气体分离范文（精选7篇）
气体分离 第1篇
变压吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA)这一概念最初是由德国学者Hkahle在1942年提出的,而后一篇无热吸附净化空气的专利文献在德国发表了。当时,所用的吸附剂是硅胶、活性氧化铝、活性炭等,这些吸附剂对于氧、氮而言,其吸附性较弱,分离系数也较低,难以实现分离。所以,该技术于20世纪50年代才开展逐渐发展起来。20世纪60年代初,美国联合碳化物公司应用变压吸附技术顺利从氢废弃中提纯到氢气。70年代后,变压吸附技术开始被逐步推广开来,尤其是在天然气、工业尾气的提氢、空气的净化与干燥中,该技术获得了广泛应用。1977年,德国用煤研制了碳分子筛,并申请了专利,而后美、日等国试制用碳分子筛变压吸附进行空气分离制氧氮配置。发展至今,变压吸附配置已经商品化,相关仪器的市场竞争也越来越激烈,美国联合碳化物公司的变压吸附制氢、制氧、制氮的仪器在全球获得了竞争优势,其多床工艺制氢的纯度高达99.999%,回收率也超过85%;其专利沸石吸附剂制氮的纯度高达99.95%,制氧的纯度也达到了99.5%。
我国的变压吸附技术也越来越成熟,目前正被广泛应用于化工、钢铁、电子、啤酒、医疗、环保等行业中。在该技术的研究过程中,中国西南化工研究设计院获得了最高的成就,与德国的林德公司、美国的UOP公司并列为全球变压吸附三大专业研究设计院。中国西南化工研究设计院不断地对变压吸附技术进行创新,不仅节约了成本,也简化了操作流程,有效提升了气体分离提纯的综合效益。目前,我国在氢的分离与提纯中,变压吸附技术已经成为主流应用技术,传统的低温、电解等方法也逐步被变压吸附技术所取代。
2 变压吸附技术的基本原理
变压吸附技术的基本原理是,利用吸附剂对吸附质于不同分压下具有不同吸附容量、吸附速度以及吸附力,且于特定压力下对被分离的气体混合物的各组成成分进行选择性吸附,通过加压吸附去除气体混合物中的杂质成分,减压脱附杂质成分后,吸附剂即可获得重生。变压吸附技术的吸附循环周期通常很短,吸附热不排出床外,以供解吸时用,由于吸附热与解吸热的吸附床层温差较小,所以可将变压吸附技术当成是一种等温技术。变压吸附技术的流程可以简单概括为三个环节,即吸附、解吸再生、生压。
3 变压吸附技术的主要特点
对比其他气体分离提纯技术,变压吸附技术具有如下优势:(1)适用性强,耗能少:变压吸附技术的适用性强,能在不同压力范围下进行,部分有压力的起源还可免去再度加压的能量损耗,变压吸附技术在常温下进行气体分离提纯时,还可以免去加热与冷却的环节所造成的能量损耗。(2)产品纯度高,灵活性强:应用变压吸附技术制氢的产品纯度高达99.999%,制氮的产品纯度高达99.95%,制氧的产品纯度也达到了99.5%,操作过程中,还能按照工艺环境的不同,任意改变产品的纯度。(3)工艺流程简单,承受力强:变压吸附技术对水、硫化物、氨、烃类等杂质均有较强的承受力,且其工艺流程非常简单,无需繁杂的预处理工序,能够制氢、制氮、制氧等。(4)智能化程度高,便于操作:变压吸附技术工艺的相关仪器均由计算机控制,智能化程度较高,且非常便于操作,每班仅需稍微巡视便可,且可实现全自动操作,开停车简单、快速,一般只要30分钟就能获得所需产品。(5)调节能力强,操作弹性大:只要稍微调整下变压吸附技术的配置,就可以实现负荷的变化,且还能确保产品质量不受负荷的变化所影响,配置对气体混合物中的杂质含量与压力等条件的变化也有较强的适应性,调节区域也较广。(6)投资少,成本低:变压吸附技术的投资较少,操作成本较低,便于维护,利用率较高。(7)吸附剂使用周期长,正常情况下可使用超过10年。(8)配置可靠性强:变压吸附配置的运动配件只有程序控制阀,而程序控制阀的使用寿命较长,故障率也较低,非常可靠,且具有智能诊断功能,能实现吸附塔的自动切换。(9)环境效益高:排除气体混合物的特性,变压吸附配置在进行气体分离提纯期间不会对环境造成污染,几乎是一种“零污染”操作。
4 变压吸附技术的应用领域
4.1 氢气的回收与提纯
现代工业化生产存在大量的气体混合物,比如钢厂焦炉煤气、炼油厂含氢尾气等,利用变压吸附技术直接从这些气体混合物中提纯氢气,不仅大大减少了操作成本,从焦炉气中提纯氢气的耗能仅为0.4k W·h/Nm3,产品纯度高达99.999%。利用变压吸附技术制氢,其工艺中的吸附压力约为0.8~2.5MPa。初期变压吸附技术的应用局限在于难以对吸附后残留于吸附床中的产品成分进行回收再利用,在此问题的解决上,当前应用最多的是利用多床变压吸附工艺,其流程包括均压与顺向放压两个环节。正常情况下,均压的增加次数与产品的回收率呈正比,增加次数越多,产品的回收率就越高。实践表明,四床流程产品的纯度通常在99%以上,氢的回收率高于75%。按照变压吸附的配置规模,可应用四床、五床、八床、十床流程等。当前,全球最大的变压吸附技术制氢配置在我国试车成功,该配置实现了在12塔与6塔之间的随意转换,其处理气量为34×104Nm3/b,制氢水平为28×104Nm3/b,氢纯度为99.9%,氢回收率为90%以上。吸附技术制氢的成功试车,意味着我国的变压吸附技术已经挺进世界前列。
4.2 空气中富氧的制取
在废水处理、金属冶炼、医疗供氧等领域中,对所需氧气的纯度要求不高,过去常采用的制氧方法是深冷空气分离法。随着变压吸附技术的不断推广与应用,深冷空气分离法慢慢被取代。在从空气中制取富氧的过程中,变压吸附配置的吸附压力通常较低,按照吸附方法的不同,可将变压吸附制氧的工艺分成加压吸附于常压吸附两种。加压吸附工艺的压力范围一般为0.2~0.6MPa,于常压下解吸,该工艺具有仪器简单、操作成本低等优势,但也存在氧回收率、能量消耗大等不足,因此常被应用于不足200Nm3/h的小规模制氧领域中。常压吸附工艺的压力范围一般为0~50k Pa,抽真空解吸,压力范围为-50~-80k Pa,与加压吸附工艺相比,该工艺具有益气复杂、操作成本高、效率高、能耗少等特点。对于常压吸附制氧配置而言,氧气制取的成本主要集中于电耗,这也是判断制氧装置经济性能的决定性因素,当前,最具规模的常压吸附制氧的总体耗能约为0.3k W·h/Nm3,明显低于深冷空气分离法制氧所消耗的能量。所以,在产品单一且纯度要求不高的情况下,可应用常压吸附工艺制氧。
4.3 纯二氧化碳的回收与制取
