收藏本站
《天津大学》 2003年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

新型四塔变压吸附提纯氢气过程研究

吕昌忠  
【摘要】: 本文系统论述了变压吸附制氢工艺的发展及研究现状,针对常用四塔变压吸附制氢在低压应用中的不足,着重研究了本实验室自行开发设计的新型四塔变压吸附工艺在低压下的应用,并对两种不同的四塔变压吸附工艺的性能进行了对比。 首先采用静态容积法分别测定了甲烷、氮气和氢气在普通活性炭、高比表面活性炭以及5A分子筛上的吸附等温线,温度范围为283K~313K(间隔15K),压力0~1.0Mpa,并利用Clausius-Claperyron方程获得了各气体组份在不同吸附剂上的等量吸附热。使用修正的Langmuir方程对吸附等温线进行关联,计算出Langmuir方程参数。 建立了一套吸附床动态吸附实验装置,并在此基础上进行了不同的吸附压力和流量下活性炭和5A分子筛双吸附剂层吸附床的动态穿透实验。从吸附床的穿透曲线上可以获得相应实验条件下原料气中氮气和甲烷组分在吸附床上的穿透时间。实验结果表明随着吸附压力的增加氮气和甲烷在吸附床上的穿透时间延长,由于吸附热效应的影响使得吸附床内的温升幅度随之加大;增大原料气流量会缩短吸附床的穿透时间,而且导致氮气和甲烷在吸附床中浓度波峰面的分离效果不明显。由于SAC的堆密度较OAC小,因此使得在相同实验条件下,两种吸附床的对原料中氮气和甲烷的吸附能力基本相等。 利用H2/N2/CH4混合气模拟炼厂干气,采用新型四塔变压吸附工艺进行氢气的分离提纯。此工艺中采用两个中间气体缓冲罐辅助完成吸附塔的降压和升压步骤。中间气体缓冲罐的加入提高了四塔变压吸附工艺的操作灵活性。 低压下新型四塔变压吸附工艺实验研究发现新工艺它能够在较好的回收率下获得99.99%的产品氢气,表明新型四塔变压吸附工艺具有很好的低压性能。使用SAC+ZMS组合吸附剂的新型四塔变压吸附制氢工艺在1.0和0.8 MPa吸附压力下工艺性能较OAC+ZMS组合吸附剂差;但在0.6和0.4 MPa操作压力下保持氢气纯度为99.99%时产品气的回收率要大于使用OAC+ZMS组合吸附剂时的回收率。两塔变压吸附实验表明增大中间气体缓冲罐的体积可以提高产品的纯度和回收率。 通过对吸附床动态吸附过程的数学描述,建立吸附床中质量、热量和动量平衡的偏微分方程组。基于线上数值法对空间变量进行离散,并利用DASSL数值计算软件对离散后的常微分方程组进行求解,解法简捷、稳定。通过对吸附床的穿透曲线的实验结果和模拟结果进行对比,获得了原料气中的气体组份在OAC、SAC和ZMS吸附剂上的LDF方程参数。 结合新型四塔变压吸附工艺过程的特点,建立新型四塔变压吸附过程的数学模型,对 WP=4 新型四塔工艺性能进行模拟。模拟计算表明,在30个循环以后变压吸附循环过程的产品纯度和回收率以及吸附床中的温度变化都已经达到稳定状态。模拟计算结果和实验结果较为接近。新型四塔变压吸附工艺和常用四塔工艺的模拟计算结果表明,常用四塔变压吸附工艺在相同的原料气处理量下具有较高的产品气回收率,但产品气的纯度则要低于新型四塔工艺。在1.0 MPa下,产品气的纯度为99.999%时,新型四塔变压吸附工艺的原料气处理能力为常用四塔变压吸附工艺的1.43倍。表明新型四塔变压吸附工艺在低压下的处理能力较强,具有很好的低压适应性。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TQ116.2

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 韦向攀;吸附剂改性实验与富氧工艺过程模拟[D];天津大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邱长春,王瑞升,李传和,刘景开,付启贵;利用含氢工业尾气或过程气生产高纯氢气[J];低温与特气;1999年04期
2 梁国仑,陈信悦;氢气市场及其应用[J];低温与特气;2000年04期
3 魏玺群,陈健;变压吸附气体分离技术的应用和发展[J];低温与特气;2002年03期
4 孙酣经,梁国仑;氢的应用、提纯及液氢输送技术[J];低温与特气;1998年01期
5 古共伟,陈健,郜豫川,魏玺群;高纯氢制备工艺[J];低温与特气;1998年04期
6 古共伟,陈健,魏玺群;吸附分离技术在现代工业中的应用[J];合成化学;1999年04期
7 傅国旗,周理,周亚平,王瑜;天然气吸附存储的研究进展[J];化工进展;1999年05期
8 王艳辉,吴迪镛,迟建;氢能及制氢的应用技术现状及发展趋势[J];化工进展;2001年01期
9 周理,周亚平;关于氢在活性炭上高压吸附特性的实验研究[J];中国科学(B辑 化学);1996年05期
