煤制天然氣合成氣中CO_2分離方法與特性研究

【摘要】：在目前的煤制天然氣(SNG)工藝中,一般采用低溫甲醇洗工藝進(jìn)行CO2氣體的脫除,然而,由于低溫甲醇洗往往受到酸性氣體中S含量以及裝置制冷量的影響,導(dǎo)致脫除效果下降。因此,需要對(duì)現(xiàn)有的CO2氣體脫除方法特性進(jìn)行研究,為尋找可替代低溫甲醇洗的更有安全、有效的脫除酸性氣體的方法提供一定的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。本文在實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模下,利用膜分離實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、MEA化學(xué)吸收實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)CO2膜分離法及MEA化學(xué)吸收法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并提出了理論分析方法,在此基礎(chǔ)上,本文提出了新型的膜分離——化學(xué)吸收聯(lián)合脫除CO2的方法,在膜分離——MEA化學(xué)吸收實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果如下:膜分離系數(shù)是衡量高分子膜分離氣體性能的一個(gè)重要參數(shù),進(jìn)氣的體積流率越大、壓力越高以及溫度越低,膜分離系數(shù)越大,膜滲透端得到的氣體CO2濃度越高,Generon210膜的分離系數(shù)大于Prism膜,但后者在進(jìn)氣工況變化時(shí)分離性能更加穩(wěn)定,在0.9MPa,25℃,60L/min的進(jìn)氣條件下,Generon210膜滲透端CO2濃度為63.4%,分離效率為63.27%,CH4回收率為93.55%,濃度為95.5%。MEA的流量與溫度越高,MEA吸收CO2量越大,MEA溶液濃度超過(guò)30%之后,由于溶液粘度增大,吸收量下降,60L/minCO2濃度為15%的混合氣體經(jīng)過(guò)30%、55℃、15L/h的MEA溶液吸收后,分離效率可達(dá)到99%以上,回收的CH4濃度在99%以上;30%、100℃的MEA富液與6m3/h的蒸汽接觸可獲得最高的解吸率,為72.52%。根據(jù)兩性離子機(jī)理來(lái)準(zhǔn)確地描述MEA化學(xué)吸收與解吸過(guò)程,并由機(jī)理推導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)模型可計(jì)算MEA化學(xué)吸收過(guò)程中的吸收速率以及解吸過(guò)程中任一時(shí)刻的解吸率。聯(lián)合法分離CO2的過(guò)程受到進(jìn)氣壓力、體積流率、溫度以及MEA濃度、流量、溫度等多種因素的影響,要達(dá)到理想的分離效果,必須調(diào)節(jié)MEA與CO2的摩爾比達(dá)到1.15以上,此時(shí)分離效率為81%,回收的CH4濃度為95.5%。聯(lián)合法有利于大量減少化學(xué)吸收所需的MEA量,因此適用于大氣量處理工藝中,可作為替代低溫甲醇洗的方法。 【關(guān)鍵詞】：膜分離法 MEA化學(xué)吸收法 聯(lián)合法 CO2分離特性
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE665.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 合成氣CO_2分離國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述11-20
• 1.2.1 膜分離技術(shù)11-16
• 1.2.2 化學(xué)吸收技術(shù)16-19
• 1.2.3 吸附分離技術(shù)19
• 1.2.4 低溫蒸餾技術(shù)19-20
• 1.3 本文研究意義及內(nèi)容20-21
• 1.4 本章小結(jié)21-22
• 第二章 CO_2膜分離特性研究22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 CO_2膜分離溶解——擴(kuò)散模型研究22-24
• 2.3 膜分離CO_2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及工況24-30
• 2.3.1 膜分離CO_2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)24-29
• 2.3.2 膜分離CO_2實(shí)驗(yàn)操作步驟29-30
• 2.3.3 膜分離CO_2實(shí)驗(yàn)工況30
• 2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法30-31
• 2.5 結(jié)果與討論31-38
• 2.5.1 Generon210膜分離CO_2實(shí)驗(yàn)研究31-33
• 2.5.2 Prism膜分離CO_2實(shí)驗(yàn)研究33-35
• 2.5.3 Generon210膜與Prism膜分離系數(shù)計(jì)算及對(duì)比35-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第三章 MEA化學(xué)吸收與解吸特性研究39-64
• 3.1 引言39
• 3.2 MEA化學(xué)吸收與解吸動(dòng)力學(xué)研究39-43
• 3.3 MEA化學(xué)吸收與解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及工況43-50
• 3.3.1 MEA化學(xué)吸收與解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)43-48
• 3.3.2 MEA化學(xué)吸收與解吸實(shí)驗(yàn)操作步驟48-49
• 3.3.3 MEA化學(xué)吸收與解吸實(shí)驗(yàn)工況49-50
• 3.4 數(shù)據(jù)處理方法50
• 3.5 結(jié)果與討論50-63
• 3.5.1 MEA化學(xué)吸收實(shí)驗(yàn)研究50-53
• 3.5.2 MEA吸收動(dòng)力學(xué)模型53-56
• 3.5.3 MEA化學(xué)解吸實(shí)驗(yàn)研究56-60
• 3.5.4 MEA解吸動(dòng)力學(xué)研究60-63
• 3.6 本章小結(jié)63-64
• 第四章 膜分離-化學(xué)吸收聯(lián)合脫除合成氣CO_2實(shí)驗(yàn)研究64-77
• 4.1 引言64
• 4.2 膜分離-化學(xué)吸收聯(lián)合脫除合成氣CO_2技術(shù)原理64-65
• 4.3 膜分離-化學(xué)吸收聯(lián)合脫除合成氣CO_2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及工況65-67
• 4.3.1 膜分離-化學(xué)吸收聯(lián)合脫除合成氣CO_2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)65-66
• 4.3.2 膜分離-化學(xué)吸收聯(lián)合脫除合成氣CO_2實(shí)驗(yàn)操作步驟66
• 4.3.3 膜分離-化學(xué)吸收聯(lián)合脫除合成氣CO_2實(shí)驗(yàn)工況66-67
• 4.4 數(shù)據(jù)處理方法67-68
• 4.5 結(jié)果與討論68-75
• 4.5.1 氣體壓力對(duì)聯(lián)合法脫碳特性的影響68-69
• 4.5.2 氣體體積流率對(duì)聯(lián)合法脫碳特性的影響69-70
• 4.5.3 氣體溫度對(duì)聯(lián)合法脫碳特性的影響70-71
• 4.5.4 液氣比對(duì)聯(lián)合法脫碳特性的影響71-73
• 4.5.5 MEA溫度對(duì)聯(lián)合法脫碳特性的影響73-74
• 4.5.6 聯(lián)合法與膜分離法、化學(xué)吸收法對(duì)比74-75
• 4.6 本章小結(jié)75-77
• 第五章 全文總結(jié)與展望77-79
• 5.1 全文總結(jié)77-78
• 5.2 工作展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-86
• 致謝86-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文87-89

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