在尿素生产、焊接保护等领域中,二氧化碳的应用越来越广泛。当前,可用于回收二氧化碳的气体混合物主要包括制氢装置废气、油田伴生气等。在这些气体混合物中,二氧化碳被当成是一种强吸附成分,吸附时,二氧化碳常会残留于吸附床中,因此,应用变压吸附技术制氢或回收二氧化碳所采用的工艺存在较大的差异性,回收、制取二氧化碳主要是从吸附相中制取产品。应用变压吸附技术回收、制取二氧化碳,最佳的压力范围是0.5~0.8MPa,二氧化碳的纯度超过99.5%。气体混合物中的有害成分被净化后,所得产品通常会符合食品级添加剂的相关标准。应用变压吸附技术回收、制取二氧化碳的一个关键环节是脱除合成氨变换气中的二氧化碳,常用的脱碳方法有湿法与干法两种,其中干法更具优势,不仅节能,其净化度、成本、能耗等均较佳。应用变压吸附技术进行尿素脱碳,二氧化碳回收率高达94%。
4.4 一氧化碳的回收与提纯
一氧化碳可用于制取甲醇、醋酸、脂肪酸等羟基化合物。正常情况下,对煤、石油、天然气等进行净化即可获得一氧化碳。转炉煤气中内含约60%的一氧化碳,工业尾气中也常含有大量的一氧化碳。应用变压吸附技术,可提纯工业尾气,进而将其制成碳一化工产品,这样不但能够有效预防因一氧化碳燃烧而形成二氧化碳,也能在一定程度上减少操作费用,提升经济效益。当前,应用变压吸附技术提纯一氧化碳的方法主要有二段法与一段法,其中一段法的应用更具优势。二段法是一种物理吸附,常用的吸附剂主要有分子筛、活性炭等,这些吸附剂的吸附能力排序为二氧化碳>一氧化碳>氢气>氮气,其中一氧化碳是一种强吸附成分,必须进行第一段变压吸附,另在此加压情况下吸附气体混合物中的二氧化碳。一段法一般是建立在高效的一氧化碳吸附剂上,通常需要应用到二段法中的第二段变压吸附以实现一氧化碳的分离,如此一来,不但将铜盐负载于分子筛、活性炭或氧化铝之类的吸附剂上,也在一定程度上提升了一氧化碳的吸附力。我国多家变压吸附技术研究设计机构研制了“一氧化碳—变压吸附”的专用吸附剂,这在有效提升了一氧化碳的选择性与均衡吸附量。
4.5 氯乙烯精馏尾气的回收
利用特殊符合吸附剂,能够在高压下选择性地吸附氯乙烯尾气中的氯乙烯和乙炔,进而从非吸附相中提取满足环保排放标准的净化气体放空。运用真空泵时降低压力可抽空吸附床,让吸附剂上的氯乙烯与乙炔脱附,再回氯乙烯生产装置回收利用,吸附剂也因此得以重生。变压吸附回收所得的氯乙烯精馏尾气经净化后,一般都能够达到国家环保排放标准,也具有较高的社会效益。
4.6 天然气净化与煤气层中甲烷的提纯
天然气中一般含有2%左右的甲烷同类物,这些物质的存在会对天然气原料的质量造成一定的影响。变压吸附技术的应用,能将天然气中的这些甲烷同类物组分脱除。当前,我国已研发出了多种变压吸附天然气净化装置。另外,我国是煤炭生产大国,每年因采煤排放出来的甲烷总量约占全球的30%以上,低浓度煤层气因为甲烷浓度较低也造成其利用率低,这样不但造成了资源浪费,也对自然环境产生了一定的破坏作用。如果能够将低浓度煤层气中的甲烷浓度提升至95%以上,则可将其应用于各种化工领域中,变压吸附技术的应用则可实现这一目标。低浓度煤层气中除了含有甲烷外,还有二氧化碳、氮气、氧气等气体,对这些气体的分离提纯,能够在一定程度上提升煤矿的安全性,不仅减少了环境污染,也能缓解资源短缺问题。事实上,早在1992年,美国UOP公司就已经从天然气中提纯到甲烷,其浓度为96.4%,回收率为85%。
5 结束语
在变压吸附技术不断研发的过程中,其在工业中的应用领域也将越来越广,甚至会延伸到废弃净化与综合利用中。目前,变压吸附技术在氢气的回收与提纯、空气中富氧的制取、纯二氧化碳的回收与制取、一氧化碳的回收与提纯、氯乙烯精馏尾气的回收以及天然气净化与煤气层中甲烷的提纯等领域中所取得的成果已经显而易见。未来在该领域的研究上,变压吸附技术与深冷技术、膜分离技术、变温吸附技术等气体分离提纯技术的联合工艺将是主流,这也会为变压吸附技术的应用开辟新方向。
摘要：变压吸附技术是一种重要的、高效节能的气体分离技术,具有耗能少、投资低、操作简便、可信度高等优势,目前正被广泛应用于工业领域中。随着变压吸附技术的不断成熟,其在气体分离提纯中的应用价值越来越高。本文就变压吸附技术的发展概况、基本原理、主要特点以及应用领域进行如下综述。
关键词：变压吸附技术,气体,分离,提纯,应用
参考文献
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气体膜分离技术的应用及发展前景 第2篇
1 进行气体分离膜所需要的关键材料
气体分离膜技术的实施需要几个关键材料, 根据材料性能上的差异, 可以把膜材料分为高分子材料、无机材料和金属材料三种, 详细的说明如下:
1.1 高分子材料
高分子材料的组成成分并不是单一的, 主要是由聚二甲硅氧烷、聚砜、醋酸纤维素、乙基纤维素等早期气体所合成。在分离膜材料的实际应用中, 通常也采用其他的成分应用在分离膜领域。目前大量的研究工作者开始对高性能的气体分离膜进行多面钻研, 尽力找出各类聚合物的分子结构与气体分离性能两者之间的联系。通过实际应用可得应用高分子具有很高的透气性, 在气体分离领域有着很多的应用, 并且取得了很好的应用效果。
1.2 无机材料
和高分子材料一样, 无机也是一种合成材料, 目前主要有陶瓷膜, 微单玻璃膜, 金属膜和碳分子薄膜等作为主要成分合成的无价材料。具有良好的化学性能和热稳定的无机材料, 它可以在更高的温度下工作, 强酸性环境, 沸石膜的无机晶体结构, 具有良好的耐高温和化学降解性能, 但缺点是该分子膜的制备环境需要达到一定的条件, 目前只能在实验室中生产, 在其他工厂由于无法运用严格的技术设备进行控制而无法量产。目前应用最多的就是无机陶瓷材料, 因为其与无机膜和玻璃膜相比具有许多特点使得生产工艺简单, 易于生产, 其过滤面积大, 能够使气体分离更加彻底。
1.3 金属材料
这里所指的金属材料, 并不包括所有的金属, 而主要是稀有金属, 尤其是钯以及合金材料, 在分离膜技术上具有较好的应用, 一般用于H2的分离。钯银合金的特点使得其在分离膜的构成材料上得到较好的应用, 这主要在就在纯钯在气体分离的过程中会变脆, 影响分离的效果。目前, 钯膜材料已应用于加氢、脱氢及氢氧化等过程。
2 气体分离膜的应用
根据市场和油田企业的需要, 气体膜技术的应用也越来越广泛, 实际应用主要包括:
2.1 有机蒸汽的净化及回收
气体分离膜的应用是较为广泛的, 在石油、化工和喷涂等行业中都是必不可少的, 主要原因在于在这些行业的生产经营过程中, 都会释放出大量的有机蒸汽, 这些气体所含的许多有机物是有毒的, 而且气体中有些成分还易燃易爆, 如果不对它们进行合理的处理, 及时的进行净化, 整个企业的安全就存在着较大的威胁。正因为如此, 才需要运用气体膜分离技术, 将这些蒸汽进行较好的分离, 保证环境不被污染, 回收利用有价值的气体。我国自1989年采用了第一套膜法有机蒸汽回收装置 (主要用于汽油罐区的排放气的回收) 以来, 经过了多次改良, 目前已经能够较好运行, 一套膜的使用寿命长达4年之久, 这充分表明了气体分离技术的进步和发展。在有些化学工厂中, 运用了气体膜分离技术, 不但会给企业带来更多的具有经济价值的气体, 还能对周围的环境进行保护, 这样就为企业增加额外的经济效益, 为企业的进一步发展准备了条件。