10 周理,李明,周亚平;超临界甲烷在高表面活性炭上的吸附测量及其理论分析[J];中国科学(B辑);2000年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李国莲;;改性活性炭吸附净化二氧化硫实验研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年02期
2 刘雪梅;蒋剑春;孙康;;活性炭孔径调控技术研究进展[J];安徽农业科学;2011年07期
3 张家元,林炳昌;三带模拟移动床色谱分离过程的实验分析[J];鞍山钢铁学院学报;1999年05期
4 李勃,肖国勇,林炳昌,马子都;模拟移动床分离紫杉醇[J];鞍山钢铁学院学报;2000年04期
5 张丽华,高丽娟,林炳昌;替考拉宁-3模拟移动床色谱分离的前处理[J];鞍山钢铁学院学报;2001年05期
6 苟小莉;王煊军;;4A分子筛脱除偏二甲肼中微量水分的吸附平衡和动力学研究[J];火炸药学报;2008年05期
7 杨锋,林贵平,袁修干;分子筛氧浓缩器的串联混合池计算模型[J];北京航空航天大学学报;2002年06期
8 卜令兵;刘应书;刘文海;侯庆文;张德鑫;;微型变压吸附分离空气制氧均压过程[J];北京科技大学学报;2006年10期
9 李化治,李宝善,曾凤鸣;变压吸附富氧过程的数学模拟[J];北京科技大学学报;1995年S1期
10 陶凤云;张新妙;马润宇;;酸性气体CO_2的膜分离技术研究进展[J];北京联合大学学报(自然科学版);2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 许振良;;膜分离技术在石油化工领域中的应用[A];膜分离技术在石油和化工行业中应用研讨会论文集[C];2006年
2 梁萍;林宝华;许振良;;气体膜分离技术回收VGO加氢装置氢气的试验研究[A];膜分离技术在石油和化工行业中应用研讨会论文集[C];2006年
3 刘飞龙;曾树兵;冯永;苏幼明;;膜制氮在海洋平台的应用[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年
4 何观伟;;制氢变换工艺及催化剂研究进展[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
5 柴春玲;焦婷婷;迟广俊;周矛峰;丁炳华;王同华;;活性炭纤维吸附回收油气的研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
6 纪利俊;应卫勇;朱家文;武斌;陈葵;;氯苯在活性炭固定床中的吸附动力学行为[A];上海市化学化工学会2005年度学术年会论文摘要集[C];2005年
7 盛天祥;熊丹柳;齐鸣斋;叶启亮;;尾气中微量石蜡在吸附剂上的吸附相平衡的研究[A];上海市化学化工学会2007年度学术年会论文摘要集[C];2007年
8 卜令兵;刘应书;刘文海;赵华;;变压吸附气体分离系统设计工程软件开发[A];变压吸附设备技术交流会论文集[C];2004年
9 刘应书;卜令兵;刘文海;侯庆文;张德鑫;;微型PSA制氧均压流程工艺参数试验研究[A];空分设备技术交流会论文集[C];2005年
10 张玉文;王锐;马艳红;田津津;;气体在吸附床层中传质速率的计算分析[A];2006年大型空分设备技术交流会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨宏民;井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D];河南理工大学;2010年
2 王印;储层钻井液气体定量检测影响因素及方法研究[D];山东科技大学;2010年
3 夏洪应;微波加热典型物料制备高比表面积活性炭及演变机制[D];昆明理工大学;2009年
4 刘亚敏;新型固体胺吸附分离烟气中二氧化碳[D];浙江大学;2011年
5 杨坤彬;物理活化法制备椰壳基活性炭及其孔结构演变[D];昆明理工大学;2010年
6 张军;复合金属硫化物光催化剂的制备及其可见光活性研究[D];武汉理工大学;2010年
7 刘南;改性吸附材料对恶臭气体的吸附效应与机理研究[D];吉林大学;2011年
8 尼姝丽;餐厨垃圾制沼及膜法沼气提纯一体化系统设计及理论研究[D];东北林业大学;2011年
9 张颖;蒙脱土的改性及其在汽油脱硫和光催化中的应用[D];华东理工大学;2011年
10 沈春枝;碳材料捕获燃烧后二氧化碳过程研究[D];华东理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏超;变压吸附管道流体动力学特性研究[D];山东科技大学;2010年
