表明活性炭对N2的吸附大于对H2的吸附,一般认为活性炭对H2不吸附,而对N2有微量的吸附。同时还可以看出穿透曲线更加陡峭,从穿透到饱和的时间更短,传质层高度更短,床层利用率更高。AC1和AC2对CO2单位体积吸附量分别达到46.3mL/cm3和50.7mL/cm3,在H2-CO2体系中同样得出AC2体积吸附容量好于AC1。
在四塔变压吸附装置上用AC2对CO2含量为32.54%的H2-CO2体系进行24小时连续变压吸附操作,吸附压力0.8MPa,原料气处理量约为2L/min,测得产品气中不含CO2,说明此吸附剂在多塔变压吸附中有较好的变压吸附性能,是较为理想的变压吸附用吸附剂,有较好的净化度,达到工业化要求。