制氧吸附剂的合成与双回流真空变压吸附空分模拟

作     者：鲁东东 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张东辉

授予年度：2014年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：制氧吸附剂 离子交换 双回流变压吸附 AspenAdsorption 

摘      要：本文采用水热交换法对13X型分子筛进行Li+改性，考察了分子筛种类、交换次数、锂钠比（锂的摩尔量与分子筛中的钠的摩尔量的比值）对交换的影响，同时研究了粘结剂和田菁粉比例、活化温度、活化气氛对吸附剂吸附量的影响。经考察，得到合成LiX型制氧吸附剂的最佳条件：反应体系压力为0.2Mpa（表）、130℃、氯化锂浓度为2mol/L、锂钠比为4、交换4次、每次3h、粘结剂比例为5%、田菁粉比例为2%、活化温度450℃、活化气氛干燥Air。通过SEM、EDS表征分别得到交换前后分子筛结构形貌保持一致和Li+交换度较高。测的了不同温度下改性前后吸附剂的吸附等温线，得到在室温0.12MPa下，N2的吸附量0.75mmol/g，氮氧分离因子为6.2。 分离性PSA（Stripping PSA）和富集型PSA（Enriching PSA）分别只能得到一种轻组分和重组分产品，双回流变压吸附过程（Duplex PSA）能同时得到两种轻重组分产品，是Stripping PSA和Enriching PSA的结合体。Duplex VPSA是一种中间位置进料，塔顶和塔底分别采用轻、重组分回流的变压吸附过程,能够同时得到较高纯度、较高回收率的轻、重组分产品。按照原料气进入低压PL塔或高压PH塔和用轻组分产品A或重组分产品B进行压力重置（Pressure resetting）可分为4种类型。利用Aspen Adsorption模拟软件，以实验室测得自制Li-X氧分子筛的性能参数，分别对低压进料和高压进料两塔Duplex VPSA空气分离进行了模拟研究。 低压进料Duplex VPSA每个循环包含进料/轻组分回流，均压升，重组分产品升压，重组分回流/吸附,均压降，逆向降压六个步骤，在吸附压力2bar和解吸压力0.57bar下能够得到浓度98.08%的氧气和浓度97.57%的氮气，回收率分别为90.32%和98.89%。研究了不同进料位置，均压方式，均压程度和回流比对产品气的纯度和回收率的影响，并与文献上的过程性能进行了对比。同时简单考察了进料位置、回流比对六步骤高压进料的Duplex PSA过程产品纯度和回收率的影响，表明高压进料Duplex PSA同样能得到较高纯度、较高回收率的轻重组分产品。通过对低压进料和高压进料Duplex PSA过程对比，表明两过程均能得到较高纯度、高回收率的轻重组分产品。但在相同进料位置下，低压进料的DuplexPSA一个循环的进料量约为高压进料量的3倍;低压进料Duplex PSA的单位能耗要约为高压进料单位能耗的1/3。结果表明低压进料Duplex PSA过程能够同时得到较高纯度和回收率的氧气和氮气，并且具有较大进料量和较低能耗。