2.2 气体脱湿
进行气体分离技术的过程中, 还需要对气体进行脱湿处理, 一般情况下, 气体脱湿主要包括天然气脱湿、空气脱湿两种。天然气脱湿主要是处理水溶液中的第二天然气, 在处理过程中, 尤其是寒冷的冬天, 必须及时对水中的天然气进行处理, 且天然气的含水量要低于6立方米。从膜中的酸性气体脱除天然气中分离, 而且去除水分, 因此没有额外的空气干燥脱水设备。在这方面, 传统的机械设备不但投资大, 效果不佳, 而且操作起来比较繁琐。因此, 气体脱湿过程中采用一般是空气除湿, 其设备操作起来比较简单, 且分离效果也符合技术要求。经过空气除湿后, 空气露点温度为60~40℃。达到标准的天然气管道, 将需要的水分去除, 膜分离, 其原理就是天然气自身的压力作为分离动力, 这样一来能源就会大大的节约, 这种去湿过程不会添加分离剂, 容易操作和控制。
2.3 天然气中H2的脱除及油田二氧化碳回收利用
事实上, 在上世纪80年代开始, 国外的一些石油企业就已经采用了三次采油的方法, 这个步骤主要是将二氧化碳压入进行自喷称为一次采油, 然后进行注水采油称为二次采油, 这两个过程采油比较多, 而当油井枯竭时, 还需要进行第三次采油, 也就是对残留在井中的余油进行开采。当然, 除了油田企业使用气体分离技术外, 在对城市垃圾进行处理和沼气分离中也要采用, 基本是运用二氧化碳分离膜进行分离。处理天然气使采用膜技术, 不但具有装置小易于操作的特点, 还具有良好的分离效果。
3 气体膜分离技术的发展趋势
气体膜分离技术也在飞速发展, 出现的新科技也随之增多, 目前发展趋势主要有以下几个方向:
3.1 不断开发研制高效的气体分离膜材料
经过研究表明, 聚合物的渗透性和选择性是相反的, 也就是说当聚合物的选择性加强的时候, 其渗透量就减少了, 这样的特性就导致其无法进行大规模生产。正因为这样, 科研工作者致力于新的聚合物材料的研究以克服一般聚合物的缺陷, 目前研发的聚酰亚胺就是一个典型的例子。
3.2 积极开发膜组件组合及优化
传统的膜组件主要有空心纤维膜组件、卷绕式膜组件及垫套式膜组件等等, 这几种膜组件各有优点, 但同时又存在着弊端, 就螺旋卷绕式膜组件来说, 其粘合技术较低, 且粘合宽度的减少, 这就需要在今后的科研中不断改进以加强膜分离技术的发展。
3.3 发展集成分离技术
无论哪种技术, 都具有技术边界和经济边界, 膜分离技术也是如此, 正因为这样, 在特定的条件下, 膜分离技术才能发挥出最佳的效果。于是, 在实践中, 需要将膜分离技术与其它技术结合起来, 这样就会实现最优的工艺组合和最低的经济投资, 同时也扩大了气体膜分离技术应用的领域和适用范围, 如采用固体脱硫和膜法脱水相结合, 进行天然气外输前的净化处理。此外, 在净化和回收卤代烃上也研究出了新方法, 就是采用膜分离和冷凝法两者相结合的方法。
摘要：气体膜分离技术对于油田企业的发展来说非常重要, 不但关系到原油是否能充分释放的问题, 对于人们的日常生活也息息相关。目前, 随着科学技术的不断提升和进步, 气体膜分离技术得到了突飞猛进的发展。本文首先分析了气体分离膜的各种材料的使用范围, 着重介绍了气膜分离技术在油气田中的应用, 最后对于我国气体膜分离技术的发展方向进行预测。
关键词：气体膜,分离技术
参考文献
[1]李悦生, 丁孟贤.聚酰亚胺气体膜分离材料的结构与性能[J].高分子通报, 1991 (3) :138[1]李悦生, 丁孟贤.聚酰亚胺气体膜分离材料的结构与性能[J].高分子通报, 1991 (3) :138
气体分离 第3篇
关键词：离子液膜,离子交换法,分离系数
氢气(H2)无色且密度最小,常温下性质很稳定,不易与其它物质发生反应,如遇点燃、加热或使用催化剂等,其活性显著加强。氮气(N2)为空气的主要组成部分,无色无味无嗅且通常无毒,其化学性质也很稳定,但在高温、高能条件下可与某些物质发生化学反应,可借此制备新物质。
目前,分离混合气体方法很多,如低温精馏法(深冷法)、变压吸附法(PSA法)和高分子膜法等。 深冷法能耗高,变压吸附法吸附剂损失多,膜分离法相对能耗低且装置及操作简单[1],故本文采用此法。
离子液体(ionic liquid)即在室温或接近室温(-30~50℃)下呈液态的完全由离子构成的物质,一般由有机阳离子和无机阴离子组成[2]。其易于制备, 几乎无蒸气压,不挥发、不易燃、不爆炸,溶解范围广,极性强,稳定性好不易挥发,且安全无毒,被认为是可替代有机溶剂的绿色溶剂[3]。
目前混合气体分离可采用膜分离技术。此法借助压力驱动,依靠各气体组分在高分子膜表面渗透速率差异来实现分离[4]。其设备简单,操作方便且无相变,耗能小,具有突出优点。研究发现,离子液体支撑液膜法分离H2、N2混合气体确实具有较高的经济价值及广阔的应用前景。离子液体支撑液膜的制备方法有涂布法、浸渍法、加压填充法等,本文采用浸渍法[5]。
1实验试剂及仪器
氢氧型阴离子交换树脂、氯型阴离子交换树脂、 氢氧化钠、甲酸、乙醚、五氧化二磷、氯代1- 丁基-3- 甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3- 甲基咪唑六氟磷酸盐(均为分析纯);1mol·L-1Ag NO3溶液、1mol·L-1HNO3溶液、高纯氢、高纯氮。
U型管式压力计、旋转蒸发器、真空干燥箱、电热鼓风干燥箱、循环水式真空泵、加热带、智能PID控温仪、恒温油浴锅。
2实验方法
2.1 1-丁基 -3-甲基咪唑 甲酸盐([BMIM]HCOO) 离子液体合成
2.1.1树脂预处理及转型
取氯型阴离子交换树脂约200g置于大烧杯, 加入饱和氯化钠溶液,使液层高于树脂层2cm左右,搅拌均匀后静置1h,将此混合物装入离子交换柱,先用蒸馏水淋洗至p H=7为止。再分别用1mol·L-1Na OH和1mol·L-1HCl交替浸泡和淋洗,最后用蒸馏水淋洗至p H=7为止。将1mol·L-1的Na HCO3溶液加入交换柱顶端进行反吹,其间用(HNO3+Ag NO3)混合溶液进行检测,直至无白色沉淀,最后用蒸馏水淋洗树脂至中性。
2.1.2 [BMIM]HCOO离子液体合成
