一种磁助变压吸附提纯黄磷尾气中CO的方法转让专利
申请号 : CN202010364880.6
文献号 : CN111514701B
文献日 : 2021-07-27
发明人 : 王学谦 , 王梦雨 , 宁平 , 王郎郎 , 谢怡冰
申请人 : 昆明理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种磁助变压吸附提纯黄磷尾气中CO的方法,其特征在于,具体步骤如下:(1)在外磁场条件下,将黄磷尾气进行预处理脱除顺磁性杂质得到预处理混合气;
(2)将步骤(1)预处理混合气通入变压吸附阶段PSA‑Ⅰ工序的吸附床中,经吸附、均压降压、逆向放压、冲洗、均压升压、终升压以脱除吸附性强于CO的杂质得到混合气 ;
(3)将步骤(2)混合气 通入变压吸附阶段PSA‑Ⅱ工序的吸附床中,其中变压吸附阶段PSA‑Ⅱ工序的吸附床外设磁场,经吸附、置换、均压降压、逆向放压、抽真空、磁助脱附、均压升压以脱除吸附性弱于CO的杂质得到高纯CO气体。
2.根据权利要求1所述磁助变压吸附提纯黄磷尾气中CO的方法,其特征在于:步骤(1)外磁场的强度为0.3 5.0T。
~
3.根据权利要求1或2所述磁助变压吸附提纯黄磷尾气中CO的方法,其特征在于:步骤(1)预处理的吸附剂为金属催化剂,金属催化剂的载体为活性炭、活性氧化铝或HZSM‑5分子筛,金属催化剂的活性组分为铁盐、锰盐、镍盐、钴盐、铜盐中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述磁助变压吸附提纯黄磷尾气中CO的方法,其特征在于:步骤(2)PSA‑Ⅰ工序吸附床内的吸附剂为硅胶、活性炭、活性氧化铝中的一种或多种。
5.根据权利要求1或4所述磁助变压吸附提纯黄磷尾气中CO的方法,其特征在于:步骤(2)变压吸附阶段PSA‑Ⅰ工序的吸附步骤压力为0.3 1.9MPa。
~
6.根据权利要求1所述磁助变压吸附提纯黄磷尾气中CO的方法,其特征在于:步骤(3)PSA‑Ⅱ工序吸附床内的吸附剂为活性炭和/或沸石分子筛。
7.根据权利要求1或6所述磁助变压吸附提纯黄磷尾气中CO的方法,其特征在于:步骤(2)变压吸附阶段PSA‑Ⅱ工序的吸附步骤压力为0.3 1.9MPa,置换步骤的压力为0.1~ ~
1.9MPa,抽真空步骤的压力为‑0.07 ‑0.095MPa。
~
说明书 :
一种磁助变压吸附提纯黄磷尾气中CO的方法
技术领域
背景技术
85%‑95%。CO既可以作为燃料,也是碳一化学的重要原料,可用于甲酸、草酸、丙烯酸酯、光
气等多种有机化学品的生产及合成。尾气中的其他杂质,如磷、硫、AsH3、HCN等则是对羟基
合成有害的污染物,因此,要实现黄磷尾气的综合利用,就要将尾气中的磷、硫、砷、氰等杂
质除去,实现CO的净化、分离。由于黄磷尾气具有很高的热值,某些黄磷生产厂家将黄磷尾
气用作燃料或者直接燃烧放空,有效利用率不足40%,造成资源的极大浪费。其中含有的有
害杂质易造成设备腐蚀,寿命大大缩短,有害成分放空后对环境造成极大污染。为了实现黄
磷尾气的治理,必须开发高效的提纯CO的方法。
附过程中得到富集。经过变压吸附过程,强弱吸附质得到有效分离,通过多床吸附操作使系
统连续进行。但是已有的二段法变压吸附提纯CO工艺,对黄磷尾气中各种杂质的去除效率
不高,不能保证CO的有效提纯。
发明内容
上的吸附或解吸效率,从而提高杂质的脱除效率和CO的提纯浓度。
更高的CO。
均压升压以脱除吸附性弱于CO的杂质得到高纯CO气体。
种。
用,形成磁性相吸的联合体,使上述气体在吸附剂上的吸附量增大,达到提高杂质脱除效率
的目的。
现出不同的磁性质,多数的物质在磁场中会产生一个对着外磁场方向的磁矩,有的成为抗
磁性物质,有的成为顺磁性物质;如果一种物质中的电子都已经配对,没有未成对的电子,
这样的物质就是抗磁性物质,例如CO一种物质中存在未成对的电子,在磁场中能顺着磁场
