二甲醚吸收工藝條件的研究

1、醸吸收工藝條件的研究3福特一中國研究與發(fā)展基金資助項目，項目號:9712302 3參加工作的還有潘俊軒趙霞譚猗生解紅娟，牛玉琴3 3(中國科學院山西煤炭化學硏究所 太原030001)摘要:采用港劑吸收法分離箱制二甲醸，考察了吸收壓力、溫度、空塔線速、氣液(gjf )比吸收溶劑種類進 塔氣體中dm e的體積分數(shù)以及不同比表面積的填料等諸多因素對dm e吸收率的影響。結果表明，吸收壓力、 吸收溫度對dm e吸收率影響最顯著，而空塔線速、氣液比進塔氣體中dm e的體積分數(shù)y(dm e)以及吸收溶齊 種類對dm e吸收率的影響次之;不同比表面積填料對dm e吸收率影響不明顯。矢鍵詞:二甲醃;吸收;吸收

2、率0前言二甲醜(dm e)為無色易燃氣體,易溶于 水和甲醇等多種有機溶劑。目前，用于替代氯 氟疑作推進劑以減少對大氣臭氧層的破壞；迓 是制取醋肝、醋酸甲酯、汽油等的中問體和年 基化劑。二甲醜十六烷值高，可作柴油潔凈苕 代燃料'，降低n o x等有害氣體排放,實現(xiàn)無 煙燃燒2。降低噪音。二甲醍物性與液化石油 氣相似，在我國可作為民用潔凈燃料彳。二年 醜作為21世紀的潔凈燃料而得到廣泛矢注 是煤的潔凈利用途徑之一。目前，工業(yè)上生產(chǎn) 二甲醸，主要以甲醇脫水法制取。為大規(guī)模矣 產(chǎn)，降低成本，國內(nèi)外研究了以煤和天然氣遅 過合成氣制二甲醸過程。開發(fā)了固定床和漿態(tài) 床制二甲關工藝。在上述過程中，產(chǎn)物

3、是二年 醸和 未轉(zhuǎn)化的合成氣、少量甲醇和坯類。有矢 dm e分離提濃的工作，國內(nèi)外有采用膜分逡 法和溶劑法的報道。本文采用溶劑吸收法濮 制二甲騙，并研究了在dm e吸收過程中不 同操作工藝條件對dm e吸收率的影響。1實驗部分111實驗原理本實驗所用氣源中dm e的體積分數(shù)y (dm e)= 6%12%。在上述dm e組成范圍 內(nèi)對不同壓力下的混合氣體進行了壓縮因子 計算，計算結果z二i。為簡化計算，將吸收過 程中的氣體視作理想氣體，當操作溫度分別為 20、30、40°c,對塔內(nèi)吸收段的溫度分布進行了 測定。結果表明，軸向溫差±1°c;壁溫和中心 溫差±

4、1 °c。因此,可認為dm e在吸收過程中 為等溫吸收。112工藝流程以co+ h2在雙功能催化劑上合成的 dm e為吸收氣源,采用逆流吸收，吸收劑用 高壓微量進料泵從塔頂打入吸收塔，含有 dm e的吸收液從塔底排出。氣源氣體經(jīng)穩(wěn)壓 后，從塔底進人吸收塔，吸收后的尾氣從塔頂 側口排出，由質(zhì)量流量計控制流量，濕式流量 計計暈后在線色譜分析尾氣組成。吸收塔采用0 3qnm x456mm的填料塔。 填料層高度為356mm。113氣體分析氣源氣體和吸收尾氣采用兩臺串聯(lián)sp- 2305色譜儀進行在線分析，六通閥定量進樣。 色譜儀1為gdx 403柱，氫火焰離子化鑒定 器,分析含碳有機化合物c.

