變壓吸附回收乙烯（乙烷）的實驗與模擬

【摘要】： 變壓吸附是主要的氣體分離技術之一。本文闡述了氣體吸附分離的基本原理,對吸附平衡、吸附劑、變壓吸附過程與模擬做了較為詳細的綜述。利用該技術能夠回收乙烯裝置尾氣中的有機氣體,得到C2H4產(chǎn)品和裂解生產(chǎn)C2H4的原料,能夠為企業(yè)和國家?guī)砭薮蟮男б妗? 本文以高密度聚乙烯裝置的尾氣為研究對象,對尾氣中關鍵組分N2、C2H4、C2H6在不同吸附劑上做了靜態(tài)吸附平衡研究。觀察到硅膠、活性氧化鋁對三者吸附量都比較小,沸石分子篩對C2H4、C2H6的解吸性能較差,活性炭對C2H4、C2H6具有良好的選擇性和吸附容量;溫度對在活性炭上的吸附影響可以表示為線性關系;計算結果顯示,C2H4、C2H4在活性炭上有較強的吸附熱。 在單塔VPSA動態(tài)實驗中,考察了不同吸附劑對不同濃度N2/C2H4/C2H6混合氣中C2的吸附穿透與回收。重復得到硅膠吸附量小、沸石分子篩解吸性能差的結果;活性炭的動態(tài)吸附、回收效果都比較好,活性炭在每個循環(huán)中能夠回收20倍于自身體積的濃度98.5%的C2產(chǎn)品。利用活性炭進行的TSA原料氣預處理能夠除去并回收原料氣中的C4+高沸點組分。 搭建了一個3-1-1的VPSA小試裝置,以活性炭為吸附劑,連續(xù)處理N2/C2濃度為0.41/0.59的原料氣。小試結果:單位體積活性炭回收20.8倍體積C2產(chǎn)品,濃度99.5%,回收率92%。證明可以利用VPSA回收乙烯裝置尾氣中C2組分。 在靜態(tài)和動態(tài)的實驗基礎上,利用ASPEN ADSIM流程模擬軟件,進行了變壓吸附分離過程的模擬。模擬得到動態(tài)過程中吸附塔內(nèi)氣體濃度、溫度的變化結果和產(chǎn)品回收率、濃度等參數(shù),取得與實際非常接近的結果,尤其是對吸附塔內(nèi)吸附熱效應的計算。模擬結果表明,可以借助該模擬軟件對變壓吸附過程進行輔助研究和設計。 【關鍵詞】：乙烯回收 變壓吸附 吸附熱 動態(tài)模擬 ASPEN ADSIM
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TQ325.12
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-29
• 1.1 吸附分離的基本理論基礎8-13
• 1.1.1 吸附現(xiàn)象8
• 1.1.2 吸附分離原理8-9
• 1.1.3 吸附等溫線介紹9-13
• 1.2 吸附分離過程13-17
• 1.2.1 PSA 常壓解吸15-16
• 1.2.2 VPSA 真空解吸16-17
• 1.3 常用吸附劑17-20
• 1.3.1 活性炭類吸附劑17
• 1.3.2 分子篩類吸附劑17-18
• 1.3.3 硅膠18-19
• 1.3.4 活性氧化鋁19
• 1.3.5 吸附劑選擇19-20
• 1.4 變壓吸附分離技術的發(fā)展歷程20-21
• 1.5 變壓吸附過程的模擬計算與 ASPEN ADSIM21-23
• 1.6 變壓吸附技術在回收乙烯領域的應用23-26
• 1.6.1 乙烯回收對象23-24
• 1.6.2 混合氣回收乙烯等烴類的方法24-26
• 1.7 本論文的主要工作26-29
• 第二章 靜態(tài)吸附量測定與吸附熱計算29-44
• 2.1 吸附量測定與吸附熱計算方法29-31
• 2.1.1 電子微天平介紹29-30
• 2.1.2 吸附量測量步驟30
• 2.1.3 吸附熱的計算30-31
• 2.2 N_2/C_2H_4/C_2H_6吸附等溫線測量實驗31-33
• 2.2.1 吸附劑種類介紹31-32
• 2.2.2 實驗內(nèi)容和步驟32-33
• 2.3 實驗結果與分析33-43
• 2.3.1 吸附等溫線測量結果與分析33-37
• 2.3.2 C_2H_4/C_2H_6 在活性炭上的吸附熱分析37-40
• 2.3.3 C_2H_4/C_2H_6 在活性炭上吸附量函數(shù)溫度擴展40-43
• 2.4 靜態(tài)吸附實驗小結43-44
• 第三章 單塔 C_2組分吸附回收實驗44-58
• 3.1 實驗裝置與分析方法44-47
• 3.1.1 實驗裝置介紹44-45
• 3.1.2 分析方法與條件45-47
• 3.2 實驗過程47-49
• 3.2.1 實驗操作描述47-48
• 3.2.2 實驗內(nèi)容匯總48-49
• 3.3 實驗結果分析49-57
• 3.3.1 穿透曲線結果與分析49-53
• 3.3.2 溫度變化結果分析53-54
• 3.3.3 回收結果分析54-55
• 3.3.4 變溫吸附預處理結果分析55-57
• 3.4 總結57-58
• 第四章 3-1-1VPSA 小試實驗58-66
• 4.1 VPSA 工藝流程58-61
• 4.1.1 流程與時序介紹59-60
• 4.1.2 時間確定60-61
• 4.2 實驗內(nèi)容與結果61-65
• 4.2.1 實驗內(nèi)容61-62
• 4.2.2 實驗結果分析62-65
• 4.3 實驗結論65-66
• 第五章 ASPEN ADSIM 吸附動態(tài)模擬66-85
• 5.1 ASPEN ADSIM 數(shù)學模型介紹66-71
• 5.1.1 物料平衡66-67
• 5.1.2 熱量平衡67-70
• 5.1.3 動量平衡70
• 5.1.4 吸附平衡70-71
• 5.1.5 偏微分計算方法71
• 5.2 虛擬組分模擬吸附過程穿透點移動71-76
• 5.2.1 模擬流程介紹71-72
• 5.2.2 模擬所得結果72-75
• 5.2.3 實驗結論75-76
• 5.3 N_2/C_2吸附分離模擬76-83
• 5.3.1 模擬流程介紹76-78
• 5.3.2 模擬結果78-82
• 5.3.3 實驗結論82-83
• 5.4 結論83-85
• 第六章 結論85-86
• 參考文獻86-90
• 發(fā)表論文和科研情況說明90-91
• 致謝91

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