離子液體用于合成氣脫水的研究.pdf

1、合成氣是化工生產(chǎn)當(dāng)中十分重要的基礎(chǔ)原料，當(dāng)粗合成氣中帶有一定量的水分雜質(zhì)時，會對其后續(xù)的輸送及應(yīng)用產(chǎn)生影響，因此必須對含水粗合成氣進(jìn)行有效地脫水。本文通過對采用傳統(tǒng)有機溶劑甲醇為吸收脫水劑的粗合成氣脫水流程所存在的問題進(jìn)行分析，基于新型溶劑離子液體獨特的無蒸汽壓，熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性強以及結(jié)構(gòu)性質(zhì)可調(diào)控的特性，結(jié)合模擬計算和實驗研究的方法，從多種離子液體之中篩選出性能優(yōu)秀的吸收劑來替代甲醇并改良傳統(tǒng)脫水過程，以達(dá)到綠色節(jié)能且高效脫水的目

2、的。
　　本文采用COSMO-RS模型篩選大量離子液體的陰陽離子組合，模擬計算了285種離子液體中合成氣主要成分及水的亨利常數(shù)，進(jìn)而計算得到相關(guān)的溶解度和選擇性。分析離子液體的陰陽離子種類對于吸收分離合成氣和水分的影響，綜合考慮計算結(jié)果與相關(guān)性質(zhì)，篩選得出最合適作為合成氣脫水吸收劑的離子液體溶劑1-乙基-3-甲基-咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([EMIM][Tf2N])。篩選得到所需離子液體種類后，通過高斯計算從分子層面分析該離子液體與

3、合成氣主要成分及水相互作用時的作用能與鍵長，進(jìn)而通過計算驗證所篩選得到離子液體用于合成氣脫水的可行性。
　　基于基礎(chǔ)篩選計算，對所篩選得到的[EMIM][Tf2N]的熱穩(wěn)定性、腐蝕性等實際應(yīng)用所需考慮的性質(zhì)進(jìn)行實驗分析，確定其物性符合實際應(yīng)用需求。并通過溶解度實驗，用靜態(tài)法測量了313.15K、333.15K、353.15K，0-7MPa下合成氣主要成分CO及H2在純[EMIM][Tf2N]溶劑以及水+[EMIM][Tf2N]的混

4、合溶劑(2％H2O+98％IL)中的氣液相平衡數(shù)據(jù)。同時，通過查閱相關(guān)溶解度數(shù)據(jù)及文獻(xiàn)，擬合得到離子液體與合成氣相互作用的UNIFAC參數(shù)，通過基于這些參數(shù)的UNIFAC模型計算得到合成氣在離子液體中溶解度數(shù)據(jù)，與本文實驗值能夠較好吻合，證明將UNIFAC模型引入離子液體用于氣體脫水模擬計算的準(zhǔn)確性。
　　完成溶解度實驗后，設(shè)計并搭建離子液體用于合成氣脫水流程的實驗裝置，實驗證明在采用[EMIM][Tf2N]溶劑吸收合成氣中水分時

5、，離子液體溶劑相對流量、粗合成氣初試含水量，通入離子液體時間等操作條件對于脫水結(jié)果的影響。并將之前擬合得到UNIFAC模型參數(shù)導(dǎo)入Aspen Plus中，對應(yīng)的操作條件模擬計算得到相應(yīng)的結(jié)果。結(jié)合實驗值與模擬值，分析各操作條件對于脫水結(jié)果的影響。
　　最后，基于離子液體脫水實驗的結(jié)果，放大設(shè)計離子液體用于合成氣脫水的工藝流程。通過Aspen Plus模擬計算，優(yōu)化工藝流程中各操作條件，得到最適合離子液體用于合成氣脫水流程操作組合。