对二甲苯模拟移动床分离过程的模拟与优化

对国内外模拟移动床的研究状况及模拟移动床的设计方法进行了简短的综述,基于Aspen Chromatography软件,以对二甲苯模拟移动床吸附分离过程为研究对象,结合实际工况数据,采用模拟移动床SMB模型,对模拟移动床吸附分离过程进行设计与模拟,抽取液中对二甲苯的纯度高达99.98%,,收率高达98.08%,.考察了切换时间(t_s)、抽取液流量(Q_E)、进料量(Q_F)、吸附剂钝化以及管路死体积对吸附分离过程的影响.模拟结果表明:借助于Aspen Chromatography,采用SMB模型能较好地描述模拟移动床分离过程的真实情况,对模拟移动床分离过程的工艺设计、优化及操作具有重要的指导意义.

真空变压吸附分离CH4/N2/O2实验、模拟与安评

针对CH_4/N_2/O_2混合物脱氧效果差以及安全性低等问题,采用实验室自制活性炭为吸附剂,通过数值模拟和实验进行了双塔真空变压吸附(VPSA)分离25%CH_4/59%N_2/16%O_2混合物的工艺研究。通过考察进料流量和置换流量对甲烷产品纯度和回收率的影响,实验验证了数值模型的准确性。在模拟和实验的基础上,对VPSA工艺全流程进行了系统的安全性分析,并针对存在安全隐患的过程,提出一种更为安全的VPSA工艺流程。研究结果表明,通过双塔VPSA可以获得甲烷纯度为51.36%的产品气,甲烷回收率可达85.65%,存在安全隐患的过程主要集中在吸附、均压和终升压步骤,通过原料气的惰化过程,可以实现VPSA工艺的安全操作。

碳材料的分子模型及模拟方法在吸附中应用的研究进展

多孔炭作为吸附剂中重要的一类材料,在捕获烟气中二氧化碳(CO_(2))、有机废气净化和工业废水回收有机物等领域应用广泛。区别于结构有序的晶态吸附材料,大部分炭材料具有无定型的结构和化学特性,运用计算机研究介、微尺度界面吸附现象的分子模拟技术用于多孔炭材料的研究具有不可替代的优势。回顾了自分子模拟技术兴起以来使用较广泛的炭材料模型,如狭缝孔类模型、虚拟多孔碳类模型和纳米碳材料模型的建模理论、发展历程和应用场景;概述了研究炭材料吸附行为常用的分子模拟方法——蒙特卡洛方法、分子动力学方法、密度泛函理论和逆蒙特卡洛方法,及其在多孔炭材料吸附中的应用实例,指出了未来分子模拟技术在炭材料吸附领域的机遇和挑战。

规整复合吸附剂真空变压吸附分离CH_(4)/N_(2)工艺模拟与分析

为减少甲烷排放,实现低浓度煤层气有效资源化利用,探究了使用规整复合吸附剂真空变压吸附富集低浓度煤层气的工艺。采用静态容积法测定了甲烷、氮气在规整复合吸附剂上的吸附等温线,同时建立了包括质量、热量和动量守恒在内的严格吸附床数学模型,设计了三塔连续进料的真空变压吸附工艺并进行模拟。分析了工艺达到循环稳态后吸附床层轴向温度分布和压力变化,并且探究了进料量、解吸压力、原料气中甲烷浓度和吸附压力对纯度、回收率、工艺能耗和吸附剂产率等工艺性能的影响。模拟结果表明,在进料量为100 L·min^(-1),解吸压力为0.1 bar(1 bar=0.1 MPa),原料气甲烷浓度为30%,吸附压力为3 bar时可以生产纯度为59.07%,回收率为93.64%的富CH4产品气,同时单位能耗为18.70 kJ·mol^(-1),吸附剂产率为4.56 mol·h^(-1)·kg^(-1)。表明规整吸附剂对CH4/N2具有良好的吸附分离效果,能够实现低浓度煤层气中甲烷高效富集。

变压吸附氢气纯化过程瞬态分析

变压吸附技术是工业上生产高纯氢气最常用的方法之一。然而,在实际生产过程中无法观察到塔内各组分在不同时刻的分布状态,因此借助模拟的手段来研究从投料至系统达到循环稳态期间各组分在塔内的动态变化规律,进而指导工艺改进是很有必要的。采用活性炭和5A分子筛为吸附剂,设计了八塔变压吸附工艺从蒸汽甲烷重整气中纯化氢气,模拟了变压吸附制氢开车过程,分析了开车过程中塔内各组分在吸附、顺放以及冲洗三个阶段以及循环稳态后吸附阶段瞬态吸附行为和塔内温度变化。结果表明,在吸附以及顺放等过程中重组分会随着循环周期向塔顶移动。这一现象是组分间竞争吸附和冲洗再生方式下重组分在床层底部累积两个作用因素共同导致的。这些因素在一定程度上也会造成CO的吸附前沿在吸附阶段就过多进入5A分子筛上,使得CO含量成为限制工艺性能的主要因素。

