【摘 要】
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氢气是重要的工业生产原料,也是清洁无污染的高热值能源。因此,有效的分离和储存氢气对人类的生产生活至关重要。本文采用一种新型的气体分离技术:吸附-吸收浆液法分离混合气。首先配制ZIF-8/乙二醇-水作为浆液体系,再通过吸附-吸收耦合方式对CH4/H2混合气进行分离研究。最后搭建一套鼓泡塔装置,通过该方法模拟分离焦炉煤气中CH4/H2混合气,探究不同操作条件下ZIF-8/乙二醇-水浆液分离CH4/H2
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氢气是重要的工业生产原料,也是清洁无污染的高热值能源。因此,有效的分离和储存氢气对人类的生产生活至关重要。本文采用一种新型的气体分离技术:吸附-吸收浆液法分离混合气。首先配制ZIF-8/乙二醇-水作为浆液体系,再通过吸附-吸收耦合方式对CH4/H2混合气进行分离研究。最后搭建一套鼓泡塔装置,通过该方法模拟分离焦炉煤气中CH4/H2混合气,探究不同操作条件下ZIF-8/乙二醇-水浆液分离CH4/H2混合气的效果。本论文主要研究内容如下:(1)配制ZIF-8/乙二醇-水浆液,通过吸附-吸收浆液法分别对CH4、H2单组分气体的吸着效果进行研究,考察两种气体在ZIF-8/乙二醇-水浆液中的吸着量以及不同操作条件对CH4和H2吸着能力的影响。结果表明,降低温度、增加压力和增加固含量都有利于浆液对H2和CH4的吸着,相同情况下,CH4的吸着量远远大于H2的吸着量,从而可以使用这种方法对CH4/H2混合气进行分离提纯。(2)采用吸附-吸收浆液法对CH4/H2混合气进行分离研究。在不同固含量、乙二醇含量、压力以及原料气下,探究吸附-吸收浆液法对CH4/H2混合气分离的效果。结果显示,随着固含量的增加,混合气的分离效果越来越好,但是浆液粘度随着固含量的增加而变大,严重影响实验操作,最终将浆液固含量定在35 wt%;少量的乙二醇可以有效的促进混合气的分离,乙二醇含量过高则会抑制混合气的分离,结果表明乙二醇含量为20 wt%时分离效果最佳;压力的增加,混合气的分离效果也会增加;原料气中CH4含量的增加,混合气分离效果逐渐增加。最后还考察了ZIF-8材料重复循环使用的性能,通过XRD和SEM以及实验结果发现,ZIF-8材料具有优异的水热稳定性和再生性。(3)最后搭建了一塔鼓泡塔装置。在鼓泡塔中采用吸附-吸收浆液法对CH4/H2混合气进行穿透实验。考察了不同温度、固含量、压力、进气流量下,混合气在浆液中的穿透时间和分离效果。实验表明:温度升高,穿透时间缩短,混合气分离效果变差;固含量增加,穿透时间增加,混合气分离效果增加,但固含量大于30 wt%后会增加实验操作系数,最终确定固含量为30 wt%;压力增加,穿透时间增加,混合气分离效果增加;进气流量增加,穿透时间大大缩短,分离效果相对最差。
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