现代分离技术论文
现代分离技术论文 现代分离技术论文一：合成气分离技术探讨 摘 要：合成气制乙二醇属于国内高端煤化工，技术含量高、经济效 益好。乙二醇合成要求对合成气中各组分进行分离后分别使用，合成气分离在整 个工艺中具有承前启后的重要作用，因此本文对合成气分离技术进行详细探讨。关键词：乙二醇合成 变压吸附 深冷分离 一、引言 目前乙二醇工艺路线主要分为石油路线和非石油路线，而我国富煤少 油的能源结构决定了非石油路线合成乙二醇的重要性[1]。
乙二醇合成技术的主要工艺路线[1，2]如下图：
图1可知，在乙二醇合成工艺中CO和H2作为原料气在不同工段分别使 用。表1给出了常见乙二醇合成技术专利商对CO和H2原料气的要求。通常乙二醇 合成所需原料气来自煤气化工艺，首先通过煤气化将原煤转化为煤气，表2给出 了常见气化技术净化煤气的组分。气化煤气经过变换、冷却、净化送出气化界区。
此时，送出气化界区的合成气为脱除H2S和CO2的净煤气，其组分见表2[3]。由 此可见，合成气在进入乙二醇合成工段之前必须经过合成气分离工段，将合成气 中各组分。
进行分离。各种气化技术中，碎煤加压气化技术的合成气成分相对复 杂，其分离工艺也相对复杂，本文将以碎煤加压气化合成气为原料探讨合成气的 分离技术。
二、气体分离技术介绍 目前合成气分离技术主要有深冷分离和变压吸附[4，5]。
深冷分离 深冷分离应用广泛的是部分冷凝，其利用合成气各组分冷凝点的差别， 使混合气在-165℃～-210℃的低温下，令某一组份或几个组份冷凝液化，其他组 份保持气态，从而分离各组分。深冷分离可同时制得二种以上高纯度气体，流程简单、装置占地少，操作简便，工艺成熟可靠。但是必须脱除原料气中水和CO2， 使其含量小于1ppm，否则在低温下堵塞管道。另外，目前该工艺技术需引进。
变压吸附 变压吸附是采用吸附剂对混合气中不同组分的吸附能力差异，通过吸 附脱附分离不同的组分，以变压吸附制氢应用最多。混合气中各组分在吸附剂上 的吸附能力主要决定于吸附剂的选择性和组分的分子结构。吸附剂的选择性决定 于采用的吸附剂，当前吸附剂种类较多，特种吸附剂也有较多工业应用，如甲烷 专用吸附剂、CO专用吸附剂等。常见气体的吸附能力强弱顺序为：H2 三、 合成气分离技术探讨 表3为某煤种经过碎煤加压气化、变换冷却、低温甲醇洗得到的净化 合成气组分及其沸点。
表4所示的净化煤气即是送入分离工段进行分离以满足表1中乙二醇 合成原料气要求的合成气，原则上可采用深冷分离或变压吸附进行分离。
对于深冷分离法，由于CO2沸点过高，深冷分离过程中会产生 “结冰” 现象，造成管道或换热器等堵塞，造成安全隐患，首先需采取一定的措施进一步 脱除。合成气其余组分为CO、H2、烃类、N2、Ar，H2沸点最低且和CO、N2的 沸点差距较大，可优先作为不凝气氛分离，并可得到组分纯净的H2;烃类和Ar作 为沸点较高的组分可以在控制温度的条件下以液体状态分离出系统，得到的LNG 也可以达到《液化天然气一般特性(GB/T 19204-2003)》的技术规格中的要求;但 是CO的沸点和N2及CH4沸点太接近，通过深冷分离得到的CO产品气中N2和CH4 的含量较高，不能满足乙二醇合成的要求。另外，实际工艺模拟结果显示深冷分 离所得的H2产品气和CO产品气均不能达到乙二醇合成工艺要求，均需在深冷分 离工艺之后分别增加相应的变压吸附提纯工艺。
对于变压吸附分离，根据选择的吸附剂不同以及不同组分分子在吸附 剂上的吸附能力的不同进行分离。H2在任何吸附剂上吸附能力均很低且组分中 H2含量最高，首先从合成气中分离可以降低后续工艺、设备的能力。然后主要 组分烃类和CO吸附能力相对接近，完全分离较为困难，可选用对CO具有高选择 性打的吸附剂优先分离CO，然后剩余富甲烷气体通过深冷得到LNG;或选用对烃 类具有较高吸附能力的吸附剂优先分离烃类，烃类通过深冷得到LNG，剩余富 CO通过CO吸附剂分离得到纯净的CO产品气。优先分离CO需要选择对CO具有高选择性打的吸附剂，成本较高。另外，由于N2、Ar及少量CO的存在，此时富甲 烷气体气量大于经过提纯得到的烃类气体，此时进行深冷制取LNG需要较多的冷 量。因此，首先提纯CH4并深冷制取 LNG，之后再进一步变压吸附提纯CO的方 案具有更多的合理性。
