变压吸附回收乙烯（乙烷）的实验与模拟

【摘要】： 变压吸附是主要的气体分离技术之一。本文阐述了气体吸附分离的基本原理,对吸附平衡、吸附剂、变压吸附过程与模拟做了较为详细的综述。利用该技术能够回收乙烯装置尾气中的有机气体,得到C2H4产品和裂解生产C2H4的原料,能够为企业和国家带来巨大的效益。 本文以高密度聚乙烯装置的尾气为研究对象,对尾气中关键组分N2、C2H4、C2H6在不同吸附剂上做了静态吸附平衡研究。观察到硅胶、活性氧化铝对三者吸附量都比较小,沸石分子筛对C2H4、C2H6的解吸性能较差,活性炭对C2H4、C2H6具有良好的选择性和吸附容量;温度对在活性炭上的吸附影响可以表示为线性关系;计算结果显示,C2H4、C2H4在活性炭上有较强的吸附热。 在单塔VPSA动态实验中,考察了不同吸附剂对不同浓度N2/C2H4/C2H6混合气中C2的吸附穿透与回收。重复得到硅胶吸附量小、沸石分子筛解吸性能差的结果;活性炭的动态吸附、回收效果都比较好,活性炭在每个循环中能够回收20倍于自身体积的浓度98.5%的C2产品。利用活性炭进行的TSA原料气预处理能够除去并回收原料气中的C4+高沸点组分。 搭建了一个3-1-1的VPSA小试装置,以活性炭为吸附剂,连续处理N2/C2浓度为0.41/0.59的原料气。小试结果:单位体积活性炭回收20.8倍体积C2产品,浓度99.5%,回收率92%。证明可以利用VPSA回收乙烯装置尾气中C2组分。 在静态和动态的实验基础上,利用ASPEN ADSIM流程模拟软件,进行了变压吸附分离过程的模拟。模拟得到动态过程中吸附塔内气体浓度、温度的变化结果和产品回收率、浓度等参数,取得与实际非常接近的结果,尤其是对吸附塔内吸附热效应的计算。模拟结果表明,可以借助该模拟软件对变压吸附过程进行辅助研究和设计。 【关键词】：乙烯回收 变压吸附 吸附热 动态模拟 ASPEN ADSIM
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ325.12
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-29
• 1.1 吸附分离的基本理论基础8-13
• 1.1.1 吸附现象8
• 1.1.2 吸附分离原理8-9
• 1.1.3 吸附等温线介绍9-13
• 1.2 吸附分离过程13-17
• 1.2.1 PSA 常压解吸15-16
• 1.2.2 VPSA 真空解吸16-17
• 1.3 常用吸附剂17-20
• 1.3.1 活性炭类吸附剂17
• 1.3.2 分子筛类吸附剂17-18
• 1.3.3 硅胶18-19
• 1.3.4 活性氧化铝19
• 1.3.5 吸附剂选择19-20
• 1.4 变压吸附分离技术的发展历程20-21
• 1.5 变压吸附过程的模拟计算与 ASPEN ADSIM21-23
• 1.6 变压吸附技术在回收乙烯领域的应用23-26
• 1.6.1 乙烯回收对象23-24
• 1.6.2 混合气回收乙烯等烃类的方法24-26
• 1.7 本论文的主要工作26-29
• 第二章 静态吸附量测定与吸附热计算29-44
• 2.1 吸附量测定与吸附热计算方法29-31
• 2.1.1 电子微天平介绍29-30
• 2.1.2 吸附量测量步骤30
• 2.1.3 吸附热的计算30-31
• 2.2 N_2/C_2H_4/C_2H_6吸附等温线测量实验31-33
• 2.2.1 吸附剂种类介绍31-32
• 2.2.2 实验内容和步骤32-33
• 2.3 实验结果与分析33-43
• 2.3.1 吸附等温线测量结果与分析33-37
• 2.3.2 C_2H_4/C_2H_6 在活性炭上的吸附热分析37-40
• 2.3.3 C_2H_4/C_2H_6 在活性炭上吸附量函数温度扩展40-43
• 2.4 静态吸附实验小结43-44
• 第三章 单塔 C_2组分吸附回收实验44-58
• 3.1 实验装置与分析方法44-47
• 3.1.1 实验装置介绍44-45
• 3.1.2 分析方法与条件45-47
• 3.2 实验过程47-49
• 3.2.1 实验操作描述47-48
• 3.2.2 实验内容汇总48-49
• 3.3 实验结果分析49-57
• 3.3.1 穿透曲线结果与分析49-53
• 3.3.2 温度变化结果分析53-54
• 3.3.3 回收结果分析54-55
• 3.3.4 变温吸附预处理结果分析55-57
• 3.4 总结57-58
• 第四章 3-1-1VPSA 小试实验58-66
• 4.1 VPSA 工艺流程58-61
• 4.1.1 流程与时序介绍59-60
• 4.1.2 时间确定60-61
• 4.2 实验内容与结果61-65
• 4.2.1 实验内容61-62
• 4.2.2 实验结果分析62-65
• 4.3 实验结论65-66
• 第五章 ASPEN ADSIM 吸附动态模拟66-85
• 5.1 ASPEN ADSIM 数学模型介绍66-71
• 5.1.1 物料平衡66-67
• 5.1.2 热量平衡67-70
• 5.1.3 动量平衡70
• 5.1.4 吸附平衡70-71
• 5.1.5 偏微分计算方法71
• 5.2 虚拟组分模拟吸附过程穿透点移动71-76
• 5.2.1 模拟流程介绍71-72
• 5.2.2 模拟所得结果72-75
• 5.2.3 实验结论75-76
• 5.3 N_2/C_2吸附分离模拟76-83
• 5.3.1 模拟流程介绍76-78
• 5.3.2 模拟结果78-82
• 5.3.3 实验结论82-83
• 5.4 结论83-85
• 第六章 结论85-86
• 参考文献86-90
• 发表论文和科研情况说明90-91
• 致谢91

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