新型四塔变压吸附提纯氢气过程研究

摘要

该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,着重研究了该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,并利用Clausius-Claperyron方程获得了各气体组份在不同吸附剂上的等吸附热.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.利用H<,2>/N<,2>/CH<,4>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.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,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.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,对新型四塔工艺性能进行模拟.

目录

文摘

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第一章文献综述

1.1引言

1.2氢气纯化

1.3吸附剂

1.3.1活性炭

1.3.2分子筛

1.4变压吸附制氢工艺

1.4.1变压吸附的基本原理

1.4.2变压吸附的基本步骤

1.4.3变压吸附制氢工艺的发展

1.5变压吸附过程模拟的发展

1.5.1气体在固体吸附剂上的吸附平衡

1.5.2变压吸附过程的数学模拟

1.6 小结

参考文献

第二章甲烷、氮气、氢气吸附等温线的测定与吸附过程的动态实验研究

2.1 CH4、N2、H2单组分吸附等温线的测定

2.1.1实验方法

2.1.2实验结果

2.2 CH4、N2、H2在各吸附剂上吸附热的计算

2.3吸附床吸附过程的动态实验研究

2.3.1实验准备

2.3.2实验装置

2.3.3实验步骤

2.3.4实验内容与结果

2.4小结

参考文献

第三章新型四塔变压吸附制氢工艺的实验研究

3.1引言

3.2新型四塔变压吸附实验装置

3.3新型四塔变压吸附工艺的实验研究

3.3.1不同吸附压力下原料气流量对新型四塔变压吸附工艺的影响

3.3.2冲洗进料比对新型四塔变压吸附工艺性能的影响

3.3.3高比表面活性炭在新型四塔变压吸附工艺中的应用

3.3.4中间气体缓冲罐容积对工艺性能的影响

3.3.5变压吸附过程中吸附床内的温度变化

3.4 小结

参考文献

第四章吸附床动态吸附过程的数学模拟

4.1引言

4.2吸附床动态吸附过程的数学模型

4.3模型方程的求解

4.3.1模型方程的无因次化

4.3.2模型方程中参数的求解

4.3.3模型方程的求解

4.4吸附过程的模拟结果分析

4.4.1 LDF常数的确定

4.4.2吸附床层压力降的影响

4.4.3实验结果与模拟结果的对比

4.4.4对吸附过程的模拟预测

4.5小结

符号说明

参考文献

第五章四塔变压吸附制氢过程模拟

5.1引言

5.2新型四塔变压吸附制氢过程的数学模型

5.3新型四塔变压吸附制氢过程模型方程的求解

5.4新型四塔变压吸附制氢过程的模拟结果分析

5.4.1新型四塔变压吸附过程模拟达到稳态的判断

5.4.2新型四塔变压吸附工艺实验值和模拟结果的对比

5.4.3原料气组成对新型四塔变压吸附工艺性能的影响

5.5新型四塔变压吸附制氢工艺与常用四塔变压吸附制氢工艺的比较

5.5.1常用四塔变压吸附工艺数学模型

5.5.2两种不同工艺数学模拟结果的比较

5.6小结

符号说明

参考文献

第六章结论

发表论文情况

致谢