取氯代1-丁基-3-甲基咪唑(瓶装)离子液体放入油浴锅中加热溶化后,配制成0.5mol·L-1的水溶液,将其浸泡于处理完成的离子交换柱中约1h后, 用(HNO3+Ag NO3)溶液检测流出液是否含Cl-。称取稍过量甲酸,加入不含Cl-的流出液中进行中和, 搅拌均匀至无气泡,即得粗品[BMIM]HCOO离子液体。然后将此产品于70℃下进行旋蒸,旋蒸产品用乙醚洗涤2~3次,再次旋蒸,最后将产品置于55℃ 下进行干燥24h,即得浅色、黏稠状[BMIM]HCOO离子液体。
2.1.3树脂的再生
按照类似转型的方法将用过的树脂用1mol·L-1Na HCO3溶液重复处理4~7次即可[6]。
2.2 1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐([BMIM]CH3COO) 离子液体合成
2.2.1树脂预处理
取氢氧型阴离子交换树脂约200g置于大烧杯, 加入蒸馏水混合均匀后静置1h。将此混合物装入离子交换柱,自顶端加入1mol·L-1Na OH溶液,使其液面高出树脂层5cm左右,密封,静置1h。用蒸馏水反复对交换柱进行淋洗,直至流出液澄清无杂质,最后加入蒸馏水使其液面高于树脂层3cm左右,密封备用。
2.2.2 [BMIM]CH3COO离子液体合成
取氯代1-丁基-3-甲基咪唑(瓶装)离子液体放入油浴锅中加热溶化后,配制成0.5mol·L-1的水溶液,将其浸泡于处理完成的离子交换柱中约1h后, 用(HNO3+Ag NO3)溶液检测流出液是否含Cl-。称取稍过量乙酸,加入不含Cl-的流出液中进行中和, 搅拌均匀至无气泡,即得粗品[BMIM] CH3COO离子液体。然后将此产品于70℃下进行旋蒸,旋蒸产品用乙醚洗涤2~3次,再次旋蒸,最后将产品置于55℃下进行干燥24h,即得浅色、黏稠状[BMIM]CH3COO离子液体。
2.2.3树脂的再生
按照类似转型的方法将用过的树脂用1mol·L-1Na OH溶液重复处理4~7次即可[7]。
2.3离子液体支撑液膜制备
本文采用物理浸渍法制备离子液体支撑液膜。 将待使用的离子液体及高分子聚合物膜于55℃干燥12h,取出后将离子液体倒入培养皿,将膜浸渍其中继续干燥12h,取出膜擦干表面残留液体,接着干燥6h后取出备用[8]。
2.4液膜气体透过性能测试
测试前先对液膜进行称重,然后将其置于气体分离设备内,安装好仪器准备实验。打开气体钢瓶旋塞经减压处理后使气体压力达到试验要求,将进气阀关闭,分别记录不同时间下高压侧及低压侧压力数值,直至相邻两时刻压力数值不变。打开放气阀,分别将高压侧及低压侧余气放净,拆卸仪器后将液膜取出称重[9]。
各类液膜对H2/N2的分离系数αA/B可由下式计算得到:
式中:PA，PB为气体渗透系数。
2.5离子液体回收
采用布氏漏斗对液膜进行抽滤,将抽滤所得离子液体进行旋蒸、干燥后密封备用[10]。
3结果及分析
3.1 [BMIM]HCOO离子液体核磁图谱
图1中0.88处三重峰对应于咪唑环取代丁基上甲基上的氢,1.23及1.75处2组三重峰对应于咪唑环取代丁基上中间2个亚甲基上的氢, 3.87处单峰对应于咪唑环上取代甲基上的氢, 4.18处三重峰对应于咪唑环上取代丁基上连N亚甲基上的氢, 7.85处2组双重峰为咪唑环双键两端的氢, 8.52处单峰对应于甲酸根离子甲基上的氢,9.66处单峰对应于咪唑环上2个N之间的氢,据此证实合成产品确为[BMIM]HCOO。
2.2 [BMIM]CH3COO离子液体核磁图谱
图2中0.90处三重峰对应于咪唑环取代丁基上甲基上的氢, 1.23和1.74处2组三重峰对应于咪唑环取代丁基上中间2个亚甲基上的氢, 1.61处单峰对应于醋酸根离子甲基上的氢,在3.87处单峰对应于咪唑环上取代甲基上的氢, 4.18处三重峰对应于咪唑环上取代丁基上连N亚甲基上的氢, 7.86处2组双重峰为咪唑环双键两端的氢,9.98处单峰对应于咪唑环上2个N之间的氢。据此证实合成产品确为[BMIM]CH3COO。
2.3各类聚砜型离子液膜H2/N2分离性能比较
测定各类聚砜型离子液膜在不同温度下的分离系数,结果如图3所示。从图3中明显看到,填充[BMIM]HCOO离子液体聚砜膜相比其他3类对H2/N2分离能力最强,其分离性能随温度升高逐渐下降。同一温度下填充其它类型离子液体的聚砜膜分离性能差别不大,且同种类型聚砜膜在不同温度下分离性能差距亦不明显。
2.4各类聚丙烯腈型离子液膜H2/N2分离性能比较
测定各类聚丙烯腈型离子液膜在不同温度下的分离系数,结果如图4所示。由图4中明显看到, 填充[BMIM]HCOO离子液体聚丙烯腈膜相比其他3类对H2/N2分离能力最强,其分离性能随温度升高逐渐下降。其它类型离子液体的聚丙烯腈膜分离系数较低且与温度变化没有显著联系规律。
2.5 30℃下各类离子液膜H2/N2分离性能比较
分别测定不同离子液膜在30℃下的分离系数, 结果如图5所示。由图5明显看到,30℃时, [BMIM] BF4型聚偏氟乙烯膜、 [BMIM]HCOO型聚砜膜及[BMIM]HCOO型聚丙烯腈膜对H2/N2的分离能力较其他7种强,此3种膜的分离系数均在10以上。
一、聚偏氟乙烯 -[BMIM]BF4;二、聚砜 -[BMIM]HCOO; 三、聚丙烯腈 -[BMIM]HCOO;四、聚偏氟乙烯 -[BMIM]PF6; 五、聚丙烯腈 -[BMIM]BF4;六、聚砜 -[BMIM]CH3COO; 七、聚砜 -[BMIM]PF6;八、聚丙烯腈 -[BMIM]CH3COO; 九、聚丙烯腈 -[BMIM]PF6;十、聚砜 -[BMIM]BF4
2.6 40℃下各类离子液膜H2/N2分离性能比较
分别测定不同离子液膜在40℃下的分离系数, 结果如图6所示。 由图6看到,40 ℃ 时, [BMIM] HCOO型聚砜膜和[BMIM]HCOO型聚丙烯腈膜对H2/N2的分离能力较其他6种较强。
2.7 50℃下各类离子液膜H2/N2分离性能比较
分别测定不同离子液膜在50℃下的分离系数, 结果如图7所示。由图7可以看出,50℃时, [BMIM] HCOO型聚砜膜、[BMIM]HCOO型聚丙烯腈膜及[BMIM]PF6型聚丙烯腈膜对H2/N2的分离能力较其他5种较强。
一、聚砜 -[BMIM]HCOO;二、聚丙烯腈 -[BMIM]HCOO; 三、聚丙烯腈 -[BMIM]PF6;四、聚丙烯腈 -[BMIM]BF4; 五、聚砜 -[BMIM]CH3COO;六、聚丙烯腈 -[BMIM]CH3COO; 七、聚砜 -[BMIM]BF4;八、聚砜 -[BMIM]PF6