快速变压吸附制氢工艺的模拟与分析

目前工业上主要通过变压吸附技术从蒸汽甲烷重整气中制取氢产品气。然而,能源需求量的快速增加使得传统变压吸附技术在产量方面的不足越发明显。为此,进行了快速变压吸附从蒸汽甲烷重整气中制取氢气的模拟研究。采用活性炭和5A分子筛作为吸附剂,并以测得的原料气中各组分在两种吸附剂上的吸附数据为基础,进行了六塔快速变压吸附工艺的数值模拟与分析。在分析了塔内温度、压力和固相的浓度分布后,探究了进料流量、双层吸附剂高度比以及冲洗进料比三个操作参数对于快速变压吸附工艺性能的影响,结果表明:原料气组成为H2/CH4/CO/CO2=76%/3.5%/0.5%/20%,吸附压力为22 bar(1 bar=105 Pa),解吸吹扫压力为1.0 bar,处理量为0.8875 mol·s^(-1),吸附剂床层高度比为0.5∶0.5,冲洗进料比为22.37%时,可获得H2纯度99.90%,回收率69.88%,此时H2产量为0.4713 mol·s^(-1)。相比之下,氢气纯度为99.90%时,尽管PSA工艺回收率为83.40%,但处理量只有0.39 mol·s^(-1),因此H2产量仅为0.2472 mol·s^(-1)。

真空变压吸附分离氮气甲烷的模拟与控制

采用实验室自制的活性炭为吸附剂,进行了真空变压吸附(VPSA)分离氮气/甲烷的实验、模拟和控制研究。建立了一套双塔VPSA实验装置,并将其数学模型建立在g PROMS软件中,通过改变进料气流量做多组对比实验,通过模拟数据和实验数据的对比,验证了数学模型的准确性。通过双塔VPSA的模拟调试,可以将甲烷的纯度由30%提升到80%,同时保证83%的回收率。随后,针对实际生产中不可避免的状态干扰因素,选取了3种常见的扰动状况,以产品气纯度快速回归至80%为控制目标,根据本文所采用的VPSA系统设计了PID控制器,进行了模拟和控制的研究。研究结果表明,引入PID控制器可以使纯度受到扰动影响时较快速地回归至合格纯度,同时保证装置较为稳定的运行。

真空变压吸附提纯沼气的实验

以煤基碳分子筛为沼气净化吸附剂,借助扫描电镜观察了碳分子筛的表面形貌,并通过物理化学吸附仪表征了碳分子筛的孔径分布。基于静态容积法测定了CO2与CH4在碳分子筛的静态吸附量,并估算了CO2与CH4在碳分子筛的动力学扩散系数。单塔穿透实验考察了吸附压力与进料流量对原料气中CO2穿透曲线的影响,选取吸附压力为0.3 MPa,进料流量为4 L·min-1进行两塔六步真空变压吸附提纯沼气的实验研究,并考察了吸附步骤时长与产品气冲洗率对CH4富集效果的影响。实验结果表明,吸附步骤时长为140 s,冲洗率为0.05时,产品气中CH4纯度可达98%,收率可达82%。

快速变压吸附制氧动态传质系数模拟分析

研究快速变压吸附制氧过程中的传质过程,结合实验数据对全局动态传质系数与常数传质系数进行对比模拟分析,并考察各传质阻力对传质效果的影响。结果表明:基于轴向、膜扩散和孔扩散估算的动态传质系数是有效的。膜阻力是主要阻力,其次是轴向扩散阻力,大孔扩散阻力较小,微孔扩散阻力可忽略。在快速变压吸附中,由于气速和温度变化较快,传质系数也会有较大变化,总体趋势是传质系数随着温度和气速的升高而升高。采用恒定传质系数无法准确描述吸附塔内各个时间点、空间点上的传质行为,根据各节点状态计算出的动态估算传质系数能够与吸附塔内的行为有较好的吻合度,模型具有较高的可信性。

兰炭尾气变压吸附制氢捕碳工艺模拟与分析

兰炭技术可以实现煤炭资源高效清洁利用,但兰炭生产过程中会副产兰炭尾气,若将其直接排放到大气中,不仅会造成能源浪费,还会污染环境。基于兰炭尾气组成φ(CH_(4)):φ(CO):φ(CO_(2)):φ(H_(2)):φ(N_(2))=8.7%:13.9%:12.7%:28.5%:36.2%,以利用H_(2)和减少温室气体排放为目的,探究了兰炭尾气制氢与捕碳的可能性。利用静态容积法测得了兰炭尾气各组成在活性炭、5A分子筛以及硅胶上的吸附等温线,为仿真模拟提供了相关参数。在此基础上,设计了三阶变压吸附制氢与捕碳工艺,旨在探索兰炭尾气清洁化利用方案。

变温吸附净化VOCs的数值模拟及分析

为进一步优化低浓度挥发性有机物(VOCs)净化过程的工程设计,基于活性炭吸附剂,建立了非平衡、非等温、非绝热的单塔吸附床模型,对变温吸附净化苯的工艺过程进行了数值模拟,分析了不同条件下吸附与解吸阶段塔内气固相中苯分布及温度的变化。结果表明:再生阶段温度变化存在缓冲区;进料中苯体积分数对吸附过程的影响比进料量更大;再生温度对床层再生时间、床层再生度、氮气消耗存在正向促进作用,且存在最佳温度下的最小能耗;一定程度下增加吸附塔塔径有利于降低氮气消耗和能耗。