炼厂干气中乙烯和乙烷吸附分离技术的研究

【摘要】：乙烯是重要的化工原料,炼厂干气中富含乙烯,实现干气中乙烯和乙烷的分离可以有效提高乙烯装置的加工能力和经济效益。吸附分离工艺具有操作条件缓和、能耗低、经济投入少等优点,开发吸附工艺分离干气中的乙烯具有良好的应用前景。课题以配制的乙烯/乙烷混合气为研究对象,考察了不同吸附剂对乙烯/乙烷吸附分离效果的影响,优化了吸附剂的制备条件和吸附工艺条件,建立了吸附速率动力学模型。 研究结果表明,与果壳、煤质等活性炭相比,椰壳炭(CSC)是制备络合吸附剂较适宜的载体。在以AgNO3、CuCl2、CuCl为前驱体,椰壳炭为载体制备的吸附剂中,负载在椰壳炭上的CuCl2经高温活化后被还原为CuCl,该类吸附剂表现出较佳的乙烯/乙烷吸附分离性能。CuCl2/CSC吸附剂优化的制备条件为：CuCl2负载量为36.7%,焙烧温度为400℃；合适的吸附分离条件为：吸附温度40℃,原料气流量40mL/min;常压下该吸附剂对乙烯的动态吸附量可以达到23.55mg/g,乙烯/乙烷分离因数达到7.6;其再生性能良好,但水、氧的存在会降低吸附剂的吸附性能。动力学研究结果表明,二阶动力学方程对CuCl2/CSC上的乙烯吸附拟合较好,乙烯在CuCl2/CSC上的吸附等温线属于优惠型吸附。 乙烯/乙烷在5A分子筛上的吸附分离研究结果表明,常压、40℃下该类吸附剂对乙烯的吸附量可以达到33mg/g,乙烯/乙烷的分离因数达到4.5。降低吸附温度和提高压力都提升了乙烯/乙烷在5A分子筛上的吸附分离效果。AgNO3/5A分子筛对乙烯的选择性有明显提升,有效吸附容量降低较大。 【关键词】：乙烯 乙烷 吸附剂 吸附分离 动力学
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ028.14;TE65
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-22
• 1.1 研究背景、目的及意义10-11
• 1.2 干气的分离工艺技术11-13
• 1.2.1 深冷分离法11
• 1.2.2 吸收分离法11-12
• 1.2.3 吸附分离法12
• 1.2.4 膜分离法12
• 1.2.5 水合物分离法12
• 1.2.6 分离方法综合比较12-13
• 1.3 吸附的定义及研究13-15
• 1.3.1 吸附的定义及机理13-14
• 1.3.2 络合吸附的应用14-15
• 1.3.3 吸附平衡等温线的应用15
• 1.4 吸附分离乙烯的机理及工艺15-18
• 1.4.1 分离炼厂干气预处理流程简介15-16
• 1.4.2 乙烯/乙烷吸附分离机理16-18
• 1.5 乙烯/乙烷吸附剂的研究18-20
• 1.5.1 离子交换型吸附剂18-19
• 1.5.2 单层分散型吸附剂19-20
• 1.6 活性炭吸附剂的研究进展20-21
• 1.6.1 活性炭表面氧化改性20
• 1.6.2 活性炭表面负载金属改性20-21
• 1.7 论文研究思路及内容21-22
• 第2章 实验部分22-27
• 2.1 实验材料及仪器22-23
• 2.1.1 实验原料及试剂22
• 2.1.2 实验所需仪器设备22-23
• 2.2 吸附剂的制备23-24
• 2.2.1 活性炭上负载氯化铜吸附剂的制备23
• 2.2.2 活性炭上负载氯化亚铜吸附剂的制备23
• 2.2.3 活性炭上负载硝酸银吸附剂的制备23
• 2.2.4 5A分子筛类吸附剂的制备23-24
• 2.3 吸附性能评价24-26
• 2.3.1 待分离混合气配比24
• 2.3.2 动态吸附装置及流程24-25
• 2.3.3 气相色谱使用条件25-26
• 2.4 样品表征26-27
• 2.4.1 吸附剂比表面积及孔结构(BET)26
• 2.4.2 X射线衍射(XRD)26
• 2.4.3 傅里叶变换红外光谱(IR)26
• 2.4.4 H_2-程序升温还原(TPR)26
• 2.4.5 X-射线光电子能谱(XPS)26
• 2.4.6 扫描电镜能谱(SEM-EDS)26-27
• 第3章 金属盐改性活性炭型吸附剂的研究27-49
• 3.1 活性炭载体对乙烯/乙烷吸附分离效果的影响27-30
• 3.1.1 活性炭种类对吸附分离效果的影响27-29
• 3.1.2 氧化改性活性炭对吸附分离效果的影响29-30
• 3.2 负载不同金属盐的活性炭吸附剂对乙烯/乙烷的吸附分离效果30-32
• 3.3 负载氯化铜型活性炭吸附剂对乙烯/乙烷的吸附分离效果32-47
• 3.3.1 氯化铜负载量的影响32-39
• 3.3.2 焙烧温度的影响39-44
• 3.3.3 干燥方式的影响44-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 载铜活性炭吸附剂的乙烯吸附规律以及动力学、热力学研究49-62
• 4.1 负载铜型活性炭吸附剂对乙烯的吸附规律49-55
• 4.1.1 吸附温度的影响49-50
• 4.1.2 原料气流速的影响50-51
• 4.1.3 吸附压力的影响51-52
• 4.1.4 吸附剂的再生效果52-55
• 4.2 负载铜型活性炭吸附剂对乙烯的吸附动力学研究55-58
• 4.3 负载铜型活性炭吸附剂上的乙烯吸附等温线58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第5章 5A分子筛型吸附剂的研究62-70
• 5.1 5A分子筛对乙烯/乙烷的吸附分离效果62-67
• 5.1.1 吸附温度的影响63-65
• 5.1.2 吸附压力的影响65-67
• 5.1.3 5A分子筛的再生效果67
• 5.2 负载硝酸银型5A分子筛吸附剂对乙烯/乙烷的吸附分离效果67-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 结论70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76

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