5、6疑qm e、甲 醇。色譜儀2采用碳分子篩柱,熱導鑒定器， 分析h2co ch4co2等永久性氣體。兩臺色 儀分析數(shù)據(jù)用ch。尖聯(lián)。1 14 dm e吸收率計算出口尾氣經(jīng)濕式流量計計量為grh?在 混合氣體中含量高，本實驗條件下其衽水中的 溶解度可忽略不計。對h 2做物料衡算,求出混 合氣體的進氣流量grg. = goxh .ft /dm e的吸收率r= (gixyd.i- gox yd.o)gixyd.i)式中:r-dm e吸收率,； gi進塔氣體的體 積流暈,ljf; g。一出塔氣體的體積流暈,ljy; h i進塔氣體中的h2含量出塔 氣體中的h2含量,mol%; yd.i進塔氣體中的 d

6、me含量,mol%;九。一出塔氣體中的dm e 含量,m o 1%115空塔線速彳及氣體在塔內(nèi)平均停留時 間4的計算空塔線速及氣體在塔內(nèi)平均停留時間按 流經(jīng)全塔惰性氣體的體積流量計算。u = g, x (100 心。 kcj/iixd2./)s= voxp x9187jfgox (100 - yd.°人。)式中 -空塔線速;d 填料塔直徑;a氣體在塔內(nèi) 的平均接觸時間,m in； v。一吸收塔容積;p 操作壓力,mpa; rc.o出塔氣體中的co2含116溶解度參數(shù)的計算2 gujft 嚴3ui=抑滬 rxt= 2 (yxa)¥= qxvz (x i.)式中：at/i-液體

7、i從飽和液體到理想氣 體的等溫蒸發(fā)熱,kj ,/iol；“一純液體i在溫度t下的摩蒸發(fā)焙,kj ,/fi o 1；溶解度參 數(shù)，(j./fn3)015; a.-溶液的平均溶解度參數(shù)， (jjft?嚴;i組分的溶解度參數(shù)，(j y on3)015； yi組分的體積分數(shù);vli組分的 摩體積，amjfiol; qi組分的液相含量， mol%； t吸收溫度,k;r氣體常數(shù)2結果與討論合成氣制二甲醜的最適宜的壓力為31(卜41(m pa,本實驗均在31(m pa以下進行，常壓 下dme在水中的溶解度很大，為37ml>fil 水7。采用水為吸收劑最經(jīng)濟簡單。本工作以 水為吸收劑,考察了氣液比、空塔

8、線速、dm e 濃度、吸收溫度以及不同比表面積填料對 dm e吸收率的影響。在合成氣制二甲醍過程 中，同時生成甲醇，作為對比，選擇水、甲醇以 及水與甲醇的混合液做吸收劑，研究了上述吸 收溶劑對dm e吸收率的影響。211氣液比gjt對dm e吸收率的影響以出口惰性氣體的體積流量與吸收溶劑 體積流暈的比表示氣液比圖1示出了 20°c、空塔線速為1199cm於、不同壓力下gj 比對dm e吸收率的影響。在31 (m pa壓力下 r值幾乎與gjt無尖，即使gjf為600時,i 值仍接近100%;而在21cmpa、ll(mpa壓丈 下，圖1 gjt比對dm e吸收率的影響1 g./'

9、= 100; 2<；./= 200;3 gj> 300; 4gjf= 400顯。這是由于壓力增大,dm e的分壓增加，導 致溶解度增大所致。當g/比較低(如100) 時，在11031(mpa壓力下，卩值都接近 100%?？梢姡谳^高的壓力下吸收可選擇較高 的gjf比;吸收壓力在21(m pa以下時，較低 的g/才能得到高的吸收率。212空塔線速對dm e吸收率的影響在吸收過程中，空塔線速低，氣液兩相傳 遞主要靠擴散過程，傳質(zhì)效果差，對溶解度大 的氣體，也能達到較高的吸收率，但處理的氣體量小;空塔線速高，塔內(nèi)液體返混或夾帶現(xiàn) 象嚴重，影響分離效果。可見空塔線速的選擇 對吸收過程是重要

10、的。圖2為20°c、氣液比g f l = 300、不同壓力下，空塔線速對dm e吸 收率的影響。壓力高于21(mpa時,空塔線速對 r值的影響不顯著;而在1pa時,隨著空 塔線速的增加，值下降較快，這可能是由于 氣體在塔內(nèi)的平均接觸時間和dm e在各壓 力下的溶解度不同所引起的。對氣體在塔內(nèi)的 平均接觸吋間進行了計算，結果列于表1。 積分數(shù)y(dm e)對值影響不同，在11(m pa 下，隨著進塔氣體中y(dm e)的增加,r值堆 大；壓力高于21cm pa時，進塔氣體中、 (dm e )對吸收率的影響小，這是由于壓力畐 于21(mpa時,dm e溶解度較大所引起的。以上結果表明，對