2 马怀营;镁储氢性能影响因素的研究[D];山东科技大学;2010年
3 刘璇;云南萝芙木中育亨宾提取与分离的研究[D];中南林业科技大学;2009年
4 年军;深部煤体瓦斯吸附规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 于海美;PA6/海泡石复合材料的制备及形态结构与性能研究[D];湘潭大学;2010年
6 锡林哈斯;改性高分子吸附剂的吸附性能研究及应用[D];沈阳理工大学;2010年
7 邹卫兵;二甲醚重整制氢系统的实验研究[D];华东理工大学;2011年
8 顾飞龙;碳分子筛变压吸附(PSA)法制取高纯度氮气的工艺研究[D];华东理工大学;2010年
9 田园;KDON-29000/9000型空分装置项目选型的研究[D];华东理工大学;2011年
10 高威利;线性压缩机及其驱动两级脉管制冷机研究[D];浙江大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 卢樟好,冯涛;PSA技术与医用分子筛制氧设备[J];低温与特气;1999年01期
2 魏玺群,陈健;变压吸附气体分离技术的应用和发展[J];低温与特气;2002年03期
3 蔚龙,李化治;两种PSA制纯氧工艺过程的探讨[J];低温与特气;2004年04期
4 王长元,陈孝通,陈跃星;浅谈变压吸附空分制氮[J];煤炭工程师;1998年S1期
5 李翠华,李丹,周甫芳,陈汉佳,施其宏;固态离子交换法制备改性沸石[J];广东化工;1999年05期
6 叶振华;变压吸附分离过程的现状和发展[J];化工进展;1989年06期
7 陈健,古共伟,郜豫川;我国变压吸附技术的工业应用现状及展望[J];化工进展;1998年01期
8 周理,吕昌忠,王怡林,姚金花,王瑜;述评超临界温度气体在多孔固体上的物理吸附[J];化学进展;1999年03期
9 谢有畅;汪传宝;唐有祺;;碱金属卤化物与NaA分子筛之间的固态离子交换反应[J];化学学报;1993年08期
10 曾征;;浅谈变压吸附制氧技术的主要特点[J];化工之友;2007年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 宋伟杰;变压吸附空分制氧吸附剂的研制[D];大连理工大学;2001年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 周圆圆;制氧吸附剂的研制与节能型制氧工艺的计算模拟[D];天津大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李乃朝,衣宝廉;国外燃料电池研究发展现状[J];电化学;1996年02期
2 梁其煜,李式模,邵皓平;变压吸附技术的发展[J];低温工程;1997年05期
3 赖新途;陈长聘;叶舟;吴京;王启东;;连续自动提供超纯氢的金属氢化物终端纯化装置[J];低温与特气;1993年02期
4 沈斌;;氨分解制氢在浮法玻璃生产线上的应用分析[J];低温与特气;1993年03期
5 梁国仑,梁玉,司洋;氢的应用[J];低温与特气;1994年02期
6 孙宏玉;PSA制氢技术在我厂的应用[J];低温与特气;1994年03期
7 孔祥芝;廉价氢气源的开发[J];低温与特气;1994年04期
8 李义良;超高纯氢的制备[J];低温与特气;1996年03期
9 孙酣经,梁国仑;氢的应用、提纯及液氢输送技术[J];低温与特气;1998年01期
10 刘文鹏,王新林;我国开展燃料电池研究开发设想[J];电站系统工程;1995年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭梦骅;氨分解变压吸附制氢工艺初探[J];能源研究与信息;1989年04期
2 褚效中;;基于分子筛13X的氢同位素分离[J];淮阴师范学院学报(自然科学版);2008年01期
3 褚效中;赵宜江;阚玉和;周理;周亚平;;低温吸附法分离氢同位素[J];化学工程;2008年09期
4 谢开明;国外深冷动态与变压吸附信息七则[J];深冷技术;1987年01期
5 ;变压吸附提浓炼厂气的氢[J];河南化工;1987年04期
6 成爱萍;变压吸附工艺回收石灰窑气生产液体二氧化碳[J];环境与开发;1994年04期
7 吴楷;变压吸附富氧工艺用于合成氨制气过程的技术经济分析[J];化工技术经济;1996年06期
8 杨晓勤,蒋远华,何涛;“8·13”工程变压吸附脱碳气体损失及电耗计算[J];小氮肥;2001年10期
9 李健文;DQ型变压吸附制氮装置设计及其应用[J];压缩机技术;2003年06期