的方向产生一个磁矩的物质就成为顺磁性物质,例如O2、PH3、AsH3、HCN、H2S等。顺磁性物质
能被磁场吸引,而抗磁性物质则被磁场排斥。在磁场的作用下,顺磁性气体(如AsH3)流经气
固反应器,与外磁场相互吸引,从而被磁化,磁化后的气体被吸附在吸附剂的固相微孔中,
使吸附剂形成局部磁化区域。新进入的顺磁性气体经过床层,与吸附剂发生磁性凝聚作用,
气体在吸附剂上的均布能力大大增强,提高了顺磁性气体在吸附剂上的吸附效率,从而达
到脱除杂质的目的;抗磁性气体(如CO)则与外磁场相斥,在脱附时更易从吸附剂上解吸,达
到提纯CO的目的。
磁化的金属组分,如铁盐、锰盐、镍盐、钴盐、铜盐中的一种或两种,可使吸附剂形成可磁化
区域,与气体更高效的结合。
压、终升压的步骤,因此多个吸附床内交替完成上述步骤,具体的,混合气流入吸附床,混合
气中的CO2和硫化物被吸附剂吸附,留在吸附床中,吸附性较弱的CO、H2、N2则流出床层,进入
PSA‑Ⅱ工序;待吸附过程接近饱和,停止进料;将完成吸附过程的吸附床向待完成均压升压
的吸附床放压,完成均压降压步骤,此步骤可以回收吸附床内的有用组分;将完成均压降压
的吸附床逆向放压,令吸附床压力降低,将吸附的杂质解吸排放;接下来进入冲洗步骤,用
不含杂质组分的气体冲洗吸附床,使杂质组分充分解吸;用均压降压的吸附床的气体对本
吸附床进行均压升压;将完成均压升压的吸附床进行最终升压,该过程使用半成品气返回
一部分使本吸附床压力升到吸附压力;上述过程在每一个吸附床内循环完成,连续分离混
合气中的杂质气体。
吸附床串联,吸附床的个数视混合气性质、气体吸附效率而定;每个吸附床依次完成吸附、
置换、均压降压、逆向放压、抽真空、磁助脱附、均压升压的步骤,因此多个吸附床交替完成
以上步骤,具体的,PSA‑Ⅰ工序输出的半成品气被送入PSA‑Ⅱ工序的吸附床,CO被吸附剂选
择性吸附,其他杂质组分被排出,返回PSA‑Ⅰ工序,实现CO和杂质气体的分离,吸附结束后,
吸附床内除CO外,还残留一定量的H2、N2,用部分CO气体返回吸附床进行置换;吸附床串联,
可对不同吸附床进行逐一置换,降低床层内杂质含量,获得高纯度CO;置换结束后,对吸附
床进行逆向放压,接近常压时,启动真空系统,对吸附剂上的CO进行真空脱附;同时,打开电
磁发生器,抗磁性的CO与磁场相斥,从吸附剂上脱附,减少了CO在吸附剂上的残余量,提高
了CO的提纯浓度;完成抽真空和磁助脱附步骤后,吸附床层可以在一定流量的进料物流下
进行升压,升压后继续进行重复吸附步骤,以此循环往复。
布方式为轴向排布的磁铁磁极方向相同,相邻磁铁磁极不同。电磁铁可选用交流电磁铁或
直流电磁铁,在铁芯外部缠绕线圈以产生磁场。
杂质气体在吸附剂上的均布能力,两者更高效的结合,加强了气固相反应,增大了吸附剂的
吸附容量,提高了杂质的脱除效率;
浓度及效率,有利于黄磷尾气的资源化。
附图说明
具体实施方式
附床;
成,经原料气管道1将原料气(黄磷尾气)通入反应器中,对黄磷尾气的PH3、AsH3、HCN及H2S进
行催化氧化净化;其中磁场强度为0.5T,磁场由自制线圈通以直流电流产生,线圈框架由环
氧玻璃纤维材料制成,为环形工字结构,环内径为330mm,外径为520mm;线圈用直径为1mm的
聚酯漆包圆铜线以上述框架为核心绕制而成,线圈内径为340mm,厚度为20mm,高度为
150mm;反应器1中的催化剂是将活性炭置于0.1%mol/L的氯化锰溶液中浸渍24h后,在温度
为110℃烘箱里干燥12h,并在温度为400℃的马弗炉内活化4h后制得;反应器2中的催化剂
是将HZSM‑5分子筛置于0.1%mol/L的氯化铁溶液中浸渍24h后,在温度为110℃烘箱里干燥
12h,并在温度为400℃的马弗炉内活化4h后制得;原料气(黄磷尾气)以1000mL/min的流速
