气体分离技术的最新研究进展

贺英广

摘要：距今世界气体分离设备制造业已有百年发展历史，可对于我国的气体分离设备制造业，其是在新中國成立后得以建立的，是一门新兴工业起步相对较晚。但在世界范围内，我国气体分离设备制造业占据的地位举重若轻，虽然我国当前的气体分离技术较为成熟，可有关其今后发展则需进一步分析，对此，本文将对最新气体分离技术研究进展加以简要分析。

关键词：研究进展;气体分离技术;分析

引言：

有关纯化与分离过程已经渗透到工业及研究领域，尤其在水法冶金、气体分离、超纯材料制备等相关领域的分离过程，发挥着举足轻重的作用。人们在近些年，也认识到在工业生产中分离和纯化的必要性，CJ.King等专家在政府报告中透出分离技术与科学研究的进展，针对维持与提升美国各领域经济竞争能力十分重要，而对于我国同样关键。

一、简析空气分离技术的应用前景

关于空气分离，吸附流程和低温精馏彼此间的竞争较为激烈。针对变压吸附的优势为起动之后的几分钟内边能达到需要的纯度，而且低温设备可以同时形成液态与气态的氮、氧与氢。内部泵压氧气与生产液氧的设备属于现代化设备，不仅自动化水平高而且灵活性较大。出于提升设备产量的，可将结构填料填充在精馏塔内。现代化流程控制硬件与健全的控原制度，会在大型空气分离设备中占据其一定位置。通过计算机的有效控制，能够让设备于负荷变动期间维持平衡。采取先进的设备模拟与最佳流程系统，能够在低温氧气设备中产生更大效益。当前，传统吸收法的使用较少，常规吸附分离法的使用范围不断缩小。在大型空气分离装置中的低温分离，由于产品纯度高与成本低，截至现在依然发展而且出现了一些特大型规模装置。可对于其他气体分离领域，囊括小型、中型空气分离装置，以独特优势的膜分离正迅速发展到工业应用领域，取替传统低温工艺。

二、简析部分气体分离技术研究进展

（一）变压吸附气体分离技术

其是吸附分离技术的一项重大进步，而且在物理吸附分离法中占据着重要地位。美国VCC公司在六十年代中期实现了工业化，应用在气体分离以及纯化。现阶段，已能大规模应用在工业领域。在二十世纪八十年代初我国实现工业化，规模由500Nm3/h至3000Nm3/h。基于经济角度分析，变压吸附相比深冷法会降低投资约11.7%，操作费用41.2%。获得的产品氢纯度可以高达99%-99.999%，回收氢的效率可以达到75%-85%。变压吸附能近似作为等温变化的物理吸附分离过程，其于固定吸附床上通过气体混合物中各个组分，伴随压力变化吸附剂的吸附容量而产生差异的特征，在压力相对较高的情况下进行选择性吸附，若是压力较低的话，进行解析这两过程构成的各塔切换交替循环工艺。每一个循环时间有十几分钟或者是几分钟。在吸附床当中的任一点的组成、流量、温度、压力以及流动方向，均会伴随时间而进行周期变化。另外，各塔在相一同时刻，分别处在不一样的操作步骤。采取变压吸附气体分离技术，能有效除去需要产品之外的多类杂质组分^[1]。在纯化或是分离氢气时，作为吸附相的杂质组分被分离掉，而作为吸余相的氢气连续输出。

压力吸附主要优势如下：第一，设备投入少、工艺过程简便、技术和磨损维护较低，这是因为刨除阀门没有任何活动元件;第二，较高的产品纯度，而且过程可以一步完成;第三，可靠性较高的系统，在常温下开展，不涉及化学药剂或是溶剂，吸附剂的使用年限能超过10年，操作能实现连续化、自动化。而压力吸附的缺点为氢气损失偏大，而且针对自动控制系统提出很高的质量要求。

（二）超重力气体分离技术

在气体分离过程中应用超重力技术能实现选择性吸收。例如石油炼制过程，因为在原油中无法避免存在一定的硫化物，从裂化催化装置产生的炼厂气含有一定量的硫化氢，若是不能脱除硫化氢，会对后续处理炼厂气造成负面影响。因为超重力技术的停留时间相对较短，将硫化氢在尽可能短的时间内吸收，从而对二氧化碳反应时间有效控制，便可以大大降低二氧化碳吸收量。进而进入良性的吸收解吸循环，不断提升吸收剂质量品质并提高吸收率。提高超重力技术能实现商业规模的硫化氢、选择性吸收开发二氧化碳。对于天然气含有硫化氢0.15%、二氧化碳8.5%，吸收剂是MDEA能降低硫化氢含量到4μg/g，另外将留于天然气当中的二氧化碳占比，从以往的60%抬升到90%。

（三）超临界气体萃取分离技术

作为一种新分离学科或是技术的超临界气体萃取，伴随应用技术与基础理论的深入研究，其在医药、食品以及石油化工等领域具有十分宽阔的发展前景。关于超临界气体萃取，其是通过超临界气体的密度和溶解能力之间的关系，也就是以温度与压力变化影响超临界气体溶解能力而开展的。处在超临界状态，待分离物质同超临界气体相接触，让其选择性地萃取当中某个组分，之后通过升温和减压等办法，从而使超临界气体变为普通气体，完成或是基本完全析出被萃取物质，进而实现分离提纯。超临界气体萃取溶质，以及超临界气体分离和被萃取的溶质是超临界气体萃取工艺的基本构成。依据不同的分离方法，拥有三种不一样的工艺，例如等压法、等温法和吸附法。

现阶段，已经采取的超临界气体为乙烯、乙烷，丙烷和二氧化碳等，其中最为常用的是二氧化碳。这主要是由于二氧化碳，具备无臭、无毒、价廉且不易燃等优点，二氧化碳的临界温为31.06℃，对于超临界二氧化碳，拥有较大的有机物溶解度，较高的传质速率，所以萃取能够在比室温略高的情况下进行。该项分离技术的主要优点为工艺简单、操作方便，没有残留毒性且能耗低，适合应用高沸点热敏化合物分离。当前，广泛应用在医药、食品、化工等工业领域^[2]。

结束语：

化学工程学科，气体分离技术是其核心所在，而其他工程的出现及需求在一定程度上促进其深化与发展。应善于利用气体分离技术基本原理，而且深入了解特定分离过程中，涉及的各类繁琐的“物理—化学—生物”现象，充分发挥学科杂交优势对传统气体分离方法加以改善，研发新技术，从而提升气体分离的高效性及科学性，为更好地完成分离任务而不断探求。

参考文献

[1]白梅，刘有智，申红艳.气体分离技术的最新研究进展[J].化工中间体，2011，7（04）：1-4.

[2]张立峰.中国气体分离技术发展方向探讨[J].深冷技术，2011（04）：44-47.