一、聚砜 -[BMIM]HCOO;二、聚丙烯腈 -[BMIM]HCOO; 三、聚丙烯腈 -[BMIM]PF6;四、聚砜 -[BMIM]PF6; 五、聚丙烯腈 -[BMIM]BF4;六、聚砜-[BMIM]CH3COO; 七、聚丙烯腈 -[BMIM]CH3COO;八、聚砜 -[BMIM]BF4
2.8各类离子液膜不同温度下H2/N2分离性能比较
图8、9是各类离子液膜在不同温度下的H2/N2分离性能比较。
1. 30℃聚偏氟乙烯 -[BMIM]BF4;2. 30℃聚砜 -[BMIM]HCOO; 3. 40℃聚砜 -[BMIM]HCOO;4. 30℃聚丙烯腈 -[BMIM]HCOO; 5. 50℃聚砜 -[BMIM]HCOO;6. 40℃聚丙烯腈 -[BMIM]HCOO; 7. 30℃聚偏氟乙烯 -[BMIM]PF6;8. 50℃聚丙烯腈 -[BMIM]HCOO; 9. 30℃聚丙烯腈 -[BMIM]BF4;10. 50℃聚丙烯腈 -[BMIM]PF6; 11. 50℃聚砜 -[BMIM]PF6;10.12. 40℃聚丙烯腈 -[BMIM]PF6; 13. 50℃聚丙烯腈 -[BMIM]BF4;14. 40℃聚丙烯腈 -[BMIM]BF4; 15. 50℃聚砜 -[BMIM]CH3COO;16. 40℃聚砜 -[BMIM]CH3COO; 17. 30℃聚砜 -[BMIM]CH3COO;18. 30℃聚砜 -[BMIM]PF6; 19. 30℃聚丙烯腈 -[BMIM]CH3COO
一、30℃聚砜 -[BMIM]BF4;二、40℃聚砜 -[BMIM]PF6; 三、50℃聚砜 [BMIM]BF4;四、50℃聚丙烯腈 -[BMIM]CH3COO; 五、 30℃聚丙烯腈 -[BMIM]PF6;六、 40℃聚砜 -[BMIM]BF4; 七、40℃聚丙烯腈 -[BMIM]CH3COO
从图8、9中可看出,30℃时[BMIM]BF4型聚偏氟乙烯膜、[BMIM]HCOO型聚砜膜对H2/N2分离能力较强; 40℃时的[BMIM]HCOO型聚砜膜及30℃ 时的[BMIM]HCOO型聚丙烯腈膜对H2/N2分离性能稍低于前两者,但明显优于后面各类离子液膜。根据此结果可得出结论:可采用图中前4类离子液膜将N2分离去除以获得H2。
2.9各类离子液膜稳定性分析
对各种不同类型离子液膜进行实验后失重分析,所得结果如表1所示。由表1可知,实验前后离子液膜中离子液体的损失比文献报导的乳化液膜损失小得多,膜性质较稳定。
3结论
气体分离 第4篇
关键词：变压吸附,气体分离,应用,特点
1 对变压吸附技术的认识
变压吸附气体分离技术在我国工业生产领域应用的非常广泛, 也是一种非常重要的气体分离技术。其工作原理是根据组成气体的成分, 在不同固体材料上存在着的吸附差异性进行工作的, 气体的吸附性会随着压力的变化而发生改变, 利用周期性压力变换过程实现最终的气体分离或者提纯。该技术昨早实现的是工业生产中大规模的氢气制作, 后来随着科学技术的提高而得到迅速发展, 装置数量逐渐增多, 规模不断扩大, 使用范围越来越广泛。
我国工业生产中使用变压吸附气体分离技术已经有了很长一段时间, 各个方面已经逐渐完善。尤其是在中小型规模的氢气分离和提纯领域, 该技术已经成为主要的生产方式, 并且占据着主要地位。我国传统的氢气制作技术有低温法、电解法等, 这种气体分离技术工作效率低, 成本高, 而且氢气的纯度也不是很理想, 所以已经被变压吸附技术对的PSA法取代。PSA法在合成氨变换气中脱除二氧化碳技术, 可以使那些小型的合成氨厂改变单一的产品生产结构, 大大增加氨的产量, 降低了能源的消耗, 减低了生产成本。PSA法在一氧化碳提纯方面的应用, 解决了我国原料气提纯的问题, 我国已经从国外引进一批先进的气体合成装置, 用于工业领域的生产。
2 对变压吸附气体分离技术的特点进行研究
变压吸附气体分离技术在我国的应用非常广泛, 不仅仅是工业领域, 还可以以应用在石油、化工、点子、医疗以及环境保护等方面, 与其它的气体分离技术相比, 存在着诸多的优点:
2.1低能耗。变压吸附分离技术的工作压力范围比较大, 可以减少加压的能耗, 降低生产成本;在常温下操作还能省去冷却或加热所消耗的能量。
2.2气体提纯度高, 并且可以进行灵活的调节。在生产氢气的时候, 我们可以根据实际情况的需要, 在大范围内的随意调节制作氢气的纯度。
2.3 在工作时, 可以对多种气体进行分离, 对各种杂物有着较强的承受能力, 操作工艺简单、无需复杂的前期处理。
2.4 装置由计算机控制, 有着较强的自动控制系统, 只需操作员稍微巡视就可以;
2.5 该技术的操作装置有着很强的调节能力, 操作弹性大, 可以在不同的负荷小保证生产出同质量的产品。
2.6 该技术的投资小, 操作成本低, 维护简单, 工作效率高, 是气体分离的首选。
2.7 该技术的使用装置可靠性高, 出现故障的情况非常少, 可以对故障进行自动诊断。
2.8 这技术有利于环境保护, 不会造成环境污染, 符合我国的环境政策。
3 分析变压吸附气体分离技术的主要应用
3.1变压吸附气体分离技术在氢气提纯方面的应用。因为我国许多的工业尾气中存在着大量的氢气, 所以需要用PSA法对工业尾气中的氢气进行分离、提纯。因为石油工业生产的需要, 我国不得不大量制作氢气, 用来满足石油产业。PSA法的出现, 大大减少了氢气供求的问题, 使得石化系统的应用在近几年得到较快的增长。
3.2变压吸附气体分离技术在氧气或氮气制作方面的应用。制作氮气 (氧气) 采用的低温法、PSA法、膜分离技术三种方法之间的的竞争非常激烈, 但是使用PSA法的企业占据着主要地位。随着低能耗方面的要求, PSA法的应用每年都在逐渐上升, 规模不断扩大, 每年都在以30%的增长率迅速增长。
3.3变压吸附气体分离技术在一氧化碳提纯方面的应用。一氧化碳是化学的基础原料气, 以前的提纯技术非常复杂, 成本高, 操作流程复杂, 投资大, 提纯的效果不是很理想, 所以开始广泛的采用变压吸附技术来对一氧化碳进行提纯。一氧化碳的PSA工艺有两种: (1) 一氧化碳专用铜系吸附的吸附工艺; (2) 采用常用的吸附剂物理吸附PSA工艺。
3.4变压吸附技术在二氧化碳分离、提纯方面的应用。为了提高二氧化碳纯度, 减少成本, 增加效益, 采用变压吸附技术来对二氧化碳进行分离提纯, 满足多种工业用途。
4 结语
变压吸附技术对我国的发展有着重要的作用, 我们应该加大研究的力度。我国应该自行研究生产相关的技术设备, 增加我国的经济实力。对变压吸附气体分离技术进行深入的研究, 将其更大范围的推广、应用。
参考文献
[1]郜豫川.PSA技术的研究和发展[A].变压吸附设备技术交流会, 2002.