11、dm e吸收率影響最大 的因素是壓力，氣液比、空塔線速以及進塔氣 體中yodm e )對其也有影響，但它們的作用受 壓力制約，壓力越低，影響越明顯?？账€速壓力,p.嗣pa110210310019081261615224178114451161013215149119931757151111262135311861359135表1氣體在塔內(nèi)的平均接觸時間,a in75 *7o【!-01.5 2.02.5 3.0圖2空塔線速卩對dm e吸收率的影響1v= 0190cm2v= 1144cm3v= 1199an 於 4y= 2135an 玉從圖2與表1的結果看出，空塔線速從 0190 增加到 213

12、5cm 時,s 下降了 6115% 但壓力高于21(mpa時，值不僅與丫有尖 而且和各壓力下的溶解度有矢。213進塔氣中y(dm e)對dm e吸收率的冕 響圖3為20°c、gjt二300、空塔線速h99an 以及不同壓力下，進塔氣體中dm i 體積分數(shù)y(dm e)對dm e吸收率的影響。莊 卑3 utm斥不同r7力下曲坯氣休巾dm f© 1994-2013 china academic journal electronic壓力p/mpa圖3進塔氣中y(dm e)對dm e吸收率的影響1y(dm e) = 6108%; 2y(dm e) = 7130%;3y(dm e)=

13、 9103%;4y(dm e)= 12134%50100200300400氣液比，g/l214吸收溫度對dm e吸收率的影響圖4吸收溫度對dm e吸收率的影響lt= 20°c；2/= 30°c； 3t= 40°c圖4為21(mp空塔線速廠1199cm不同g 比下吸收溫度對dm e吸收率的影 響。由圖4可見，在相同的g比下，吸收溫度 越低,dm e吸收越完全，即低溫下,gf比對 卩值影響小，溫度升高，影響增大，這是因為, 隨著吸收溫度的升高,dme的溶解度減小, publishing house all rights resented. 相平衡常數(shù)增大，平衡線上移，

14、推動力減小,s 而值下降。215吸收溶劑對dm e吸收率的影響圖5吸收溶劑對dm e吸收率的影響1 水;250%m eoh; 3-m eoh圖5示出了在20 c ' v = 1199cm玉、 2km pa下,吸收溶劑對dm e吸收率的影響。 由圖5可見，當以甲醇(m eoh)作吸收劑,g工 =100- 400時,吸收率都接近100%;水為吸收 劑吋，隨著g上比的增大，吸收率下降，當gf l = 400時，吸收率低于95%;濃度為50%的 甲醇作吸收劑吋，吸收率與甲醇作吸收劑吋 相近，此現(xiàn)象可用溶解度參數(shù)(a)來解釋，即當某 種氣體和液體有相似的溶解度參數(shù)時,氣體在 這種液體中有較高的溶

15、解度。吸收劑及dm e 的值列于表2。吸收劑的值與dm e的 值越接近，則dm e溶解度越大。計算結果與表2溶劑的溶解度參數(shù)a(j,/in 3)015項目水50%m cohm cohdme溶解度參數(shù)a54153381253213617145216填料對dm e吸收率的影響本實驗所用填料為不同直徑的瓷環(huán)。其特 性見表3。圖6示出了 20°c、21(m pa下,不同 比表向積的填料對dm e吸收率的影響。由圖6 可見，當填料比表面積增加一倍吋，有相似的 吸收曲線。隨著比表面積的增加，雖然有效接 觸面積增加,但由于dm e溶解度大,傳質(zhì)面圖6不同比表面積填料對dm e吸收率的影響i s 3； 2s 2； 3s i表3填料特性填料sis2s3幾何盡寸 (mm"nm)0 3x3x0150 4x4x10 6x6x1比表面積(m27fi3)128711006603結論(1) 吸收壓力是影響dm e吸收率的最 主要因素，當吸收壓力高于21(m pa時,空塔 線速、進塔氣體中dm e的體積分數(shù)y(dm e 對其吸收率影響較小;當吸收壓力為p< 吋，隨著空塔線速的增加以及y(dm e)的減 小,吸收率降低。在31(m