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低温变压吸附脱除天然气中二氧化碳实验研究

刘宝林  
【摘要】:随着全球人口的膨胀与经济的飞速发展,能源危机也日益加重,天然气因为其清洁、优质、安全的性能,现已广泛应用于各种行业,如:作为化石燃料和重要的化工原料,其使用量也随着应用范围增大而越来越大。但是,天然气在刚开采出时,气体中含有大量的杂质气体:C02、H2S等。其中C02含量最大,天然气中的C02影响着天然气产品的使用,含量太高是会达不到天然气的使用要求。为解决含碳问题,天然气脱碳工艺不断地发展,如现如今使用最多的是醇胺法、物理吸附法、变压吸附法(PSA)等,但是他们都存在各种问题,如物理吸收法选择性低;化学吸收法对设备强烈的腐蚀,且胺损耗严重;低温法所需的前期投资多、占地广,且吸收的能耗大;膜分离法得到的产品气浓度较低,需要多级联立使用;变压吸附法则需要众多吸附塔并立使用。因此,提出一种新型的、合理的脱碳工艺对于解决现如今的问题至关重要。本文结合天然气液化输送过程的温度与PSA工艺,提出低温变压吸附工艺,通过在低温环境下对C02进行变压吸附,以期新的工艺技术可以提高天然气中脱除C02的能力,即提高其分离因子。低温变压吸附工艺是在变压吸附工艺的基础上提出,因此同PSA相同,吸附剂是此工艺技术的核心影响因素。本论文实验研究了在低温变压静态吸附的条件下,9种吸附剂对CO2与CH4单组份气体的吸附量,分析了温度、压力对其吸附量的影响,发现对于CO2的吸附,沸石类分子筛一般以0℃为分界线,吸附量呈现先减小后增加的现象,且低温增大了其微孔吸附区域范围,而炭基类吸附剂的吸附量却随着温度的下降不断增大。通过对CO2吸附等温曲线的分析,筛选了4种吸附材料进行CH4的吸附静态实验,发现4种吸附材料的吸附曲线随温度的降低而增大,即其吸附量随温度下降而变大。对椰壳活性炭与5A分子筛进行动态模拟吸附实验发现:椰壳活性炭随着温度或压力的降低,对CO2/CH4二元混合气体的分离因子会不断的增大,温度对其影响效果大于压力的影响,且在实验的温度范围内CH4的动态吸附量会呈现先增大后减小的现象;5A分子筛对CO2/CH4二元混合气体的分离因子随着压力的升高而减小,在降低温度的情况下其分离因子会呈现波动性变化,但总体趋势是降低的。


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