基于离子液体的CO2及H2S分离工艺设计与优化研究

摘要

离子液体具有蒸气压极低、吸收效果好、性质稳定等特点，在气体吸收方面极具优势，有望替代传统的有机溶剂。但是离子液体的研究尚停留在实验室研究，还没有实现工业化应用，所以本文针对离子液体作为气体吸收剂，设计一套气体分离小型实验装置，模拟工业化吸收条件的环境。本文选取CO2和H2S为例进行吸收，分别模拟从烟道气中脱除CO2和天然气中脱除H2S的过程。选择较为常规的离子液体[bmim][PF6]为吸收剂。
　　在工艺模拟之前，本文先对[bmim][PF6]的物性参数进行回归，拟合的结果用平均相对误差的绝对值(AARD)进行衡量，计算后所有物性参数的AARD全部都在10％以内。在脱碳工艺模拟中，在经过参数优化后，得到最优操作条件为吸收压力0.5MPa、吸收温度25℃、吸收剂用量0.13L·min-1、初步解吸压力0.32MPa、二次解吸为真空解吸，在此条件下完成了脱碳目标，塔顶混合气中CO2的摩尔分数为0.7％，CO2的脱除率为91.6％，回收率为90.7％，纯度（摩尔分数）为91.1％。利用此流程又进行了脱硫工艺模拟，在经过参数优化后，得到最优操作条件为吸收压力0.55MPa，吸收温度25℃，吸收剂用量0.13L·min-1，初步解吸压力0.3MPa、二次解吸为真空解吸，在此条件下完成了脱硫目标，塔顶混合气中H2S的浓度为3.43mg·m-3，H2S的脱除率为99.9％，回收率为90.2％，纯度（摩尔分数）为94.2％。证明了此工艺流程能够用于气体分离。
　　经模拟之后确定流程可行，对流程中的设备进行设计与选型，主要设备有填料吸收塔、闪蒸罐、柱塞计量泵、真空出料齿轮泵、气体质量流量控制器等。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 离子液体介绍

1．2．1 离子液体简介

1．2．2 离子液体的种类

1．2．3 离子液体的主要特点

1．2．4 离子液体性质的模型预测

1．3 离子液体在吸收CO2、H2S方面的应用

1．3．2 离子液体吸收H2S

1．4 塔设备简介

1．4．1 板式塔简介

1．4．2 填料塔简介

1．5 本文的研究意义及内容

第二章 离子液体相关数据在Aspen Plus中的回归拟合研究

2．1 临界参数

2．2 密度模型方程参数

2．3 粘度模型方程参数

2．4 等压热容模型方程参数

2．5 热导率模型方程参数

2．6 蒸气压模型方程参数

2．7 溶解度模型方程参数

2．7．1 亨利系数模型方程参数

2．7．2 NRTL模型方程二元交互作用参数

2．8 本章小结

第三章 工艺流程的Aspen模拟研究

3．1 脱碳工艺流程模拟

3．1．1 流程简介

3．1．2 模拟流程中模块的选择

3．1．3 流程模拟

3．1．4 参数优化

3．2 脱硫工艺流程模拟

3．2．1 流程简介

3．2．2 模拟流程中模块的选择

3．2．3 流程模拟

3．2．4 参数优化

3．3 本章小结

第四章 工艺装置设备的设计研究

4．1 吸收塔

4．1．1 吸收塔选型

4．1．2 塔径

4．1．3 填料层高度

4．1．4 负荷性能图

4．1．5 材质与壁厚

4．1．6 塔内构件的设计

4．1．7 塔件的布置

4．1．8 吸收塔的示意图

4．2 闪蒸罐

4．2．1 罐体内径

4．2．2 低液位与高液位的间距

4．2．3 气相高度和液相高度

4．2．4 材质与壁厚

4．2．5 设计结果与示意图

4．3 气体流量计

4．4 进料泵

4．5 出料泵

4．6 装置流程示意图

4．7 本章小结

第五章 结论

参考文献

附录

致谢

作者和导师简介