二氧化碳/甲烷混合氣的膜分離性能研究

【摘要】：在天然氣的開(kāi)采和運(yùn)輸過(guò)程中,常常混有二氧化碳?xì)怏w,如果不能脫除二氧化碳,將會(huì)影響天然氣的質(zhì)量,并往往會(huì)造成管道腐蝕,而且會(huì)降低天然氣的燃燒熱值。膜法脫除二氧化碳是一種新興的分離方法,與傳統(tǒng)方法相比,其具有過(guò)程簡(jiǎn)單高效、節(jié)約能源、分離效果好等優(yōu)點(diǎn)。本文利用PDMS/PEI復(fù)合膜分離CO2/CH4混合氣體,考察不同工藝條件對(duì)膜分離效果的影響。 利用瞬態(tài)法測(cè)定了二氧化碳、甲烷、氮?dú)獾臄U(kuò)散系數(shù)、溶解度系數(shù)和滲透系數(shù),并研究了三種純組分氣體的擴(kuò)散系數(shù)、溶解度系數(shù)和滲透系數(shù)隨溫度和壓力的變化規(guī)律。結(jié)果表明,在氣體滲透通過(guò)分離復(fù)合膜的過(guò)程中,二氧化碳的滲透系數(shù)大于甲烷和氮?dú)獾臐B透系數(shù)；二氧化碳的溶解度系數(shù)同樣大于甲烷和氮?dú)獾娜芙舛认禂?shù),但二氧化碳的擴(kuò)散系數(shù)卻小于甲烷和氮?dú)獾臄U(kuò)散系數(shù)。這說(shuō)明氣體通過(guò)分離復(fù)合膜的滲透過(guò)程受其溶解于膜的過(guò)程控制。另外,增大原料側(cè)壓力或者降低原料氣的溫度,有利于二氧化碳?xì)怏w通過(guò)分離復(fù)合膜。 將PDMS/PEI平板復(fù)合膜用于分離CO2/CH4混合氣體,分別測(cè)定不同工藝條件下二氧化碳的滲透速率和分離因子,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：提高二氧化碳在原料氣體中的含量、提高原料氣的溫度或降低其壓力均有利于二氧化碳滲透速率的增大；原料氣流量對(duì)二氧化碳滲透速率的影響比較??；降低原料氣壓力、增大其流量或提高其溫度均可提高二氧化碳分離因子。 根據(jù)已知的溶解-擴(kuò)散模型,對(duì)CO2/CH4混合氣體體系在不同條件下進(jìn)行模擬計(jì)算,并將得到的模擬值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行作圖比較,得出此模型可以近似符合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。并用該數(shù)學(xué)模型對(duì)另一新的混合氣體體系C3H8/CH4進(jìn)行模擬計(jì)算,預(yù)測(cè)丙烷在這一體系中的滲透速率和分離因子的變化趨勢(shì)。 【關(guān)鍵詞】：膜分離 濃差極化 氣體分離 PDMS
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TQ028.8
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 文獻(xiàn)綜述15-25
• 1.1 引言15
• 1.2 二氧化碳分離方法15-16
• 1.3 膜法分離脫除二氧化碳16-21
• 1.3.1 基本原理介紹17
• 1.3.2 膜法分離二氧化碳發(fā)展概況17-18
• 1.3.3 氣體膜分離技術(shù)的其他工業(yè)應(yīng)用18-21
• 1.4 濃差極化21-23
• 1.4.1 濃差極化研究進(jìn)展21-22
• 1.4.2 膜表面的傳遞模型22-23
• 1.4.3 濃差極化的危害23
• 1.4.4 改善濃差極化的措施23
• 1.5 本論文工作的提出23-25
• 第二章 純組分氣體通過(guò)PDMS/PEI復(fù)合膜的滲透性能測(cè)25-41
• 2.1 氣體膜分離的傳質(zhì)分離機(jī)制25
• 2.2 氣體分離膜的主要特性參數(shù)25-27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)原理27-28
• 2.4 實(shí)驗(yàn)部分28-31
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)材料28-29
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)裝置29-30
• 2.4.3 脫附時(shí)間的確定30-31
• 2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論31-39
• 2.5.1 不同氣體在不同壓力下通過(guò)PDMS/PEI復(fù)合膜的傳質(zhì)性能比較31-33
• 2.5.2 不同氣體在不同溫度下通過(guò)PDMS/PEI復(fù)合膜的滲透性能比較33-39
• 2.6 本章小結(jié)39-41
• 第三章 CO_2/CH_4混合氣體通過(guò)PDMS/PEI復(fù)合膜的滲透性能測(cè)試41-51
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分41-43
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置41-42
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)定參數(shù)42-43
• 3.2 結(jié)果討論43-49
• 3.2.1 原料氣組成對(duì)氣體滲透性能和分離性能的影響43-44
• 3.2.2 原料氣壓力對(duì)氣體滲透性能和分離性能的影響44-46
• 3.2.3 不同壓力下滲余相流量對(duì)氣體滲透性能和分離性能的影響46-47
• 3.2.4 溫度對(duì)氣體滲透性能和分離性能的影響47-49
• 3.3 本章小結(jié)49-51
• 第四章 膜分離CO_2/CH_4過(guò)程的理論計(jì)算51-63
• 4.1 數(shù)學(xué)模型介紹51-53
• 4.2 模擬結(jié)果與討論53-57
• 4.2.1 不同溫度組成下模擬結(jié)果54-55
• 4.2.2 不同溫度壓力下模擬結(jié)果55-57
• 4.3 C_3H_8/CH_4混合氣體體系預(yù)測(cè)57-60
• 4.3.1 不同氣體組成對(duì)PDMS/PEI復(fù)合膜傳遞滲透性能的影響57-59
• 4.3.2 不同壓力對(duì)PDMS/PEI復(fù)合膜傳遞滲透性能的影響59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-63
• 第五章 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 致謝69-71
• 研究成果及發(fā)表的論文71-73
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介73

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