双回流真空变压吸附分离co2-n2实验和模拟研究

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1、天津大学硕士学位论文双回流真空变压吸附分离CO2/N2实验和模拟研究ExperimentandsimulationstudiesforseparatingCO2/N2bydual-refluxpressureswingadsorptionprocess学科专业：化学工程研究生：李冬冬指导教师：张东辉副研究员企业导师：马骏高级工程师天津大学化工学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获

2、得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要二氧化碳

3、作为温室气体之一，其大量排放所引起的气候变化备受关注，所以寻求一种高效捕集二氧化碳手段，同时还能回收有价值副产品而降低减排成本，对治理温室效应和能源有效利用具有重要的意义。变压吸附技术作为一种新型的气体分离和提纯技术，它具有能耗低，投资少和易操作等优点，但传统的变压吸附工艺仅能得到单一的CO2产品气，为了能够充分利用气体资源，生产两种高纯度的产品气，因此我们采用双回流变压吸附（DRPSA）工艺，并利用此工艺针对分离CO2/N2混合气进行了实验和模拟研究。本文主要从实验和模拟两个方面对DRPSA工艺分离CO2/N2混合气生产两种高纯度产品气的

4、工艺进行研究。一方面通过实验结果和模拟结果对比分析来验证DRPSA工艺的可行性和数学模型的准确性，另一方面为变压吸附捕集CO2工艺提供相关基础数据，同时为下一步优化DRPSA工艺做准备。本文使用的吸附剂是硅胶吸附剂，对CO2/N2混合气具有良好分离效果和易解吸的特点。通过硅胶吸附剂的动态和静态表征实验分别测量了吸附剂的动态吸附量和静态吸附量。在动态表征实验中获得了其动态吸附量数据并计算出气体分离因子，验证了硅胶吸附剂对CO2/N2混合气良好的分离效果。在静态表征实验中测量CO2/N2在硅胶吸附剂上不同压力温度下的吸附量，通过扩展型Langm

5、uir方程计算拟合出各组分的吸附参数，为DRPSA工艺实验和模拟提供相应参数。最后，针对DRPSA工艺分离CO2/N2混合气自主建立一套两塔的吸附实验装置，通过实验主要考察了进料位置，均压方式，轻产品气回流流量和重产品气流量四个操作变量对产品气的纯度和回收率的分离效果影响。在AspenAdsorption化工软件中使用动态数值模型模拟了DRPSA工艺。实验结果和模拟结果对比得到：在进料温度为298.15K，吸附压力为2.0bar（绝压），解吸压力为0.2bar条件下，工艺采用的操作变量为进料位置Zf=0.4，塔顶均压，轻产品气回流流量QLR

6、=0.408slpm和重产品气流量QHP=0.603slpm，循环稳态下能够获得CO2的纯度为95.6%，其回收率为96.8%，N2的纯度和回收率均高于98%，能耗为2.5MJ/kgCO2。关键词：DRPSA，AspenAdsorption，CO2/N2，硅胶，实验和模拟I万方数据ABSTRACTCarbondioxideisagreenhousegas,Climatechangecausedbycarbondioxideemissionsiswidelyconcerned.Soweneedtoseekahighlyefficientmea

7、nstocapturecarbondioxide,aswellasrecyclingvaluableby-productstoreduceemissionscosts,whichareofgreatimportancetocontrolthegreenhouseeffectandenergyefficientutilization.Pressureswingadsorptiontechnologyisanewtypeofgasseparationandpurificationtechnology,whichhastheadvantageof

8、lowenergyconsumption,lessinvestmentandeasyoperationandsoon.Butthetraditionalpressureswing