一氧化碳脱除催化剂在空分预纯化器（PPU）空气净化中的应用

1.引言

空分装置（空气分离单元）是工业气体（如氧气、氮气、氩气）生产的核心设备，其前端的预纯化器（Pre-Purification Unit, PPU）对原料空气的净化至关重要。空气中微量的一氧化碳（CO）若未有效脱除，会在低温精馏过程中积累，导致安全隐患（如爆炸风险）或影响产品纯度。一氧化碳脱除催化剂作为PPU的关键材料，通过催化氧化将CO转化为无害的CO₂，保障空分系统的安全高效运行。

2.PPU中CO脱除的挑战

 低浓度、高毒性: 空气中CO浓度通常为1-10ppm，但需降至ppb级以满足工艺要求。

 竞争反应干扰:  PPU需同步脱除H₂、CH₄等可燃物，催化剂需具备高选择性。

 复杂工况: 常温至低温（-40°C至50°C）、变湿度（吸附周期内湿度波动）环境对催化剂活性与稳定性提出挑战。

3.CO脱除催化剂的原理与特性

3.1 催化机理

CO脱除主要通过低温催化氧化反应实现: 2CO+ O₂ = 2CO₂

常用催化剂以过渡金属氧化物（Cu-Mn）为活性组分。

3.2 关键性能指标

 低温活性: 在PPU的常温/低温条件下保持高转化率（如≤10°C时CO转化率>99%）。

 抗中毒能力: 耐受H₂O、CO₂及微量硫化物（如H₂S）的干扰。

 长寿命: 需与PPU吸附剂（如分子筛、活性铝）再生周期匹配（通常5–10年）。

4.催化剂在PPU工艺中的集成应用

4.1 典型工艺流程

PPU通常采用“吸附+催化”双级净化:

1.前置吸附塔: 去除H₂O、CO₂及部分烃类。

2.催化反应层: CO脱除催化剂床层，与残余O₂反应生成CO₂。

3.后置吸附塔: 捕集生成的CO₂，确保下游低温设备安全。

4.2 工业案例

某大型空分厂采用敏锶壮一氧化碳脱除催化剂，在10°C、空速5000 h⁻¹条件下，将CO从5 ppm降至<5 ppb，且与分子筛再生周期同步运行，寿命达8年。

5.结论

一氧化碳脱除催化剂是空分PPU高效净化的核心环节，其低温活性与长效稳定性直接关乎空分装置的安全性和经济性。未来随着材料科学与工艺优化的进步，催化剂将在能效提升与成本控制方面发挥更大作用。