氣體吸收劑的熱力學評選方法及其用于CO-,2-體系和乙烯體系的驗證.pdf

1、吸收分離是一種重要的氣體處理過程，在環(huán)境保護、低碳化學品生產(chǎn)、以及低碳技術的能源利用新方式等許多方面的應用日益廣泛。吸收分離技術開發(fā)的關鍵是研究優(yōu)良的吸收劑。高吸收能力的吸收劑，是提高裝置生產(chǎn)能力，降低能源消耗和產(chǎn)品綜合成本等的關鍵。
　　 本文旨在研究指導吸收劑開發(fā)的理論基礎，并探索CO2體系和乙烯體系的吸收劑新材料。基于熱力學性質(zhì)與分子間相互作用的能量關聯(lián)，本文探索吸收劑選擇的熱力學判據(jù)，并通過實驗測定氣液相平衡數(shù)據(jù)和氣體吸

2、收分離工藝的流程模擬驗證吸收劑評價方法的可行性。主要內(nèi)容如下：
　　 首先通過歸納和分析氣體吸收過程的氣液相平衡(VLE)熱力學特征行為，提出了兩個選擇吸收劑的熱力學評價準則，可以根據(jù)氣體吸收質(zhì)和吸收劑二元體系的最大超額Gibbs函數(shù)GEmax和吸收勢ψi來選擇吸收劑。即體系的GEmax數(shù)值越小，吸收劑的吸收效果越顯著。另一方面，也可以分析氣體吸收質(zhì)的吸收勢。ψi數(shù)值越大，則吸收劑的吸收效果越顯著。在沒有實驗數(shù)據(jù)時，GEmax和

3、ψi的數(shù)值可以采用UNIFAC模型預測。
　　 基于上述工作，本文分別篩選了分離CO2和分離C2H4的吸收劑。研究結果表明：醇類和酯類對CO2的吸收效果較好。而在酯類中甲酸酯類對CO2的吸收效果明顯優(yōu)于其它酯類。酯類、醚類和酮類對C2-H4的吸收效果明顯。在芳烴吸收劑中，從甲苯、二甲苯到三甲苯，ψi數(shù)值顯著增大，而GEmax數(shù)值顯著減小。
　　 其次，搭建了靜態(tài)法測定VLE數(shù)據(jù)的實驗裝置。測定了CO2+丁醚二元體系的VL

4、E數(shù)據(jù)，使用PR狀態(tài)方程對VLE數(shù)據(jù)進行擬合，得到方程的二元交互作用參數(shù)Kij=0.0401。并分別測定了C2H4+甲苯二元體系以及的C2H4+1,3,5-三甲苯二元體系的VLE數(shù)據(jù)，開展了VLE數(shù)據(jù)關聯(lián)與模型化研究。
　　 綜合比較CO2體系和乙烯體系的實驗數(shù)據(jù)以及VLE文獻數(shù)據(jù)，采用本研究提出的GEmax值與ψi值對體系吸收特性的評價得到實驗驗證。即GEmax值越小，或ψi值越大，y1/x1值也越小，氣體在吸收劑的溶解度越大

5、。
　　 最后，本文利用Aspen Plus軟件和VLE研究得的模型參數(shù)，開展了CO2體系和乙烯體系的吸收分離工藝研究，以進一步驗證本研究的理論工作。采用丁醚為吸收劑的合成氣CO2凈化工藝流程模擬結果表明，凈化氣的CO2含量可以低于0.4％以下，采出氣CO2的純度可以達到95.37％以上，原料混合氣的CO2回收率可以達到86％以上，分離效果良好；該工藝的能耗要小于現(xiàn)有的低溫甲醇洗工藝(Rectisol法)和以聚醇醚(Selexo