H₂S和CO₂是最常見的兩種酸性氣體，在天然氣、煉廠氣和合成氣等工藝混合氣凈化過程中，以及工業(yè)排放尾氣中，H₂S是必須去除的氣體，無論是工藝氣流再加工后續(xù)工段的要求，還是尾氣排放環(huán)保標(biāo)準的要求，H₂S的含量都控制十分嚴格；CO₂是溫室氣體的主要對象，回收和減少工業(yè)尾氣中的CO₂排放是緩解“溫室效應(yīng)”有效手段之一。有機醇胺吸收劑脫除酸性氣體是目前最有效的方法之一。本工作以氣液傳質(zhì)理論為基礎(chǔ)，圍繞酸性氣體(H₂S和CO₂)的脫除，開發(fā)高性能復(fù)合溶劑為主線，針對不同的混合氣對象和性質(zhì)，采用填料柱和膜接觸器為吸收反應(yīng)器，研究H₂S和CO₂酸性氣體傳質(zhì)過程和特性，重點研究：1) 空間位阻胺復(fù)合溶液選擇性吸收H₂S；2) MDEA基復(fù)合溶液和氨基酸基復(fù)合溶液的開發(fā)，復(fù)合溶液在膜接觸器中吸收CO₂過程中對傳質(zhì)的增強作用和對疏水性聚丙烯膜結(jié)構(gòu)...

【文章頁數(shù)】：228 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 有機醇胺溶液及其吸收酸性氣體過程
        1.2.1 酸性氣體H₂S的危害及其脫除方法概述
        1.2.2 氣液傳質(zhì)理論模型
            1.2.2.1 Whitman雙膜理論
            1.2.2.2 Higbie滲透理論
            1.2.2.3 Danckwerts表面更新理論
        1.2.3 氣液吸收反應(yīng)器、氣液接觸面積及傳質(zhì)動力學(xué)
        1.2.4 脫除酸性氣體的有機醇胺溶劑及反應(yīng)機理
            1.2.4.1 有機醇胺溶劑
            1.2.4.2 反應(yīng)機理
        1.2.5 有機醇胺選擇性吸收H₂S研究現(xiàn)狀
    1.3 膜基氣體吸收(MGA)技術(shù)脫除CO2

        1.3.1 膜分離及其脫除CO₂技術(shù)概述
        1.3.2.膜基氣體吸收技術(shù)及其特點
        1.3.3 膜材料
        1.3.4 吸收劑的選擇
        1.3.5 膜結(jié)構(gòu)與吸收劑和操作條件的性能關(guān)系
        1.3.6 膜組件(膜接觸器)結(jié)構(gòu)
        1.3.7 膜基氣體吸收傳質(zhì)過程
            1.3.7.1 傳質(zhì)通量和總傳質(zhì)系數(shù)的計算
            1.3.7.2 中空纖維膜接觸器傳質(zhì)動力學(xué)模型
            1.3.7.3 化學(xué)增強因子
        1.3.8 膜基氣體吸收CO₂技術(shù)進展
    1.4 課題的立題意義與研究工作內(nèi)容
        1.4.1 立題意義
        1.4.2 研究工作的內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
2 MDEA-TBEE復(fù)合溶劑吸收酸性氣體性能的評價
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗試劑
        2.2.2 空間位阻胺TBEE的合成
        2.2.3 MDEA-TBEE溶劑吸收酸性氣體反應(yīng)機理
        2.2.4 實驗裝置
        2.2.5 實驗操作過程
        2.2.6 分析方法
    2.3 實驗結(jié)果與討論
        2.3.1 常用有機醇胺MDEA、MEA、DEA、DIPA和MDEA-TBEE吸收酸性氣體性能比較
        2.3.2 TBEE在復(fù)合溶劑中含量對吸收性能的影響
        2.3.3 MDEA-TBEE復(fù)合溶劑及MDEA溶劑對酸性氣體脫除率和吸收負載的比較
        2.3.4 吸收溫度對酸性氣體選擇性和對MDEA-TBEE復(fù)合溶劑吸收負載的影響
        2.3.5 吸收負載對選擇性的影響
    2.4 本章小節(jié)
3 MDEA-TBEE復(fù)合溶劑選擇性吸收H₂S
