氯甲烷尾气综合回收工艺设计与优化

【摘要】：氯甲烷是丁基橡胶合成的重要溶剂。在溶剂循环精制过程中,以尾气排放掉的氯甲烷约占溶剂总量的十分之一,进一步回收尾气中的氯甲烷,已成为企业重点考虑的问题。排放的三股尾气中钝化尾气与其他尾气组成存在显著差异,组成中含有大量二甲醚(25mo1%),且与氯甲烷沸点极为接近,难以通过常规手段分离,所以将其单独处理；而另两股尾气氯甲烷浓度(其一：3.5 mo1%；其二：20 mmo1%)差异较大,根据这一特点,进行梯级回收处理。因此,本文的工作主要分为以下两个部分：(1)氯甲烷与二甲醚的沸点非常接近,难以精馏分离,工业上通常利用浓硫酸与二甲醚的反应来提纯氯甲烷,分离费用高,且存在安全隐患。根据两种气体与H+形成氢键能力的差别,提出以水为吸收剂脱除氯甲烷中的二甲醚。为了吸收过程的准确模拟与优化,利用二甲醚-氯甲烷、二甲醚-水、氯甲烷-水三个二元体系的相平衡数据比较了UNIQUAC、NRTL 和 NRTL-RK三种组分活度系数评估模型的准确性。结果表明,NRTL-RK模型的评估结果与实验数据吻合度更高,平均相对偏差小于2.5%。在此基础上,使用NRTL-RK模型预测三元体系的气液相平衡,分析了不同温度和压力条件下水对氯甲烷和二甲醚的分离系数和溶解度影响,发现随着液相中二甲醚含量的增加,水溶液性质逐渐偏向二甲醚,增加了氯甲烷溶解度,导致分离系数不断降低,尤其是低温时较为明显,并从热力学角度给出水吸收二甲醚适宜的温度、压力范围。在以上研究的基础上,设计以水为吸收剂的吸收-解吸工艺,对钝化尾气中氯甲烷进行回收处理。采用Aspen Plus模拟软件对工艺进行模拟优化,考察了吸收塔压力、吸收剂温度、解吸塔压力对二甲醚吸收率、氯甲烷损失率及再生能耗的影响,优化结果表明,氯甲烷回收率达到95.7%,纯度为99.1 mo1%,单耗仅为0.016￥·kg-1。此外,水吸收工艺避免了腐蚀性吸收剂浓硫酸的使用,更加安全清洁高效。(2)针对于浓度差异的常规氯甲烷尾气,直接混合回收,使得物料返混,分离能耗增加。因此,设计压力梯级利用、氯甲烷梯级浓缩的压缩冷凝-膜-PSA耦合回收流程。其工艺特点：膜分离装置浓缩低浓度氯甲烷,压缩冷凝回收高浓度氯甲烷,PSA深度脱除氯甲烷。对工艺进行模拟优化,考察了冷凝温度对氯甲烷吸收率的影响以及膜面积对压缩冷凝装置和PSA装置负荷的影响。结果表明：膜面积增大,有利于减少PSA装置负荷,同时可增加压缩冷凝进气氯甲烷流量。通过经济效益核算,优选膜面积80 m2、冷凝温度-35℃,可实现回收率为99.25%,放空气中氯甲烷含量小于40 g/m3,创造经济效益近111万元。 【关键词】：氯甲烷 二甲醚 NRTL-RK模型 吸收工艺 耦合工艺 工艺优化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X783
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-25
• 1.1 氯甲烷简介11-15
• 1.1.1 氯甲烷废气的危害11-12
• 1.1.2 氯甲烷性质及制备方法12-13
• 1.1.3 氯甲烷循环精制工艺13-14
• 1.1.4 氯甲烷尾气来源及组成14-15
• 1.2 氯甲烷气体的回收方法15-18
• 1.2.1 氯甲烷/惰性气体体系的回收方法16-17
• 1.2.2 氯甲烷/二甲醚分离方法17-18
• 1.3 化工过程模拟18-23
• 1.3.1 化工过程模拟的发展简介18-19
• 1.3.2 化工过程模拟软件的构成19-22
• 1.3.3 化工过程模拟的应用22-23
• 1.4 选题意义及研究内容23-24
• 本文研究路线框图24-25
• 2 吸收工艺热力学模型筛选与预测25-39
• 2.1 相平衡计算的理论基础25-26
• 2.2 VLE数据与热力学模型26-29
• 2.2.1 VLE数据26
• 2.2.2 热力学模型26-29
• 2.3 二元体系VLE拟合及热力学模型筛选和模型参数回归29-33
• 2.3.1 VLE拟合评价标准29-30
• 2.3.2 热力学模型筛选及参数回归30-33
• 2.4 DME-H_2O-CH_3Cl三元体系预测分析33-37
• 2.4.1 压力对DME和CH_3Cl在水中溶解度的影响33-34
• 2.4.2 温度对DME和CH_3Cl在水中溶解度的影响34-36
• 2.4.3 温度和气相DME含量对分离系数的影响36-37
• 2.5 本章小结37-39
• 3 钝化尾气分离回收氯甲烷的工艺设计与优化39-50
• 3.1 工艺流程模拟39-42
• 3.1.1 钝化尾气分离工艺流程39-40
• 3.1.2 单元模块40
• 3.1.3 物性方法40
• 3.1.4 模拟方法40-41
• 3.1.5 影响水吸收DME分离工艺吸收效率的因素41-42
• 3.2 模拟结果分析42-48
• 3.2.1 吸收塔级数和吸收剂温度42-45
• 3.2.2 解吸塔操作压力45-46
• 3.2.3 DME吸收率46-48
• 3.3 水吸收法回收钝化尾气中氯甲烷工艺的经济性分析48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 常规尾气梯级耦合回收工艺设计与优化50-61
• 4.1 膜-压缩冷凝-PSA耦合回收氯甲烷方案设计与优化50-51
• 4.1.1 膜-压缩冷凝-吸附耦合回收氯甲烷方案设计50-51
• 4.1.2 膜-压缩冷凝-吸附耦合回收氯甲烷回收工艺流程51
• 4.1.3 影响耦合工艺回收效率的因素51
• 4.2 工艺流程模拟51-55
• 4.2.1 单元模块51-54
• 4.2.2 物性方法54
• 4.2.3 经济效益计算54-55
• 4.3 模拟结果分析55-60
• 4.3.1 冷凝温度对氯甲烷回收率及公用工程的影响55-56
• 4.3.2 膜面积对压缩冷凝模块进气组成与流量的影响56-57
• 4.3.3 膜面积对吸附模块进气组成与流量的影响57
• 4.3.4 膜面积对公用工程的影响57-58
• 4.3.5 膜面积和冷凝温度的优化58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 结论61-62
• 论文创新点与展望62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况67-68
• 致谢68-69

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