《高等分离过程》课程结课作业
题目： 二氧化碳/一氧化碳的分离
院 （系）：化学化工学院
专 业：化学工程
学 号：0000000000
vdisk姓 名：000000
指导教师：000000
CO2在通常情况下是无无臭，略带酸味的气体，熔点-56.2℃，正常升华点-78.5℃，CO2的临界温度为 31.1℃，临界压力为 7.38 MPa，在常温下加压即可把CO2液化或固化制成干冰。煤造气制得的水煤气或半水煤气，炼钢、炼铁和炼焦得到的副产品气有高炉煤气转炉煤气和焦炉煤气，有金属冶炼厂的尾气，电石厂和黄磷厂的尾气及汽车尾气等都含有大量的 CO和CO2。不管从环境效益还是经济效益上来看，通过对CO2气体分离回收利用可以收到双重效益。CO2是一种重要的工业气体，在食品业、化学工业、农业、石油开采、国防、消防等部门都有广泛应用。
在通常状况下，CO是无、无臭、无味、有毒的气体，难溶于水，熔点-199℃，沸点-191.5℃。标准状况下气体密度为l.25 g/L，和空气密度（标准状况下1.293 g/L）相差很小，这也是容易发生煤气中毒的因素之一，CO为中性气体。CO分子中碳元素的化合价是+2价，能进一步被氧化成+4价，从而使一氧化碳具有可燃性和还原性，一氧化碳能够在空气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳。
CO2/ CO分离技术综述
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摘要：近年来，气候变化和温室气体减排问题持续升温，已成为全球关注的热点问题。“低碳经济”是最近国际社会应对人类大量消耗化石能源、大量排放CO2引起全球气候灾害性变化而提出的新概念。在能源结构还难以发生根本改变的情况下，控制二氧化碳排放量，发展低碳经济正成为 21 世纪最为重要的环境和能源问题之一。冶炼尾气及汽车尾气中含有大量的一氧化碳和二氧化碳。不管从环境效益还是经济效益上来看，通过对CO2气体分离
回收利用可以收到双重效益。
关键词：吸附；分离；二氧化碳；一氧化碳
分离CO2的方法很多，其中常用的有化学吸收法、物理吸收法、物理吸附分离法、膜分离法、低温蒸馏法等。目前最常用的是化学吸收法和物理吸附法。 1.1 化学吸收法
化学吸收法是一种传统的脱碳方法，原理是化学溶剂在吸收塔内与CO2发生化学反应，流出吸收塔后加热分解出CO2，从而达到分离富集CO2的目的。化学吸收法对CO2的吸收效果较好，脱除后产品纯度高且处理量大，但是仍存在着一定的不足之处，吸收溶剂再生时需要对溶剂进行加热，耗能很大，操作较繁锁等。目前工业中使用较广泛的是热碳酸钾法和醇胺法。 1. 1.1 活化热钾碱法
早在 20 世纪初就有人提出了用碳酸钾溶液吸收CO2，但直到 1950 年美国几家公司才开始 应用热碳酸钾法。活化热钾碱法脱碳工艺是在热碳酸钾溶液中添加一定量的活化剂加快碳酸钾与CO2的反应速度；并降低碱液面上CO2平衡分压，从而提高CO2的吸收速度和气体纯化度。 20 世纪 60 年代开始在碳酸钾溶液中添加某些无机或有机化合物活化剂，可大大加速吸收CO2速度，同时采用加入某些缓蚀剂的方法降低了设备的腐蚀，由此热钾碱法发展为改良热钾碱法。
对活化剂的选择，除了要求能提高20kv高压直流电源CO2的吸收速度外，还要考虑活化剂必须具有化学稳定性与热稳定性。对有机物活化剂，还要求其挥发性低，使活化剂在运转过程中损耗低。工业上使用的无机活化剂如三氧化而砷、硼酸等，有机活化剂如二乙醇胺、氨基乙酸等。这些活化剂由不同的公司开发，并形成了各自的专利。
活化热钾碱脱碳法不仅具有吸收速度快，CO2净化度高（CO2可脱至 0.1%），而且可利用余热加热再生容易等优点。而且碱液中添加了缓蚀剂后，基本无腐蚀性。特别是近年来不断的改进与提高，开发的低热耗活化热钾碱脱碳工艺流程，使能耗大大降低。因此，活化热钾碱法已成为当今国内外工业上应用最为广泛的脱碳方法。
1. 1.2 胺溶液吸收CO2的研究
利用醇胺溶液吸收二氧化碳，是工业生产中脱除二氧化碳的常见方法。常用吸收剂有一乙醇胺（MEA裤衩裙）、二乙醇胺（DEA）、N-甲基二乙醇胺(MDEA)等。
MEA降解问题一直是MEA法回收CO2的难以解决的技术难题，在回收过程中，MEA易与O2、CO2和硫化物等发生化学降解，也易发生热降解，其中主要原因是O2与MEA的氧化降解反应。传统的MEA法使设备腐蚀严重的主要原因是由MEA与CO2反应生成的氨基甲酸盐及MEA的化学降解产物所引起。
轮胎脱模剂南化集团研究院在烟道气等低分压CO2回收领域进行了多年研究，开发了以MEA为主溶剂，优选添加了活性胺、抗氧化剂和缓蚀剂组成了适用于回收低分压CO2的优良复合吸收剂。该复合吸收剂不仅保持了MEA法的优点,而且溶液吸收CO2能力提高，再生能耗下降，基本消除了MEA与氧气的降解副反应，同时解决了设备腐蚀问题。1950 年后，针对法国、加拿大净化大量高含H2S与CO2天然气的要求，开发了以二乙醇胺（DEA）为溶剂的新工艺，DEA水溶液的浓度可提高至 40％～50％，酸气负荷也可达到 0.5 mol/mL以上，它具有吸收速度快、成本低、容易回收等特点，缺点是容易降解，腐蚀性强，再生困难，
再生能耗大[1]。
活化甲基二乙醇胺（MDEA）是 20 世纪70年代初西德巴斯夫（BASF）公司开发的一种以N-甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液为基础的脱碳新工艺[2]。80年代以来，利用醇胺溶液脱除和回收CO2的方法发展迅速，由于MDEA对CO2有特殊的溶解性，且其稳定性好、能耗低、不易降解、挥发损失小以及CO2净化度高等特点而备受世人关注[3]。1971 年西德的1家30万吨/年氨厂首次成功应用。目前世界上已有近百个大型氨厂采用此脱碳工艺。但因为它是叔胺，吸收CO2速度慢，研究人员多采用伯胺与仲胺作活化剂（催化剂），提高溶液的吸收速度。20 防爆节能灯世纪 90 年代以来，哌嗪（PZ）活化MDEA脱碳体系逐渐成为研究的焦点。Xu等[4]研究了PZ活化MDEA溶液的解吸速率，发现PZ活化MDEA溶液吸收CO2的动力学也可以很好地适用于解吸过程。
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