通入反应器1内,在磁场的作用下,顺磁性的PH3、AsH3、HCN及H2S气体被Mn/Ac催化剂催化氧
化,从而富集在反应器中,一部分未被选择性吸附的顺磁性杂质经控制阀2流入反应器2,进
行二次催化氧化净化;未被吸附的CO、H2、N2、硫化物和CO2被送入PSA‑Ⅰ工序;
的,PSA‑Ⅰ工序由四个串联而成的吸附床A、B、C、D,压缩机3、废气管道4、半成气管道5、冲洗
气管道6及与吸附床A相配合的程控阀a1、a2、a3、a4、a5,与吸附床B相配合的程控阀b1、b2、
b3、b4、b5,与吸附床C相配合的程控阀c1、c2、c3、c4、c5,与吸附床D相配合的程控阀d1、d2、
d3、d4、d5等组成;吸附床内填充的吸附剂为活性炭和活性氧化铝;混合气在0.5MPa的压力
下流入吸附床A,依次完成以下步骤:1)吸附:此时吸附压力为0.5MPa,混合气中CO2和硫化
物被吸附,CO、H2、N2未被吸附流出床层,待吸附剂接近饱和时停止吸附过程;2)均压降压:将
吸附床A顶部放压,回收有用组分;3)逆向放压:将吸附床A逆向放压,使吸附的CO2和硫化物
解吸;4)冲洗:用不含杂质的气体冲洗吸附床,使CO2和硫化物充分解吸;5)均压升压:将吸
附床A进行均压升压;6)最终升压:将吸附床A进行最终升压,压力升至0.5MPa;其它吸附床
进行的操作与吸附床A相同,只是时间相互错开,每一个吸附床都循环进行以上六个步骤,
并保证在任意时间段内都有一个或一个以上的吸附床进行吸附步骤;PSA‑Ⅰ工序除去吸附
性能强于CO的CO2和硫化物,剩余未被吸附的CO、H2、N2混合物被送入PSA‑Ⅱ工序;
均压升压以脱除吸附性弱于CO的杂质得到高纯CO气体;具体的,PSA‑Ⅱ工序由四个串联而
成的吸附床D、E、F、G,半成品管道5、冲洗器管道6、接管10、置换气管道15、排放气管道16、成
品气管道17、真空泵11、压缩机12、控制阀7、8、9、13、14及与吸附床E相配合的程控阀e1、e2、
e3、e4、e5,与吸附床F相配合的程控阀f1、f2、f3、f4、f5,与吸附床G相配合的程控阀g1、g2、
g3、g4、g5,与吸附床H相配合的程控阀h1、h2、h3、h4、h5及与各吸附床相配合的线圈等组成;
吸附床内填充的吸附剂为沸石分子筛和碳分子筛;吸附床外缠绕线圈以产生磁场,线圈框
架的内径为390mm,外径为550mm。线圈内径为400mm,厚度为20mm,高度为150mm;以吸附床E
为例叙述操作步骤,F、G、H吸附床步骤与E相同,时间相互错开;吸附床E的操作步骤包括1)
吸附:在0.5MPa的压力下,混合气中的CO被吸附剂吸附,而吸附性弱的H2、N2被排出,流回
PSA‑Ⅰ工序做冲洗步骤的冲洗气;2)置换:吸附完成后,吸附床内仍残留一部分H2和N2,用部
分CO气体返回吸附床进行置换,降低吸附床内杂质含量,这一步骤的压力保持在0.2MPa;3)
均压降压:对吸附床E进行降压;4)逆向放压:将吸附床E逆向放压至接近常压;5)抽真空:对
吸附床E抽真空,使吸附剂上的CO脱附,这一步骤的压力为‑0.08MPa;6)磁助脱附:在0.7T的
磁场强度下,使抗磁性的CO从吸附剂上快速脱附,以上脱附的一部分CO,流回吸附床E做置
换气;7)均压升压:在1000ml/min的流量下,用进料物流对吸附床E进行升压,并使压力保持
在0.5MPa;以上七个步骤在每一个吸附床内循环进行;经抽真空和磁助脱附步骤获得的CO
为本系统的产品气,输出后可进行资源化利用;
吸附床;
硫化物被脱除,CO、H2、N2则流入PSA‑Ⅱ工序,CO被吸附富集,H2、N2则流出吸附床,经过置换
和磁助脱附步骤使CO从吸附剂上解吸出来,输出系统从而实现CO的提纯;具体步骤如下:
漆包圆铜线制成的亥姆霍兹线圈,线圈采用环形工字结构,框架由环氧玻璃纤维材料制成;
线圈内径为330mm,厚度为20mm,高度为150mm;框架内径为340mm,外径为530mm;反应器1采