经过分析可知，对于碎煤加压气化所得净化合成气的分离，无论是深 冷分离还是变压吸附，仅用单一的气体分离方法均不能达到最终的分离结果。对 比深冷分离+变压吸附和变压吸附+深冷分离两种不同路线，深冷分离+变压吸附 路线在深冷分离之后还需增加相当于变压吸附+深冷分离处理能力的变压吸附装 置，其在工艺合理性及投资上均不具备优势，因此变压吸附+深冷分离更具有合 理性。
四、结论 本文选择典型的碎煤加压气化所得净化合成气作为分离对象，分析力 深冷分离和变压吸附两种气体分离方法，发现单一的分离方法并不能达到最终的 分离结果。同时，通过讨论和比较认为变压吸附+深冷分离工艺合理、投资有优 势，因此变压吸附+深冷分离更具有合理性。
现代分离技术论文二：色谱分离技术应用研究进展 摘要：
色谱技术是一项分离分析复杂样品的技术，在我国工业生产 中具有广泛应用。本文综述了色谱技术的原理，色谱技术的分离以及色谱技术在 医药、精细化工以及蛋白质组学研究中的应用进展，并展望了色谱技术发展的前 景。
关键词：
色谱技术;应用;进展 中图分类号：O657.7 文献标识码：A 文章编号：
1006-4311(2014)07-0305-02 1 色谱原理 色谱这一概念首先由俄国著名植物学家Tswett提出，在研究植物色素 组成时发现了色谱分离的潜力，首次提出了色谱法这一概念。色谱法 (chromatography)是一种分离并分析复杂样品的方法，在化学和生物等领域有着广泛的应用。它主要利用复杂样品本身性质的不同，在不同相态的进行选择性分 配，以流动相和固定相的相互位移对复杂样品中的单一样品进行分类洗脱，复杂 样品中不同的物质会以不同的洗脱速度在不同的时间上脱离固定相，最终达到分 离复杂样品的效果。
在色谱技术的发展过程中，提出众多理论，推动了色谱技术的不断发 展。主要有踏板理论，平衡色谱理论，速率理论，双模理论和轴向扩散理论。其 中平衡色谱理论认为在复杂样品色谱分离的过程中，固定相和流动相之间的分配 平衡可在瞬间达到临界平衡状态，主要解释了样品分离过程中移动速率的变化， 同时平衡色谱理论在非线性等温线条件下解释了流出曲线形状变化的规律，是色 谱发展过程中被较早提出并应用成熟的理论基础之一。踏板理论主要是基于色谱 分离过程模块化的理论，认为色谱由一系列单一平衡单元组成，在每一个平衡单 元内，样品在固定相和流动相之间瞬时达到相对平衡，踏板理论是对早起平衡色 谱理论的模块化发展，简单明了的说明了色谱分离的过程，对色谱理论的发展做 出了宝贵贡献。轴向扩散理论主要解释了轴向扩散对色谱区域谱带扩散规律的影 响，较快的传质速率会引起色谱带的较快扩散，从而达到样品分离的目的。在轴 向扩散理论发展到一定阶段，研究者发现轴线扩散对传质速率的影响较小，近乎 可以忽略不计，而分离样品在固定相和流动相之间有限的传递速率则是影响传质 速率的主要因素，于是提出了速率理论，在一定得历史时期，速率理论对于解释 轴向扩散的影响因素起到了重要的理论意义。随着研究的不断进展，越来越多的 证据显示轴向扩散和传质影响其实是一对相互影响的关键因子，二者有着复杂的 相互关系，若揭示色谱过程的本质，需要同时考虑轴线扩散和传质速率的相互影 响，进而提出了最新的双模理论，认为色谱分离过程的固定相和流动相是相互紧 密接触的平衡薄膜，分离组分在相互分离的界面处达到瞬时的分离平衡。