10 张杰;变压吸附脱碳双高工艺的工业应用[J];低温与特气;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 裴红珍;;高原环境变压吸附设备的设计应用[A];变压吸附设备技术交流会论文集[C];2004年
2 王楠;刘应书;刘文海;张德鑫;;微型变压吸附空气分离制氧过程分析[A];变压吸附设备技术交流会论文集[C];2004年
3 范志涛;;变压吸附在气体分离单元的应用[A];变压吸附设备技术交流会论文集[C];2004年
4 刘建忠;;800Nm~3焦炉煤气变压吸附制氢装置的工艺流程及其经济运行[A];变压吸附设备技术交流会论文集[C];2004年
5 卜令兵;刘应书;刘文海;赵华;;变压吸附气体分离系统设计工程软件开发[A];变压吸附设备技术交流会论文集[C];2004年
6 卜令兵;刘应书;刘文海;赵华;戴瑞峰;;变压吸附气体分离系统智能仿真初探[A];变压吸附设备技术交流会论文集[C];2004年
7 魏玺群;陈健;;变压吸附气体分离技术的应用和发展[A];第五届全国低温工程大会论文集[C];2001年
8 周俊生;;变压吸附(PSA)脱除CO_2技术在我厂液氨生产上的应用[A];第九届全国化学工艺学术年会论文集[C];2005年
9 王华金;;变压吸附制富氧装置技术的发展与现状[A];变压吸附设备技术交流会论文集[C];2004年
10 范志涛;;提取CO的实际应用和技术探讨[A];变压吸附设备技术交流会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 慕尘;多项制度不落实致仪表工一氧化碳中毒[N];中国安全生产报;2009年
2 谢昭萍;变压吸附:从气体中淘金[N];中国环境报;2006年
3 谢萍;我国建成世界最大变压吸附制纯氢装置[N];中国石化报;2008年
4 记者 谢昭萍;我建造世界最大变压吸附制纯氢装置[N];中国化工报;2005年
5 于萍;沧州大化制氮工艺用上变压吸附[N];中国化工报;2006年
6 张兴刚 李万宝;亚洲最大脱碳装置山东投运[N];中国化工报;2005年
7 记者 盛义;天科股份 走出困境会有时[N];中国证券报;2004年
8 杨厚喜杨至爱;湖北三宁化工:节能改造项目初步设计获批复[N];中华合作时报;2008年
9 记者 徐志良 特约记者 王爱军;天脊合成氨新装置成为节能先锋[N];长治日报;2008年
10 记者 余光贤 通讯员 王伟;上海石化年产60万吨芳烃项目投产[N];中国石化报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕昌忠;新型四塔变压吸附提纯氢气过程研究[D];天津大学;2003年
2 杨明莉;煤层甲烷变压吸附浓缩的研究[D];重庆大学;2004年
3 王啸;非等温变压吸附空分制氧过程的计算和优化[D];南京工业大学;2003年
4 王水利;瓦斯组分吸附浓缩的实验与模拟研究[D];西安科技大学;2010年
5 魏凌云;菊粉的分离纯化过程和功能性产品研究[D];浙江大学;2006年
6 张尤华;生物质一体化制氢研究[D];华东理工大学;2012年
7 罗永刚;易再生高比表面脱硫脱硝剂的设计及其机理性研究[D];东南大学;2003年
8 郭会荣;优先流影响下的入渗补给过程及溶质运移实验与模拟[D];中国地质大学;2008年
9 聂强;类质同晶甾体化合物的分离过程研究[D];天津大学;2007年
10 魏建文;介孔二氧化硅改性及其吸附CO_2研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李杰;新型紧凑结构四塔变压吸附空分制氧装置研究[D];天津大学;2003年
2 于洁;变压吸附提纯沼气中CH_4的试验研究[D];东北农业大学;2012年
3 强艳波;变压吸附(PSA)分离净化煤气提纯一氧化碳的工艺过程分析与优化[D];华东理工大学;2011年
4 陶北平;天科股份PSA市场营销战略设计[D];四川大学;2003年
5 苏超;变压吸附管道流体动力学特性研究[D];山东科技大学;2010年
6 梁吉坤;医用制氧机控制程序开发及氧气浓度检测[D];电子科技大学;2010年
7 戴岳;络合型吸附剂变压吸附环氧乙烷生产尾气中乙烯的研究[D];南京工业大学;2004年
8 高招;VOCs的吸附和变压吸附法净化回收研究[D];湖南大学;2007年
9 张福凯;改性煤变压吸附浓缩煤层气中甲烷的研究[D];重庆大学;2005年
10 欧阳小芳;微型化变压吸附空分制氧装置实验研究[D];天津大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026