發(fā)布時間：2018-11-26 07:13

【摘要】：甲烷、乙烷、丙烷等低碳烷烴是十分重要的基礎(chǔ)化學(xué)品,對其分離技術(shù)的研究十分必要。本文利用離子液體和低共熔溶劑蒸汽壓極低、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可設(shè)計等特點,結(jié)合COSMO-RS模擬計算,設(shè)計合成一系列新型離子液體和低共熔溶劑,研究低碳烷烴和氮氣在其中的溶解性能,得到兼具高容量、高選擇性和較低粘度的吸收介質(zhì),為開發(fā)清潔、高效的低碳烷烴分離新方法提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和初步的理論依據(jù)。利用COSMO-RS方法計算了 308.1 K下丙烷、乙烷和甲烷在364種離子液體和70多種低共熔溶劑中的亨利系數(shù),研究了溶劑結(jié)構(gòu)對氣體溶解度和分離選擇性的影響規(guī)律。結(jié)果表明不同碳數(shù)低碳烷烴之間選擇性以及低碳烷烴的溶解度整體上都隨溶劑分子結(jié)構(gòu)中碳原子數(shù)量的增加而增加。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計合成了 3種三丁基乙基鱗長鏈羧酸離子液體,測定了20～150kPa下丙烷、乙烷、甲烷和氮氣在其中的溶解度,考察了離子液體結(jié)構(gòu)和溫度等因素對氣體溶解度和選擇性的影響,同時也對吸收熱力學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行了初步探討。結(jié)果表明,引入不對稱的三丁基乙基擕陽離子能顯著降低離子液體粘度,而增加陰離子碳鏈長度能提高氣體的溶解度。在298.1 K、150kPa下,C3H8、C_2H_6 和 CH_4 在[P4442][C17H35COO]中的溶解度分別高達(dá) 0.408、0.133 和 0.029 mmol/g,幾乎達(dá)到所有已報道離子液體的最高值,而粘度顯著更低。C3H8對CH_4、CH_4對N_2的選擇性分別為16.9、2.7。進(jìn)一步設(shè)計合成了 12種低共熔溶劑吸收低碳烷烴、乙烯和氮氣,研究了組分結(jié)構(gòu)、混合比例以及溫度等因素對氣體溶解度和選擇性的影響,并初步探究了吸收熱力學(xué)。結(jié)果表明,所合成的低共熔溶劑對低碳烴和氮氣均展現(xiàn)出很高的溶解度和分離選擇性。308.1 K、150kPa下,C3H8和CH_4在這些DES中的溶解度分別為0.308～0.516 mmol/g和0.024～0.035 mmol/g,高于所有已報道的離子液體中的溶解度。丙烷/甲烷選擇性和丙烷/氮氣選擇性分別為14.4～21.0和30.9～90.8,也普遍高于離子液體體系。此外,乙烷/乙烯選擇性也較高,308.1 K下可高達(dá)2.0。
[Abstract]:Low-carbon alkanes such as methane, ethane and propane are very important basic chemicals, so it is necessary to study the separation technology of methane, ethane and propane. In this paper, a series of new ionic liquids and low eutectic solvents are designed and synthesized by using the characteristics of low vapor pressure, structure and properties of ionic liquids and eutectic solvents, and COSMO-RS simulation. The solubility of low carbon alkanes and nitrogen was studied. The absorbent medium with high capacity, high selectivity and low viscosity was obtained, which provided the necessary basic data and preliminary theoretical basis for the development of a clean and efficient new method for the separation of low carbon alkanes. The Henry coefficients of propane, ethane and methane at 308.1 K in 308.1 K ionic liquids and more than 70 low eutectic solvents were calculated by COSMO-RS method. The influence of solvent structure on gas solubility and separation selectivity was studied. The results show that the selectivity of low carbon alkanes with different carbon numbers and the solubility of low carbon alkanes increase with the increase of the number of carbon atoms in the molecular structure of solvents. On this basis, three triDing Ji ethyl long chain carboxylic acid ionic liquids were designed and synthesized. The solubility of propane, ethane, methane and nitrogen in 20~150kPa was determined. The effects of the structure and temperature of ionic liquids on the solubility and selectivity of gases were investigated, and the absorption thermodynamics and kinetics were also discussed. The results show that the viscosity of ionic liquids can be significantly reduced by introducing asymmetric triDing Ji ethyl cations, while the solubility of gases can be improved by increasing the length of anionic carbon chains. The solubility of C _ 3H _ 8C _ 2H _ 6 and CH_4 in [P4442] [C17H35COO] reached the highest values of nearly all reported ionic liquids in [P4442] [C17H35COO] at 298.1 KG 150kPa, respectively. However, the viscosity was significantly lower. The selectivity of C3H8 to CH_4,CH_4 for N2 was 16.9m2.7. Twelve kinds of eutectic solvents were further designed and synthesized to absorb low carbon alkanes, ethylene and nitrogen. The effects of composition, mixing ratio and temperature on the solubility and selectivity of the gas were studied, and the absorption thermodynamics was preliminarily investigated. The results show that the synthesized low eutectic solvents exhibit high solubility and separation selectivity for both low carbon hydrocarbons and nitrogen. The solubility of C3H8 and CH_4 in these DES were 0.308 mmol/g and 0.024 mmol/g, respectively, which were higher than those in all reported ionic liquids. The selectivity of propane / methane and propane / nitrogen were 14.4U 21.0 and 30.9N 90.8 respectively, which were also higher than those of ionic liquid system. In addition, the selectivity of ethane / ethylene was also higher, up to 2.0 at 308.1 K.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O645.12

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本文編號：2357746