基于平衡效应的多种吸附剂对CH4/N2分离性能研究

采用静态容积法研究了CH4/N2在活性炭、5A、13X、LiX、硅沸石、硅胶、ZSM-5等7种基于平衡效应分离的吸附剂上的吸附性能。测定了CH4/N2在这7种吸附剂上的吸附量并用Langmuir方程进行拟合,计算出了CH4/N2的吸附选择性与吸附热。结果表明:Langmuir模型可以准确地描述CH4和N2在各个吸附剂上的吸附行为,且活性炭对CH4的吸附量较大而对N2的吸附量较小;活性炭、硅沸石、ZSM-5等吸附剂上CH4对N2的选择性均大于3.5。此外,分析比较了CH4和N2在各个吸附剂上的吸附热,为变压吸附分离CH4/N2提供指导。

基于双回流变压吸附工艺的空气分离模拟及分析

双回流变压吸附是一种在吸附塔中间位置进料,塔顶和塔底分别采用轻、重组分回流的变压吸附过程,能够同时生产两种高纯度、高回收率的产品气。以实验室自主合成的LiLSX分子筛为吸附剂,利用Aspen Adsorption模拟软件,对进料组成为78%N2/21%O2/1%Ar的实际空气进行了两塔双回流变压吸附的模拟研究。模拟结果表明:当原料气为78%N2/21%O2/1%Ar,吸附压力为2bar(1bar=10^5Pa),解吸压力为0.3bar,进料量为0.4m^3/h,轻组分回流流量为0.095L/min,重组分回流流量为5.22L/min时,能够得到体积分数为95.67%的O2和体积分数为98.25%的N2,回收率分别为94.60%和99.91%。并且进一步探究了进料位置、吸附时间、轻组分回流流量、重组分产品气流量等因素对O2和N2两种产品气纯度和回收率的影响。

不同孔径活性炭吸附挥发性有机物的分子模拟

借助Materials Studio软件建立了0.902nm、1.997nm、3.000nm、4.000nm孔径的活性炭狭缝孔模型,采用巨正则蒙特卡洛模拟(Grand Canonical Monte Carlo)的模拟方法计算了其对挥发性有机物(VOCs,如异己烷、苯、甲苯、丙酮和甲醇)的吸附数据,考察了活性炭孔径的变化对VOCs吸附性能的影响,并对实际应用进行指导。模拟结果显示:活性炭对VOCs的吸附受孔径和吸附能的共同影响,在293.15K、各物质饱和蒸气压p0下,随着孔径的增大,吸附质吸附剂之间的亲和力呈下降趋势。活性炭孔径由0.902nm增加到4.000nm对异己烷、苯、甲苯的饱和吸附量逐渐增大,而4.000nm孔径活性炭对丙酮饱和吸附量小于3.000nm孔径活性炭,3.000nm、4.000nm孔径活性炭对甲醇饱和吸附量小于1.997nm孔径活性炭。在工业废气VOCs吸附回收中选择0.902~1.997nm孔径活性炭能够达到最佳效果。

带循环的二阶变压吸附碳捕集工艺模拟、实验及分析

针对日益严重的温室效应及传统CO_2捕集和储存技术的不足,设计带循环的二阶四塔变压吸附装置捕集电厂烟道气中的二氧化碳,采用炭分子筛作为第一阶二塔处理装置吸附剂,采用13X作为第二阶二塔处理装置的吸附剂。建立上述工艺的数学模型,通过实验验证数学模型和模拟结果的准确性。模拟结果表明,本工艺可以将烟道气中的CO_2(15%)富集为纯度95%的产品气,收率为93.92%,工艺处理量为4.576 mol CO_2·h^(-1)·kg^(-1),能耗为0.847 MJ·(kg CO_2)^(-1),通过对比,本工艺具有处理量大、回收率高、纯度高的优点。在此基础上,根据数学模型分析二阶床层在一个周期内的压力变化、温度分布、固相和气相组成分布、能耗组成、生产能力。

基于MPC控制技术优化VPSA制氧工艺的模拟

针对真空变压吸附制氧在gPROMS软件中建立了严格的数学模型,基于LiLSX吸附剂设计了两塔八步的真空变压吸附流程生产纯度为92%的O2。对此流程进行优化,其纯度和回收率有了明显的改进。在此基础上,引入实际生产中经常存在的如进料流量的变化以及吸附性能降低等扰动因素,使模拟工作更接近实际。根据产品气中O2纯度的反馈,采用模型辨识技术设计了MPC控制器,用于预测控制VPSA过程的动态行为。开环和闭环控制结果的对比显示,流程在设计的MPC控制下展现出更好的结果,这表明MPC控制策略可以明显改善空气分离制氧的生产过程。

强化采油伴生气捕碳及轻烃回收工艺模拟

针对气驱强化采油(EOR)过程所产生的低品质伴生气,提出以4A分子筛和活性炭为吸附剂,通过变压吸附法(PSA)进行分离,回收部分轻烃,捕碳返注地下的工艺。通过实验测定吸附剂的参数,建立上述工艺的数学模型,完成动态模拟。模拟结果表明:第1阶处理后,轻产品气中烃类纯度为64.37%;第2阶处理后,轻产品气中轻烃含量为64.35%;工艺的二氧化碳回收率为90.79%,轻烃回收率为70.67%,具有良好的环境效益。