气体分离 第5篇
海上某油田为同步油田发展, 增加一台1000KW内燃机提升油田电网供应能力。在测试内燃机过程中, 发现机组排烟温度高, 燃烧缸内部有爆炸现象。通过技专业术人员分析, 发现是由于油田天然气重组分偏高所致。油田在国内寻求技术支持, 决定利用气体膜分离技术解决该问题。通过现场测试, 确定该技术能有效分离出天然气的重组分, 进入内燃机的天然气组分完全满足工作要求, 提高了油田电网稳定性, 对油田后期发展具有积极作用。
二、工作异常现象
内燃机安装到位后, 经技术人员检查后决定引入天然气进入机组进行试机。内燃机启动后在调试过程中发现:在机组负荷600k W以上时, 排烟温度偏高达640℃;在机组负荷800k W以上时, 出现爆震现象。严重影响机组工作稳定性, 同时对机组存在损伤, 随后油田决定暂停试机并查找故障原因。
三、原因分析
经厂家技术人员检查解释, 明确了工作异常原因。燃气内燃发动机对燃料气品质有一定要求, 当燃料气中含有过高的重组分时, 会造成燃料路径和涡轮机叶片的积碳, 严重时发动机会产生爆震, 造成点火室的严重损伤, 降低发动机的效率。燃气内燃机厂家技术要求, C3及以上含量不能超过5%, 油田现有的燃气系统给内燃机提供的燃料气不能直接作为燃料 (C3含量达11.25%) , 必须对燃料气进行再次处理。
四、气体膜分离技术
本次运用的气体膜分离技术是一种基于溶解扩散机理的新型气体分离技术, 其分离的推动力是气体各组分在膜两侧的分压差, 利用气体各组分通过膜时的渗透速率的不同来进行气体分离的 (见图1) 。
膜的材料是聚合物膜, 即橡胶态复合膜, 其特性是溶解选择性控制。橡胶态的复合膜主要为三层结构 (见图2) :表面为无缺陷的橡胶态分离层;中间为耐溶剂的微孔膜支撑层, 提供所需的机械强度;无纺布为膜的载体层。根据复合膜的特点, 将上述的复合膜制备成图3所示的螺旋卷式膜组件。原料气进入到组件内在膜片间进行流动, 原料侧和渗透侧的隔网提供流动的通道。由于各气体组分在聚合物薄膜中的溶解扩散系数的差异, 从而导致气体透过膜的渗透速率不同, 各气体组分在膜两侧分压差的作用下, 分子量大、沸点高的气体, 如丙烷、丁烷、戊烷、C6+等重烃膜内的溶解度大, 渗透速率快, 在膜的渗透侧富集, 而渗透速率较慢的气体 (如N2, CH4等) 则在膜的高压侧滞留而被富集, 从而实现与分子量小、沸点低的气体如甲烷、乙烷的分离。
膜分离渗透气量 (J) 与膜面积 (A) 、压差 (指原料气压力与渗透气压力的差值ΔP) 有关, 其关系式如下:
式中:J渗透气量
K分离系数 (常数)
A膜面积
ΔP压差, 指原料气分压与渗透气分压的差值
Pf原料气侧分压
Pp渗透气侧分压
五、实际效果
在投入膜处理装置后, 内燃机试机测试过程未见排烟温度高、缸内爆震现象。数据显示当内燃机带载到800k W时, 排气温度610-620左右, 无爆震现象, 满足工作要求。经气相色谱分析实验测得经膜分离后天然气组分如下:
从数据来看, 绝大部分C3、C4被分离出, 仅占组分含量3.46%, C1、C2含量达96.5%, 满足内燃机对燃料的工作要求 (C3及以上组分含量小于5%) , 说明气体膜分离技术适用于油田工作需要。
由于工业现场不同工况要求, 需要对天然气进行分离。传统工艺技术主要是依靠压缩冷却工艺, 从而将燃气中的重烃组分提取出来。但该工艺存在设备多、体积大、成本高、动设备风险、维护量大等弊端, 而气体膜分离技术能避免这些缺陷, 如下图对比表。
小结
气体分离 第6篇
离子液体种类很多,大体可分为3 种:Al Cl3型、非Al Cl3型及其他特殊离子液体。人为设计合成离子液体非常方便,近年来已有500 余种达商业化标准,可供工业生产和科研工作选用[2]。离子液体合成主要有两种方法:直接合成法和两步合成法[3]。
离子液体与有机聚合物或无机多孔材料复合制成离子液体膜,可用于分离过程。如用在气体分离中可增大其分离效率及选择性,离子液膜具有较高的热稳定及化学稳定性,因此在气体分离方面具有广阔的应用前景[4]。本文利用离子液体支撑液膜对CO2、H2具有不同分离选择性来开展研究。先合成出2 种离子液体[BMIM]BF4和[BMIM]HCOO,然后选用2 种市售离子液体[BMIM]PF6和[BMIM]CH3COO,分别与3 种聚合物薄膜共制成12 种支撑液膜,将其用于测定H2、CO2单一气体在液膜中渗透压的变化,分别计算出H2和CO2在不同支撑液膜中的渗透率和分离系数[5]。通过对比实验结果,筛选出分离CO2、H2混合气体性能优良的离子液膜。
1 实验内容及方法
1.1 实验仪器及试剂
旋转蒸发器、RE-52C真空干燥箱、气体渗透室、U管压差计、布氏漏斗、分液漏斗、抽滤瓶等,602恒温油浴锅,层析柱。
717# 阴离子交换树脂(工业级),氯化钠、氢氧化钠、浓盐酸、浓硝酸(均为分析纯),[BMIM]Cl、Na BF4(分析纯),二氯甲烷、甲酸、无水甲醇、无水乙醚、无水乙醇等, 0.1M硝酸银,酚酞试剂(自制)。
1.2 实验方法
1.2.1 [BMIM]BF4离子液体合成
此反应为氯化1-丁基-3-甲基咪唑与四氟硼酸钠之间发生复分解生成1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,过程如图1 所示。
分别取等摩尔[BMIM]Cl和Na BF4加入圆底烧瓶,加入一定量甲醇溶剂加热溶解,于40℃反应3h,真空抽滤反应液后进行减压蒸馏除去溶剂,随后加入二氯甲烷,再次真空抽滤及减压蒸馏去除二氯甲烷,最后将所得产物进行真空干燥并准确称重[6]。
1.2.2[BMIM]HCOO离子液体合成
取适量阴离子交换树脂置于盛有饱和氯化钠溶液的烧杯中浸泡24h备用。采用湿法装柱将溶胀好的树脂填充入层析柱,先用蒸馏水反复淋洗至中性且无色,然后用1mol·L-1的Na OH溶液以适当的流速反复冲洗6~8h,最后用蒸馏水冲洗至中性待用[7]。
将[BMIM]Cl试剂瓶放入油浴锅内加热融化后称取一定量试剂,加入3 倍体积的蒸馏水混合均匀配成溶液。
将配制好的[BMIM]Cl溶液缓慢倒入层析柱内浸泡处理30min,然后打开旋塞,以适宜流速进行接液,用(HNO3+Ag NO3)溶液检测流出液中是否含有氯离子,不含氯离子的为[BMIM]OH溶液。