2 色谱技术分类 色谱技术根据不同的分类方法有着不同的分类方式。按照分离相和固 定相的状态，色谱技术可分为气相色谱法，气固色谱法，气液色谱法，液相色谱 法，液固色谱法，液液色谱法。根据固定相的几何形状，色谱技术可分为柱色谱 法、纸色谱法和薄层色谱法。按照分离原理或者物理化学性质的不同，色谱法又 可分为吸附色谱法，分配色谱法，离子交换色谱法，尺寸排阻色谱法和亲和色谱 法，其中吸附色谱，离子交换色谱和亲和色谱在我国目前工业生产中的应用较为 广泛。
3 色谱技术在生产中的应用3.1 精细化工领域 目前在精细化工研究领域，产品的精细分离与含 量测定越来越严格，同时规模化的生产也对成本核算和质量要求越来越苛刻，所 以，如何高效分离分析化工产品各组分成为一个严峻的课题。随着色谱分离技术 研究的不断深入，尤其集成化和规模化色谱分离技术的应用，使得色谱分离技术 在精细化工领域应用越来越广泛，尤其在发掘工业生产过程中，色谱分离技术尤 为重要。在发掘工业领域，发酵液成分复杂，杂质多样，而目标样品往往含量较 低，如何实现目标成分的高效分离分析，对于该行业的发展起着关键作用。在发 酵工业中，目前应用较为广泛的色谱技术主要是离子交换技术，主要针对发酵液 中离子含量复杂多样。利用离子交换柱，目前常见的分离样品主要包括味精生产， 淀粉生产，麦芽糖生产，醇类生产等等。
3.2 医药领域 随着医药现代化生产的不断发展，对于医药组分的分 离与单一成分研究要求越来越高。但由于药学成分提取复杂，有效成分含量较低 等原因，因此需要更为严格的分离分析手段进行药效成分的分离和含量测定。目 前在医药成分分离分析领域主要应用到的色谱技术主要包括薄层色谱，气相色谱 和毛细管电泳技术。而随着现代分析仪器的不断发展，尤其中药及天然药物药效 成分组成极其复杂，对其分离要求也愈发严格，需要发展更为精密的色谱技术， 如超临界色谱，高效逆流色谱，高效毛细管电泳和色谱-质谱联用技术。赵君奎 等利用高效液相色谱技术首次分离测定了中药植物月腺大戟中抗结核有效成分 狼毒甲素和狼毒乙素，对其质量评价和药效成分分析起到了关键作用。吴波利用 灵敏度较高的高效液相与FCD联用技术分离并测定了中药葛根中葛根素的含量， 发现其样品回收率达到较高水平，而相对偏差分析结果显示其精度较高，结果较 为可靠，适合葛根素分离分析的大规模生产。在含有皂苷成分的中药组分分离过 程，极性较大皂苷成分结构非常复杂，皂苷分离难度较大，根据目前国内外研究 进展，采用高效液相色谱与ELSD联用分离较为理想。
3.3 蛋白质组学研究 色谱技术除了在工业生产中有着广泛的应用之 外，在微观大分子分离领域也有着重要的应用。例如蛋白质组学研究中，色谱分 离技术也有着重要应用。目前对于蛋白质组的分离研究，主要有双向电泳技术和 高效液相色谱技术。其中双向电泳技术根据蛋白质的分子量及等电点在二维领域 将蛋白质进行分离，可以直观显示生物体内的蛋白质组成，双向电泳结合质谱技 术已成为蛋白质组学研究的一个成熟的研究平台。虽然双向电泳技术在蛋白质研 究中具有高灵敏度和直观性强等优点，但同时它有着难以克服的缺点，如结果分 析复杂，成本较高，信息量大以及电泳前的样品准备复杂等缺点。为了解决双向电泳技术的这些缺陷，高效液相色谱技术被引进用于蛋白质组学研究，尤其各种 模式的色谱技术的联用，使得色谱分离技术在蛋白质组学中的应用发挥了其自身 的天然优势。
4 色谱技术应用展望 目前在色谱技术发展过程中，有越来越多的更新与发展，出现了各式 各样的色谱技术，他们各自都具有自身独特的优势，未来在不同的应用领域，根 据自身特点，可以制定相应的生产策略，选用适合自身的色谱技术。同时，在对 分离分析越来越高的工业生产中，还应该注意将不同色谱技术进行不同的优化组 合，探索适合自身企业生产的色谱组合模式，使生产达到效率的最大化。最后， 色谱技术即使现在已经有了长足的进步与发展，但色谱分离仍然是一项较为复杂 的技术，仍然有着较大的创新发展潜力，尤其在交叉学科飞速发展的今天，还应 根据色谱原理联合不同学科的技术尤其，进行色谱技术的创新发展及不同技术领 域的综合应用，创新色谱技术，实现色谱效率的最大化应用。