    3.1 引言
    3.2 理論部分
        3.2.1 空間位阻胺分子結(jié)構(gòu)特點和化學(xué)特性
        3.2.2 反應(yīng)機理
        3.2.3 吸收性能評價指標(biāo)
    3.3 實驗部分
        3.3.1 實驗裝置和實驗步驟
        3.3.2 原料和分析方法
    3.4 結(jié)果與討論
        3.4.1 再生溫度對貧液負載和脫除率的影響
        3.4.2 貧液負載對脫除率的影響
        3.4.3 吸收溫度對脫除率和選擇性的影響
        3.4.4 CO₂／H₂S對脫除率和容量的影響
        3.4.5 氣速對吸收性能的影響
        3.4.6 CO₂／H₂S對脫除率和選擇性的影響
    3.5 傳質(zhì)模型
        3.5.1 總體積傳質(zhì)系數(shù)K_Gα的測定
        3.5.2 傳質(zhì)模型的近似處理
        3.5.3 模型的計算結(jié)果與討論
            3.5.3.1 氣速對K_Gα的影響
            3.5.3.2 氣相H₂S濃度對K_Gα的影響
            3.5.3.3 氣相CO₂濃度對K_Gα的影響
    3.6 本章小結(jié)
4 膜基MDEA溶液吸收混合氣中二氧化碳
    4.1 引言
    4.2 膜接觸器分離原理和MDEA結(jié)構(gòu)特點
        4.2.1 膜接觸器分離原理
        4.2.2 MDEA結(jié)構(gòu)特點
    4.3 實驗部分
        4.3.1 實驗裝置及操作過程
        4.3.2 原料和分析方法
        4.3.3 實驗數(shù)據(jù)處理
    4.4 操作參數(shù)影響條件實驗結(jié)果與討論
        4.4.1 吸收劑濃度對分離效果的影響
        4.4.2 吸收劑流量對傳質(zhì)效果的影響
        4.4.3 吸收溫度對分離效果的影響
        4.4.4 CO₂含量對分離效果的影響
        4.4.5 進料氣流量對分離效果的影響
        4.4.6 流程方式對分離效果的影響
        4.4.7 膜組件結(jié)構(gòu)和膜形態(tài)對分離效果的影響
        4.4.8 膜接觸器的穩(wěn)定性考察
    4.5 傳質(zhì)動力學(xué)模型
        4.5.1 阻力層傳質(zhì)模型
        4.5.2 模型對實驗體系的預(yù)測
            4.5.2.1 吸收劑濃度對總傳質(zhì)系數(shù)的影響
            4.5.2.2 流量對總傳質(zhì)系數(shù)的影響
            4.5.2.3 氣膜、液膜和膜相阻力與總阻力的關(guān)系
        4.3.5 模型值與實驗值的比較
    4.6 本章小結(jié)
5 脫碳活化劑哌嗪的合成及其應(yīng)用性能評價
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 原料和試劑
        5.2.2 催化劑制備
        5.2.3 哌嗪合成裝置
        5.2.4 哌嗪合成過程
        5.2.5 膜吸收應(yīng)用評價裝置及評價方法
        5.2.6 再生裝置及復(fù)合溶液再生性能評價
        5.2.7 產(chǎn)物分析方法
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 催化劑組成和合成條件對哌嗪產(chǎn)物的影響
            5.3.1.1 催化反應(yīng)溫度對哌嗪合成的影響
            5.3.1.2 Ni含量對催化性能的影響
            5.3.1.3 H₂／MEA比值的影響
            5.3.1.4 助催化成分對反應(yīng)的影響
            5.3.1.5 催化劑壽命考察
        5.3.2 哌嗪產(chǎn)物活化性能應(yīng)用評價
        5.3.3 哌嗪產(chǎn)物解吸性能評價