向[BMIM]OH溶液中加入稍过量的甲酸进行中和反应,然后旋蒸除去过量的甲酸和水,用乙醚洗涤3 次后加入蒸馏水旋蒸3 次除去乙醚,即得产物[BMIM]HCOO,将其真空干燥后备用。
将使用过的阴离子交换树脂用1mol∙L-1Na OH溶液反复冲洗,检测流出液是否含有氯离子,待检测液中无氯离子存在时,用蒸馏水淋洗至中性即可。
1.2.3 支撑液膜的制备
先将要使用的离子液体及聚合物薄膜真空干燥3h,将干燥好的离子液体倒入烘干的培养皿,然后将聚合物膜称重后浸入离子液体中,用镊子将薄膜反过来浸入并用玻璃瓶塞压住,保证其浸入完全[8]。将浸泡着聚合物膜的培养皿置于真空干燥箱继续干燥24h。用镊子将薄膜取出,将多余液体擦干后继续真空干燥3h即可。
1.2.4 气体渗透性测试
将干燥好的液膜称重后装入渗透性测试设备中,设定加热带温度,待设备温度稳定后进行气体渗透性测试。打开气体钢瓶阀门,达到一定压力后关闭,然后打开减压阀对高压侧气体减压,打开旋钮对渗透性测试设备缓慢进气。观察高压侧U管压差计读数,达到一定值后关闭减压阀及进气阀停止进气。先记下U管压差计的初值,待压差为整数时即可记录数据[9]。重新设置加热带温度,待稳定后即可进行下一组测试。测试完成后打开放气阀将高压及低压侧余气放净后拆卸仪器,取出液膜称重。
各类液膜对气体分离系数αA/B可由下式计算得到:
式中:PA、PB为气体渗透系数。
1.2.5 离子液体回收
液膜中的离子液体[BMIM]PF6遇水会分解而变质,而其它离子液体在使用中结构并未发生变化。因此,除[BMIM]PF6外,将其它使用过的支撑液膜放入抽滤装置中用蒸馏水反复抽滤几次,再将滤液旋蒸后真空干燥,即可将其中的离子液体回收利用。
2 实验结果与分析
2.1 [BMIM] BF4的1HNMR图谱
图2 为[BMIM]BF4的1HNMR图谱。 图2 中,位于0.92×10-6处的三重峰对应[BMIM]BF4中1 号氢原子,1.25×10-6处的多重峰对应2 号氢原子,2.50×10-6处为DMSO溶剂峰,1.77×10-6处的多重峰对应3 号氢原子,4.16×10-6处的三重峰对应4 号氢原子,7.74×10-6、7.68×10-6处的两组单峰分别对应5 号、6 号氢原子,3.84×10-6处的单峰对应7 号氢原子, 9.06×10-6处的单峰对应于中8 号氢原子。以上谱图分析验证了所合成物质确为[BMIM]BF4。
2.2[BMIM]HCOO的1HNMR图谱
图3 为[BMIM] HCOO的1HNMR图谱。图3 中,位于0.88×10-6处的三重峰对应[BMIM]HCOO中的1 号氢原子,1.25×10-6处的多重峰对应2 号氢原子,其中2.50×10-6处为DMSO溶剂峰。1.76×10-6处的多重峰对应3 号氢原子,4.18×10-6处的三重峰对应4 号氢原子,7.83×10-6、7.76×10-6处的两组单峰分别对应5 号、6 号氢原子,3.87×10-6处的单峰对应7号氢原子,9.55×10-6处的单峰对应上述分子式8 号氢原子,8.47×10-6处的单峰对应于9 号氢原子,由以上谱图分析证实所合成产物确为[BMIM]HCOO。
2.3 渗透性测试数据处理
根据公式(1)、(2)对所测数据进行处理,处理方法如下[]:
式(1)中Pdon为供气室压力,Prec为透过室压力;P为渗透系数;t为时间;l为膜厚度。β如式(2)所示:
式(2)中Vdon为供气室容积,Vrec为渗透室容积,A为膜面积。
将所测得数据作图,在图上可得ln(ΔP0/ΔP)与t的线性关系,渗透系数P可以直接由斜率得到,线性关系如图4 所示。
由图4 可知,CO2在30℃下通过[BMIM]CH3COOPAN液膜的渗透系数为:P=(1.524±0.018)×10-4cm2·s-1。
2.3.1 实验所得部分液膜渗透系数
1.PVDF-[BMIM]BF4;2.PVDF-[BMIM]PF6;3.PS-[BMIM]HCOO;4.PS-[BMIM]BF4;5.PS-[BMIM]PF6;6.PS-[BMIM]CH3COO;7.PAN-[BMIM]BF4;8.PAN-[BMIM]CH3COO;9.PAN-[BMIM]PF6;10.PAN-[BMIM]HCOO
2.3.2 各种支撑液膜在不同温度下的分离系数
各种支撑液膜在不同温度下的分离系数 αA/B分别见表1、表2 及表3。
2.3.3 4 种聚砜型支撑液膜在不同温度下的CO2/H2分离系数比较
图6 是各类PS膜对CO2/H2的分离系数比较。由图6 可知,虽然温度升高后分子热运动加剧,但分离系数没有出现较大提高,相反在较低温度下出现了较高的分离系数。如聚砜型[BMIM]BF4支撑液膜在30℃时对CO2与H2的分离系数达到14 以上,表现出较好的分离性能。
2.3.4 4 种聚丙烯腈型支撑液膜在不同温度下的CO2/H2分离系数比较
图7 是各类PAN膜对CO2/H2的分离系数比较。由图7 中明显可以看到,聚丙烯腈型[BMIM]PF6支撑液膜在30℃时相比其他液膜在不同温度下分离优势明显,分离系数可达12 以上。
2.3.5 2 种聚偏二氟乙烯型支撑液膜在30℃的CO2/H2分离系数比较
图8 是两种PVDF膜30 ℃ 下对CO2/H2的分离系数比较。从图8 中明显看出,聚偏二氟乙烯型[BMIM]PF6支撑液膜在30℃时相比[BMIM]PF6支撑液膜分离优势明显,分离系数可达5 以上。
3 结果与讨论
本实验所用几种支撑液膜中,聚砜型[BMIM]BF4支撑液膜在30℃时对CO2/H2的分离效果较好,分离系数达到14以上;聚丙烯腈[BMIM]PF6支撑液膜在30℃时分离系数达到12以上。聚偏二氟乙烯型[BMIM]PF6支撑液膜在30℃时分离系数可达5以上。但使用这几种支撑液膜时,需要在原料侧获得产品。
本实验中所用的支撑液膜稳定性还不高,今后可尝试采用双层结构,以期显著提高液膜的耐压能力,延长支撑液膜的使用寿命;还可通过复合支撑液膜在支撑体或是支撑液膜的表面形成保护层,防止浸在支撑体膜中的液膜流失,从而改善支撑液膜的稳定性,延长其使用寿命。
参考文献
[1]周雅文,邓宇,尚海萍,等.离子液体的性质及其应用[J].杭州化工,2009,39(3):7-10.
