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CO吸附剂Cu(I)-分子筛的性能测试

发布时间：2023-03-10 00:22:46 来源：文档文库

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２０１６年１１月　工业催化　ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ　ＣＡＴＡＬＹＳＩＳ　第２４卷第１１期　ＮＯＶ．２０１６　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．１１　麓格藩　量与研究　ＣＯ吸附剂Ｃｕ（Ｉ）一分子筛的性能测试　王　磊，李　洁　，陈耀壮，乔　莎，雷菊梅，赵　英　（西南化工研究设计院有限公司，工业排放气综合利用国家重点实验室，　国家碳一化学工程技术研究中心，四川成都６１０２２５）　摘要：采用干混法制备了Ｃｕ（Ｉ）一分子筛吸附剂，利用ＸＲＤ和ＳＥＭ考察Ｃｕ（Ｉ）在吸附剂表面　的分散情况，并对吸附剂吸附条件和解析条件和ＣＯ吸附分离性能进行考察。结果表明，ＣｕＣ１呈原　子状态分散于分子筛载体孔道内；在吸附温度６０　ｃＩＣ、吸附压力７００　ｋＰａ、解吸温度８０℃、解吸压力　２０　ｋＰａ和解吸时间２　ｍｉｎ条件下，吸附剂的穿透吸附量达３７．５　ｍＬ・ｇ～，解吸量为８．５　ｍＬ・ｇ～。　在对ＣＯ、ＣＨ　、Ｈ２和Ｎ　混合气进行分离以及增加置换工序的情况下，可将体积分数２７％的ＣＯ提　浓至９９．５％，该吸附剂满足工业应用要求。　关键词：催化剂工程；一氧化碳；Ｃｕ（Ｉ）一分子筛；吸附；提纯；解吸；置换　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—１１４３．２０１６．１１．０１３　中图分类号：ＴＱ４２４．２５；０６４３．３６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—１１４３（２０１６）１１－００６２－０６　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ＣＯ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　Ｃｕ（Ｉ）－ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｉｅｖｅ　Ｗａｎｇ　Ｌｅｉ，Ｌｉ　，Ｃｈｅｎ　Ｙａｏｚｈｕａｎｇ，Ｑｉａｏ　Ｓｈａ，Ｌｅｉ　Ｊｕｍｅｉ，Ｚｈａｏ　Ｙｉｎｇ　（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ　Ｖｅｎｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｕｓｅ，Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｃ１　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１０２２５，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕ（Ｉ）一ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｉｅｖｅ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｄｒｙ　ｍｉｘｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｕ　（Ｉ）ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　ＳＥＭ　ａｎｄ　ＸＲＤ．Ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｃｕｐｒｏｕｓ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｉｎ　ａｔｏｍｉｃ　ｆｏｒｍ　ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｒｏｕｓ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｉｅｖｅ　ｃａｒｒｉｅｒ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　６０　ｏＣ，　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　７００　ｋＰａ。ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　８０　ｏＣ，ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　２０　ｋＰａ　ａｎｄ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　２　ｍｉｎ，ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　ｒｅａｃｈｅｄ　３７．５　ｍＬ。ｇ一　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｍｏｕｎｔ　ｗａｓ　８．５　ｍＬ・ｇ。。．Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ｆｒｏｍ　ｇａｓ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｅ，ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ，ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　ｃｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ｆｒｏｍ　２７ｖｏ１％ｔｏ　９９．５ｖｏ１％　ｂｙ　ａｄｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｉａｌｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｔａｌｙｓｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ；Ｃｕ（Ｉ）－ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｉｅｖｅ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—１　１４３．２０１６．１　１．０１３　ＣＬＣ　ｎｕｍｂｅｒ：ＴＱ４２４．２５；０６４３．３６　Ｄｏｃｕｍｅｎｔ　ｃｏｄｅ：Ａ　Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ：１００８—１１４３（２０１６）１１－００６２－０６　收稿日期：２０１６—０８—２２　作者简介：王磊，１９９２年生，男，重庆市巫溪县人，从事气体分离与净化研究。　通讯联系人：李洁，女，陕西省西安市人，硕士，高级工程师，从事催化剂研究。　
２０１６年第ｌｌ期　王磊等：ＣＯ吸附剂ｃｕ（Ｉ）一分子筛的性能测试　６３　随着碳一化学的发展，ＣＯ广泛应用于多种有机　化工产品的生产。如合成醋酸、甲醇、甲醛、脂肪酸、　１　实验部分　１．１吸附剂制备　脂肪酐、异氰酸酯、光气、碳酸二甲酯以及各种金属　羰基化合物　Ｊ。碳一化工对ＣＯ的纯度要求较高，　ＣＯ常与Ｈ　、Ｎ　、ＣＯ　和ＣＨ　等杂质共存，要得到纯　度较高的ＣＯ必须对其进行分离　Ｊ，在众多的ＣＯ　分离提纯方法中，变压吸附法由于操作简单、自动化　将氯化亚铜、沸石分子筛载体和黏结剂按一定　比例混合均匀后挤条成型，（１００—１５０）　真空干燥　（３～５）ｈ，（３００～５００）℃焙烧（３—５）ｈ制得ＭＡ　型Ｃｕ（Ｉ）一分子筛吸附剂。　１．２吸附剂表征方法　程度高、能耗低及开停车方便等优点逐渐成为分离　提纯ＣＯ的主要方法。变压吸附法分离ＣＯ的关键　在于高效吸附剂的开发，由于ＣＯ能与许多过渡金　属离子如ｃｕ　和Ａｇ　等形成络合物，大大提高了对　ＣＯ的吸附选择性　Ｊ，因此，大多都围绕负载Ｃｕ　和　Ａｇ　的吸附剂进行研究。　２０世纪７０年代，美国联碳公司（ＵＣＣ）　报道　了采用ｃｕ　和Ａｇ　离子交换分子筛吸附ＣＯ的专　利，但吸附效果并不理想。Ｈｕａｎｇ　Ｙ　Ｙ　Ｊ【５　制备了　ｃｕ（Ｉ）一Ｙ分子筛，并研究其对ＣＯ的吸附性能，结　果表明，吸附剂对ＣＯ的吸附选择性高低取决于吸　附剂中Ｃｕ　的含量。专利　报道了用ＣｕＹ吸附剂　经一段变压吸附提浓ＣＯ，将一定量的ＣｕＣ１负载到　Ｙ型分子筛上，不仅提高ＣＯ吸附量，还抑制ＣＯ　和　Ｎ　的吸附，使分离选择性大大提高。　谢有畅等　卜　利用单层分散原理将ＣｕＣ１与　１３Ｘ、ＮａＹ分子筛等多种具有高比表面积的载体混　合制备高效ＣＯ吸附剂，取得了很好的效果；添加适　当黏结剂制得的ＰＵ一１吸附剂已成功应用于变压　吸附法分离ＣＯ，并占据了国内大量市场。刘晓勤　等　。。　开发了Ｃｕ（Ｉ）一活性炭一稀土化合物制成　的负载铜吸附剂，利用该吸附剂与某钢厂联合开发　转炉气提浓ＣＯ的中试研究，可将约２８％的ＣＯ提　浓到８５％，收率达９５％以上。分子筛负载Ｃｕ吸附　剂相对于活性炭负载ｃｕ吸附剂在吸附量和对Ｎ　与ＣＨ　的分离方面较有优势，但能耗略高，分子筛　载铜吸附剂需要在（８０—９０）℃操作，而活性炭负载　铜吸附剂只需常温操作　。　本文通过干混法制备ｃｕ（Ｉ）一分子筛ＣＯ吸　附剂，对ｃｕ（Ｉ）在吸附剂表面的分散状态进行表　征，并考察吸附剂吸附性能及其在变压吸附法吸附　分离ＣＯ中的工艺条件。　ＸＲＤ测试在荷兰飞利浦公司Ｘ’ｐｅｒｔ型自动　ｘ射线衍射仪上进行，ｃｕ靶，石墨单色器，工作电压　４０　ｋＶ，工作电流４０　ｍＡ，扫描范围１Ｏ。一８０。。　ＳＥＭ测试采用日本电子公司ＪＥＭ一１００ＣＸ型　扫描电镜仪，放大倍数５万倍，加速电压８０　ｋＶ。　１．３吸附剂性能评价　吸附剂性能评价装置如图１所示，实验装置主　要包括气源、固定床吸附柱、活化系统、抽空系统、检　测系统和置换系统等。配置一定浓度的原料气，气　体经质量流量计和湿式流量计计量，采用ＴＣＤ气相　色谱和ＧＸＨ一５１０红外在线分析仪检测。当吸附后　气体吸附质浓度与进口相等时，即认为吸附达到饱　和，通过积分可计算得到吸附剂吸附量，利用真空泵　在一定的实验条件下将吸附剂吸附的气体抽空解吸　到产品气罐，根据分析结果可以计算解吸量。当完　成一个条件的吸附实验后，对吸附剂进行加热抽空　再生，以保证吸附剂在相同的状态进行下一个条件　实验。吸附器尺寸为　３２　ｍｍ×４００　ｍｍ，吸附剂装　填量７０　ｇ。　图１　吸附剂性能评价装置　Ｆｉ￣ｔｒｅ　１　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　１．吸附塔；２．远传温度计；３．程序升温加热套；４．球阀；５．远传　压力表；６．背压阀；７．针型阀；８．一氧化碳红外在线分析仪；９．湿　式流量计；ｌ０．原料气钢瓶；ｌ１．置换气钢瓶；１２．惰性气体钢瓶；　１３．减压阀；１４．过滤器；１５．质量流量计；１６．单向阀；１７．真空泵；　１８．产品气罐；１９．气相色谱仪　

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