    5.4 本章小結(jié)
6 膜基復(fù)合溶液吸收混合氣中二氧化碳
    6.1 引言
    6.2 CO₂與MDEA、PZ和AMP之間的化學(xué)反應(yīng)和機理
    6.3 實驗部分
        6.3.1 實驗原料
        6.3.2 實驗裝置及操作
        6.3.3 膜接觸器特性參數(shù)和分析方法
        6.3.4 實驗數(shù)據(jù)處理
    6.4 實驗結(jié)果和討論
        6.4.1 氣液相流速對出口CO₂濃度的影響
        6.4.2 氣液流速對總傳質(zhì)系數(shù)影響的比較
        6.4.3 吸收劑濃度和混合氣中CO₂濃度對總傳質(zhì)系數(shù)影響的對比
        6.4.4 溶液負載α對吸收性能影響的比較
        6.4.5 膜組件結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)形態(tài)對傳質(zhì)系數(shù)的影響
    6.5 傳質(zhì)阻力層方程模型和預(yù)測結(jié)果
        6.5.1 傳質(zhì)阻力層方程及其參數(shù)
        6.5.2 模型預(yù)測結(jié)果
        6.5.3 模型計算值與實驗值的比較
    6.6 溶劑對膜材質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響
    6.7 本章小結(jié)
7 膜孔的濕潤率對疏水性膜傳質(zhì)性能的影響
    7.1 引言
    7.2 理論部分
        7.2.1 固體表面濕潤原理
        7.2.2 雙膜理論和總傳質(zhì)系數(shù)
        7.2.3 新數(shù)學(xué)模型的建立
    7.3 實驗部分
        7.3.1 實驗裝置及流程
        7.3.2 膜接觸器特性參數(shù)和分析方法
        7.3.3 實驗參數(shù)的獲得
        7.3.4 總傳質(zhì)系數(shù)的實驗值計算
    7.4 結(jié)果與討論
        7.4.1 膜孔全充液和全充氣考察
        7.4.2 壓差ΔP_i對傳質(zhì)性能的影響
        7.4.3 溶液表面張力γ對濕潤性的影響
        7.4.4 吸收溫度對濕潤性的影響
    7.5 本章小結(jié)
8 膜基復(fù)合溶液吸收CO₂過程模擬
    8.1 引言
    8.2 理論部分
        8.2.1 膜傳質(zhì)過程和阻力層方程
        8.2.2 數(shù)學(xué)模型的建立
        8.2.3 模型對復(fù)合溶液MDEA-AMP的處理
        8.2.4 模型對復(fù)合溶液MDEA-PZ的處理
        8.2.5 微分方程數(shù)值求解
    8.3 實驗裝置及流程
    8.4 結(jié)果與討論
        8.4.1 復(fù)合溶液MDEA-AMP過程模擬結(jié)果與討論
            8.4.1.1 交互作用和濕潤性對傳質(zhì)過程模擬的影響
            8.4.1.2 模型對膜組件氣相出口組分的模擬
            8.4.1.3 不同膜組件傳質(zhì)過程的模擬
        8.4.2 復(fù)合溶液MDEA-PZ過程模擬結(jié)果與討論
            8.4.2.1 膜孔濕潤率對氣相出口濃度的影響
            8.4.2.2 氣液速對脫除率影響的模擬
            8.4.2.3 MDEA-PZ復(fù)合溶液和MDEA溶液的總傳質(zhì)系數(shù)的比較和過程模擬
            8.4.2.4 液相CO₂負載對傳質(zhì)性能的影響
    8.5 本章小結(jié)
9 復(fù)合溶液的密度、粘度和表面張力及其CO₂的溶解度測定
    9.1 引言
    9.2 實驗部分
        9.2.1 實驗試劑
        9.2.2 實驗原理、儀器、裝置和步驟
            9.2.2.1 密度與粘度
            9.2.2.2 表面張力
            9.2.2.3 溶解度