[2]李汝雄,王建基.绿色溶剂—离子液体的制备与应用[J].化工进展,2002,21(1):43-47.
[3]赵卫星,姜红波,张来新.咪唑类离子液体的制备与合成[J].贵州化工,2010,35(4):8-13.
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[5]王彩玲,张立志.支撑液膜稳定性研究进展[J].化工进展,2007,26(7):949-956.
[6]柯伟卿.核级氢氧型强碱性阴离子交换树脂的制备[J].核动力工程,1989,10(3):276-279.
[7]薛冠,胡小玲,赵亚梅等.离子液体在支撑液膜中的应用[J].现代化工,2008,28(8):87-90.
[8]王彩玲,张立志.支撑液膜稳定性研究进展[J].化工进展,2007,26(7):949-956.
气体分离 第7篇
1 主要性能参数对比
对仪表本身的技术性能参数进行对比, 见表1。
1.1 量程比对比
高级孔板阀是通过节流件来完成测量的, 所以其量程比通常只有1:3, 随着海洋油气田的开发, 当油气田单井产量或分离器计量油井数发生变化时, 流量范围通常变化较大, 需要更换节流件, 虽然高级孔板阀可进行在线对节流件进行更换, 但同时也增加了现场操作人员的工作量, 并需要现场操作人员掌握更换方法, 在人员安全方面带来隐患, 并在采办时按预期产量变化准备好相应备件, 而气体超声波流量计量程比较大, 在选型时可充分考虑各年份油气井产量变化情况。
1.2 压损对比
由于高级孔板阀的结构有阻流件, 所以, 压损较大, 能耗较大, 而气体超声波流量计则没有压损, 口径越大, 其节约能耗的优势会更明显。
1.3 脉动流影响
高级孔板阀不适合用于脉动流测量, 因为高级孔板阀是靠孔板前后的差压信号来实现流量测量的, 差压信号与流量为非线性关系 (平方关系) , 引压管线会使得信号迟滞及畸变, 节流件也会对脉动波产生阻碍形成波的反射, 而气体超声波流量计可以测量脉动流的强度并消除其干扰。
1.4 湿气体影响
高级孔板阀不适合测量湿气体, 若被测液体为湿气体, 那么在孔板流量计的前端容易积液, 使得差压发生变化。气体超声波流量计具有自检测功能, 如果测量气体为湿气体, 对超声波流量计产生影响时, 仪表自身可以进行修正。
2 现场安装条件对比
通过两种仪表对现场安装条件的要求进行对比, 见表2。
同陆地油田开发相比, 海洋石油平台开发的装备制造费用和施工作业成本巨大, 海洋石油开采平台寸钢寸金, 因此, 对撬装设备的尺寸也限制较大, 而高级孔板阀测量对直管段要求较高, 在有限的撬块尺寸内, 给配管专业设计带来较大困难, 另外, 高级孔板阀对现场安装要求也比较高, 同心度要求很高, 若安装不到位会直接影响其测量精度, 由于高级孔板阀需要配套差压变送器使用, 现场需要安装差压信号管路, 导压管路很容易引起差压流量计测量故障, 在现场安装时, 完全满足高级孔板阀的标准安装条件很困难, 会加大仪表的测量误差, 而采用气体超声波流量计能够很好解决上述问题, 且气体超声波流量计对现场的适用性强, 对压力、流量的波动不敏感, 有较强的过载能力。
3 经济性能对比
1) 一次性投资。高级孔板阀工艺管路相对复杂, 对前后直管段要求较高, 占用空间较多, 配套的阀门、压力变送器、温度变送器、节流件备品、整流器等配套产品多, 虽然单表价格低于超声波流量计, 但整体投资较多。
2) 后期维护费用。高级孔板阀需要经常维护, 节流装置安装在现场长期运营后, 无论管道或节流装置都会发生一些变化, 如, 堵塞、结垢、磨损、腐蚀等, 要定期检查节流件。在线更换后很难保证不泄露, 使差压不准, 难以保证计量精度, 而超声波流量计可实现免维护, 自检功能强大, 且无需更换部件, 探头可以带压更换并清洗, 维护费用明显少于高级孔板阀。
4 总结
通过实际应用, 气体超声波流量计测量天然气与高级孔板阀相比确有很多优点, 但在实际应用中应注意以下问题:
1) 正确选型。应注意气体超声波流量计其理想的工作流速范围 (2.7~27m/s) , 流速太低, 气体超声波流量计的准确度将降低, 从而会出现较大误差, 流速过高, 会出现超声波信号被吹跑, 换能器检测不到超声波信号的情况, 出现计量故障;另外, 还应考虑是否存在声波干扰源, 主要指能产生超声波信号的各种设备, 如, 高速度、大差压的减压设备和消音设备等, 如果这些设备的频率与气体超声波流量计的工作频率接近时将造成超声波流量计工作不正常, 甚至不工作。因此, 选用、安装气体超声波流量计时应该避开存在对流量计产生影响的声波场合。
2) 合理安装。应根据具体情况满足直管段安装要求, 必要时可安装整流器;应采取水平安装方式, 天然气含液较多的场合, 气体超声波流量计及其计量管段的安装位置不应低于其上下游管道, 使得天然气中凝析出来的液体能够随气流被带走, 而不在流量计处堆积, 造成计量故障。
参考文献
[1]将大旭, 郑开银.天然气自动计量教程[M].计量出版社.2004.
[2]王松汉.石油化工设计手册[M].北京:化学工艺出版社.2002.
