气体纯化设备技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

一、氢气纯化技术

1、膜分离技术

膜分离法以选择性透过膜为介质,在电位差,压力差,浓度差等推动力下,有选择的透过膜，从而达到分离提纯的目的。

1）钯膜扩散法

在一定温度下、氢分子在钯膜一侧离解成氢原子,溶于钯并扩散到另一侧,然后结合成分子.经一级分离可得到99.99-99.9999％纯度的氢。

钯合金纯化工艺,对原料气中的氧、水、重烃硫化氢、烯烃等的含量要求很严,氧会在钯合金膜表面发生氢氧催化反应,反应产的大量热,使扩散室中钯合金膜局部过热受损,水、硫化氢、烯烃、重烃会使钯合金表面重毒，氢气进入钯膜之前,氧降至0.1PPｍ,水和其它杂质量降到１ＰＰｍ以下，钯膜的渗透压力,通常膜前1.4一3.45Mpa,膜后压力448一690Kpa。由于钯属于贵金属、本法只适于较小规模且对氢气纯度要求很高的场合使用。

2）有机中空纤维膜扩散法

有聚砜、聚酰亚胺，聚碳酸酯等，中空维维膜分离回收氢装置应用的最广，从合成氨弛放气，甲醇厂放空气和石油炼制过程的各种尾气。采用有机中空纤维膜分离工艺，可以利用放空尾气的自身压力，以膜两侧的分压差为推动力。

氨厂尾气引入膜组件之前，必须作脱氨处理。氨含量降至200PPm以下，防止膜被氨溶胀而损坏。

2、低温分离

1）低温冷疑

基于氢与其它气体沸点差异大的原理,在操作温度下,使除氢以外所有高沸点组分冷凝为液体的分离方法。适合氢含量30-80%的原料气回收氢，产氢纯度90-98%.

2）低温吸附

从电解氢或纯度为99.9%的工业原料氢气,可以制取纯度为99.999-99.9999%的高纯氢和超纯氢。一般用两塔流,一塔吸附,另一塔再生、周期定时切换,连续工作。

3、变压吸附

工艺流程简单自动化程度高,操作维修费用低,产品纯度可调性强。一次分离同时除去多种杂质组分的特优点。

变压吸附（PSA）技术是以特定的吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加、低压下吸附量减少的特性，将原料气在一定压力下通过吸附床，相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附，低沸点的氢气不易被吸附而穿过吸附床，达到氢和杂质组分的分离。氢气提纯采用四塔二均工艺。

4、金属氢化物法、生产纯度99.999%高纯氢

利用贮氢合金对氢的选择性,生成金属氢化物,氢中的其它杂质浓缩于氢化物之外,随着废气排出金属氢化物分离放出氢气.从而使氢气纯化.常用两个四个联合起来连续工作。

工艺上包括吸氢和放氢,低温高压吸氢.、高温低压放氢

5、催化脱氧法

用钯或铂作催化剂,氧和氢反应生成水,用分子筛干燥脱水,特别适用于电解氢的脱氧纯化,可制得纯度为99.999%的高纯氢。

6、联合工艺

将合种纯化手段结合,如PSA一低温吸附,PSA一膜分离。

二、氩气纯化技术

用非蒸散型锆铝16吸气剂及分子筛为净化剂。在一定的温度下，吸气剂可与氩气中的微量杂质O2、N2、H2、H2O、CO、CH4等等形成稳定的化合物或固溶体，对氩气精制。

1、脱氮脱氮时,有时伴着脱氧，用金属吸气剂吸收。金属吸气剂有钙、钛、铀和锆铝16。

用金属钙做吸气剂,同时吸收氮和氧,反应温度650-680℃,出口杂质20-50PPm

用钛，锆铝16可以同时吸收氧、氮、氢，水蒸气,一氧化碳,二氧化碳和烃

2、脱氧

用化学法脱氧,常用的脱氧剂有氧化锰和Ag-X分子筛，用氧化锰吸收氧,工作温度150℃,氧脱除到２PPm，常温用Ag-X分子筛脱氧,氧脱除到3PPm

3、脱氢

脱除氢用氧化铜和Pd-X分子筛

用氧化铜脱除氢,反应温度350-400℃,氢气脱到0.1PPm。

用Pd-X分子筛脱除氢,反应温度350-400℃,氢气脱到１PPm。

4碳化物的脱除,

用金属剂锆铝１６在脱碳的同时,一次性脱除一氧化碳,二氧化碳,和烃类.,可达1PPm。

第二节 产品工艺特点或流程

节能型氮气纯化 技术工艺 流程：

1、往普氮中加人适量的氢气，在加氢脱氧催化剂作用下，氧杂质和氢气在加氢脱氧塔中发生反应生成水，脱除大部分(或全部)氧杂质。

2、在精脱氧(或脱氢塔)中除去残余氧(或过量的氢气)。

最后在干燥塔中除去水和二氧化碳，过滤得纯净氮气。

在精脱氧(脱氢)塔中使用金属氧化物脱氧(或脱氢)剂，其脱氧工作原理为:低价金属氧化物(或金属)十Oz——高价金属氧化物。脱氢工作原理为：

高价金属氧化物+H——低价金属氧化物(或金属)+H2O

由于脱氧(或脱氢)剂中金属氧化物是有限的，因此，当脱氧(或脱氢)达到“极限”时必须再生，恢复脱氧(脱氢)能力，再次使用。流程中设置两个精脱氧(或脱氢)塔，一塔工作另一塔再生，以便连续生产。再生处理是在常压通氢(或通氧)气进行，同时伴随着大量放热。这样脱氧剂每天至少遭受一次压力、温度、流量大幅度波动的再生操作，对其使用寿命(强度和活性)会造成很不利的影响;同时，再生操作还要排放约10%成品气量的再生气，造成很大的耗费。节能型氮气纯化工艺技术成功地解决了上述气体纯化工艺中的缺陷，不仅节省大量能耗，大大降低生产设备运行成本，而且提高了产品气体的品质。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

与国产大型空分设备相比，小型空分设备的技术进步要慢的多。这是因为在技术力量雄厚的杭氧、川空、开空三个大厂里，重视的是大型空分设备，对小型空分设备投入的力量很少。而在以小型空分设备的设计生产为主的几个空分设备生产厂家中，技术力量又县得不足。另外一个重要原因是：大锅饭的分配机制压抑、扼杀了科技人员的创新和探索精神。因此从80年代开始的小型空分设备的变型改变，变来变去总是走不出原来的框框，虽然技术经济指标有所改善，但进步不大。



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