用Cu/Ac催化剂,制备方法如下:取10.0g活性炭置于50mL浓度为0.2mol/L的Cu(NO3)2溶液
中,在搅拌条件下浸渍24h后,将催化剂从浸渍溶液中过滤出来,放入温度为110℃烘箱里干
燥12h,随后在温度为500℃的马弗炉内焙烧6h;反应器2采用Fe‑Cu/HZSM‑5催化剂,制备方
法如下:将HZSM‑5分子筛置于0.1mol/LFeCl3和0.1mol/LCuCl2混合溶液中,在搅拌条件下浸
渍24h后,放入温度为110℃烘箱里干燥12h,并在温度为400℃的马弗炉内焙烧4h;
附,残留的顺磁性杂质流入反应器2,进行二次催化氧化净化,从而达到脱除杂质的目的;而
未被吸附的CO、H2、N2、硫化物和CO2被送入PSA‑Ⅰ工序;
的,PSA‑Ⅰ工序由串联的吸附床A、B、C、D、E、F,压缩机3、废气管道4、半成气管道5、冲洗气管
道6及与吸附床A相配合的程控阀a1~a5,与吸附床B相配合的程控阀b1~b5,与吸附床C相
配合的程控阀c1~c5,与吸附床D相配合的程控阀d1~d5,与吸附床E相配合的程控阀e1~
e5,与吸附床F相配合的程控阀f1~f5等组成;吸附床内填充的吸附剂为活性炭和活性氧化
铝;每一时刻,每个吸附床进行不同的变压吸附操作,现就吸附床A进行变压吸附过程的描
述;将混合气压缩至0.7MPa,送入吸附床A,依次完成以下步骤:1)吸附:此时吸附压力为
0.7MPa,混合气中CO2和硫化物被吸附,CO、H2、N2未被吸附流出床层,待吸附剂接近饱和时停
止吸附过程;2)均压降压:将吸附床A顶部放压,回收有用组分;3)逆向放压:将吸附床A逆向
放压,使吸附的CO2和硫化物解吸;4)冲洗:用不含杂质的气体冲洗吸附床,使CO2和硫化物充
分解吸;5)均压升压:将吸附床A进行均压升压;6)最终升压:将吸附床A进行最终升压,压力
升至0.7MPa。吸附剂的再生通过均压降压、逆向放压和冲洗步骤完成,每个吸附床循环进行
(1)~(6)的操作,完成杂质的脱除,未被吸附的CO、H2、N2混合物被送入PSA‑Ⅱ工序;
均压升压以脱除吸附性弱于CO的杂质得到高纯CO气体;具体的,PSA‑Ⅱ工序由串联的吸附
床G、H、I、J、K、L,半成品管道5、冲洗器管道6、接管10、置换气管道15、排放气管道16、成品气
管道17、真空泵11、压缩机12、控制阀7、8、9、13、14及与吸附床G相配合的程控阀g1~g5,与
吸附床H相配合的程控阀h1~h5,与吸附床I相配合的程控阀i1~i5,与吸附床J相配合的程
控阀j1~j5,与吸附床K相配合的程控阀k1~k5,与吸附床L相配合的程控阀l1~l5及与各
吸附床相配合的线圈等组成。吸附床内填充的吸附剂为5A分子筛;磁场由通以直流电的亥
姆霍兹线圈产生。线圈框架的内径为430mm,外径为600mm。线圈内径为440mm,厚度为20mm,
高度为200mm。每个吸附床进行的操作相同,但时间相互错开,现以吸附床G为例叙述操作步
骤:1)吸附:吸附压力为0.7MPa,CO被吸附剂吸附,而吸附性弱于CO的H2、N2被排出,流回PSA‑
Ⅰ工序做冲洗步骤的冲洗气;2)置换:吸附完成后,吸附床内仍残留一部分H2和N2,用部分CO
气体返回吸附床进行置换,降低吸附床内杂质含量,这一步骤的压力为0.3MPa;3)均压降
压:对吸附床G进行降压;4)逆向放压:将吸附床G逆向放压至接近常压;5)抽真空:对吸附床
G抽真空,使吸附剂上的CO脱附,这一步骤的压力为‑0.07MPa;6)磁助脱附:在1T的磁场强度
下,使抗磁性的CO从吸附剂上快速脱附,以上脱附的一部分CO,流回本吸附床做置换气;7)
均压升压:在1000ml/min的流量下,用进料物流对吸附床G进行升压,并使压力保持在
0.7MPa;循环进行(1)~(7)的操作,经抽真空和磁助脱附步骤最终实现CO的提纯,得到浓度
较高的CO;