吸附法分离天然气中的轻烃

【摘要】： 天然气是一种清洁的能源,其主要成分是甲烷,除此之外,还含有乙烷、丙烷、丁烷等。纯甲烷是化工生产的重要原料,乙烷可以用来制备乙烯,丙烷和丁烷是液化石油气的主要成分。本实验采用吸附的方法将天然气中的各烃类组分分离以实现不同的应用。实验配制了包含C_1～C_4的模拟气1和包含C_1～C_2的模拟气2。实验过程分两个阶段进行,第一阶段是在C_2和C_3之间进行切割,将C_1和C_2分为一组,C_3和C_4分为一组;第二阶段是在C_1和C_2之间进行切割,将C_1和C_2分开。为了工程上的需要,实验选用的吸附剂均为市售多孔材料,分别为两种不同比表面积的13X分子筛、B型硅胶、活性炭。首先是对吸附剂进行筛选,通过一定条件下测定模拟气中不同组分在吸附剂上的吸附穿透时间差异来比较不同吸附剂的吸附容量,通过再生温度的测定来比较吸附剂的再生条件,结合吸附容量和再生温度,筛选最佳吸附剂。然后,用最佳吸附剂测定模拟气在不同温度、不同压力、不同流量下的穿透曲线来比较温度、压力、流量对吸附剂分离效果的影响,以确定C_2～C_3和C_1～C_2的最佳分离条件。最后,通过测定模拟气2的穿透曲线以确定再生条件包括再生气流量、再生时间、再生温度对吸附剂再生效果的影响。 实验结果表明,在C_2和C_3之间进行切割时,最佳吸附剂为B型硅胶,完全再生的条件为:再生温度为50℃;再生气流量为100mL/min,再生时间为15min。在C_1和C_2之间进行切割时,最佳吸附剂为活性炭,吸附容量很大,完全再生的条件为:再生温度80℃;再生气流量为100 mL/min,再生时间为40min。C_2～C_3和C_1～C_2分离的最佳条件为低温、高压。在工程上再生时间为40 min过长,实验通过提高再生温度来缩短再生时间,当再生温度提高到150℃时确定的活性炭完全再生条件是:再生气的流量为17 mL/min时,再生时间为10min;再生气的流量为50 mL/min,再生时间为5min。 【关键词】：吸附法 分离 天然气 轻烃 吸附剂
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TE644
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文献综述8-31
• 1.1 前言8-9
• 1.2 天然气的净化9-12
• 1.2.1 天然气脱硫9-10
• 1.2.2 天然气脱水10
• 1.2.3 天然气脱重烃10-12
• 1.3 天然气存储12-14
• 1.3.1 液化存储12
• 1.3.2 压缩存储12
• 1.3.3 吸附存储12-13
• 1.3.4 湿法存储13-14
• 1.4 天然气中轻烃组分14-15
• 1.4.1 甲烷14-15
• 1.4.2 乙烷15
• 1.4.3 丙烷和丁烷15
• 1.5 天然气组分分离15-21
• 1.5.1 深冷法15-16
• 1.5.2 膜分离16-17
• 1.5.3 吸附法17-21
• 1.5.3.1 吸附分离原理17
• 1.5.3.2 吸附剂再生17-18
• 1.5.3.3 吸附器18-20
• 1.5.3.4 变压吸附20
• 1.5.3.5 变温吸附20-21
• 1.5.3.6 文献实例21
• 1.6 吸附材料21-25
• 1.6.1 分子筛21-23
• 1.6.2 硅胶23
• 1.6.3 活性炭23-25
• 1.7 吸附剂的表征25-28
• 1.7.1 吸附等温线的类型25-26
• 1.7.2 吸附等温线的测定26
• 1.7.3 比表面积测定26-28
• 1.8 色谱分析28-29
• 1.8.1 色谱分析原理28-29
• 1.8.2 色谱定量分析方法29
• 1.9 本论文的研究意义和主要内容29-31
• 第二章 实验部分31-41
• 2.1 实验材料和仪器31-32
• 2.1.1 实验材料31
• 2.1.2 实验仪器31-32
• 2.2 吸附剂的表征32-36
• 2.2.1 低压吸附实验32
• 2.2.2 吸附剂准备32-33
• 2.2.3 参比槽体积确定33
• 2.2.4 吸附槽内自由空间体积确定33-34
• 2.2.5 吸附平衡测定34-35
• 2.2.6 吸附量计算35-36
• 2.3 模拟气的配置36-38
• 2.3.1 配气装置36-37
• 2.3.2 配气操作37-38
• 2.4 色谱分析模拟气的组成38-39
• 2.4.1 色谱使用步骤38
• 2.4.2 模拟气组成分析38-39
• 2.5 实验装置及操作方法39-41
• 2.5.1 实验装置39-40
• 2.5.2 操作方法40
• 2.5.3 吸附剂装床40-41
• 第三章 C_2～C_3的吸附分离41-58
• 3.1 吸附剂的筛选41-51
• 3.1.1 吸附剂的表征41-43
• 3.1.2 吸附穿透曲线43-46
• 3.1.3 吸附剂再生温度测定46-51
• 3.1.4 小结51
• 3.2 吸附条件的影响51-58
• 第四章 C_1～C_2的吸附分离58-75
• 4.1 吸附剂筛选58-65
• 4.1.1 吸附穿透曲线58-60
• 4.1.2 吸附剂再生温度测定60-64
• 4.1.3 小结64-65
• 4.2 吸附条件影响65-70
• 4.3 活性炭再生测定70-75
• 第五章 结论75-76
• 参考文献76-82
• 致谢82

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