    9.3 儀器校正及誤差分析
    9.4 結(jié)果
        9.4.1 氨基酸鹽及其復(fù)合溶液的密度
        9.4.2 氨基酸鹽及其復(fù)合溶液的粘度
        9.4.3 氨基酸鹽及其復(fù)合溶液的表面張力
        9.4.4 混合溶液MDEA-AMP物性數(shù)據(jù)
        9.4.5 CO₂在氨基酸鹽及其復(fù)合溶液中的臨界溶解度
        9.4.6 CO₂在MDEA-AMP混合醇胺溶液中溶解度
    9.5 討論
        9.5.1 添加活化劑對密度的影響
        9.5.2 活化劑對復(fù)合溶液粘度的影響
        9.5.3 活化劑對復(fù)合溶液表面張力的影響
        9.5.4 混合溶液MDEA-AMP的組成對物性的影響
        9.5.5 CO₂吸收過程中氨基酸鹽溶液和復(fù)合溶液pH值變化規(guī)律
        9.5.6 氨基酸鹽溶液和復(fù)合溶液CO2負載隨時間的變化規(guī)律
        9.5.7 總堿度對氨基酸鹽溶液和復(fù)合溶液臨界溶解度的影響
        9.5.8 混合氣中CO2濃度和溫度對溶解度的影響
        9.5.9 混合溶液的組成對溶解度的影響
    9.6 本章小結(jié)
10 基于氨基酸鹽的新型膜基復(fù)合溶液及其增強因子的測定
    10.1 引言
    10.2 理論部分
        10.2.1 氨基酸的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
        10.2.2 活化效應(yīng)和反應(yīng)機理
    10.3 實驗部分
    10.4 操作因素影響的考察結(jié)果與討論
        10.4.1 吸收劑GLY和ALA吸收性能比較
            10.4.1.1 液速對出口氣相CO₂濃度的影響
            10.4.1.2 流速對K_Ga和η的影響
            10.4.1.3 吸收液氨基酸鹽濃度對K_Ga的影響
        10.4.2 有機胺活化劑AMP和PZ對傳質(zhì)性能的影響
        10.4.3 無機鹽活化劑K₃PO₄和KH₂BO₃對傳質(zhì)性能的影響
        10.4.4 有機胺活化劑和無機鹽活化劑活化性能的比較
        10.4.5 膜接觸器運行的穩(wěn)定性考察
        10.4.6 小結(jié)
    10.5 膜吸收過程中復(fù)合溶液化學(xué)增強因子的測定
        10.5.1 理論基礎(chǔ)
        10.5.2 數(shù)學(xué)模型
        10.5.3 增強因子E實驗測定值
        10.5.4 增強因子測定的結(jié)果與討論
            10.5.4.1 Ha數(shù)對增強因子的影響
            10.5.4.2 GLY溶液增強因子的測定
                10.5.4.2.1 吸收劑濃度和液速對增強因子的影響
                10.5.4.2.2 氣液流速對增強因子的影響
            10.5.4.3 復(fù)合溶液增強因子模型值與實驗值的比較
    10.6 本章小結(jié)
11 膜接觸器和填料柱傳質(zhì)性能的比較
    11.1 引言
    11.2 實驗內(nèi)容
        11.2.1 實驗裝置與操作條件
        11.2.2 傳質(zhì)性能評價指標(biāo)
    11.3 結(jié)果與討論
        11.3.1 膜接觸器和填料柱傳質(zhì)特性比較
        11.3.2 總體積傳質(zhì)系數(shù)(K_Ga)的比較
        11.3.3 傳質(zhì)單元高度(HTU)的比較
    11.4 膜接觸器應(yīng)用
    11.5 本章小結(jié)
12 結(jié)論
    12.1 概述
    12.2 本文得出的結(jié)論
    12.3 本文創(chuàng)新點
    12.4 展望
致謝
參考文獻
發(fā)表的論文和成果
申請的發(fā)明專利:



本文編號：3798373

boshi