变压过程脱除气体中微量硫化氢的研究

论文摘要

有毒腐蚀性气体硫化氢的脱除工作,随着环境保护要求的提高越来越重要。传统气体脱硫工艺的脱硫剂再生是个很大的问题,而大部分新方法因工艺不成熟在近期内难以推广。本文开发出的变压脱硫工艺,在常规吸附剂上涂渍吸收剂液膜制得新型脱硫剂,仅通过变压就可以实现气体脱硫-再生的连续操作,流程简单、设备紧凑,脱硫剂成本低廉,具有广阔的工业应用前景。本文首先对新脱硫工艺进行了基础性研究。首先是对脱硫剂载体进行的结构表征,并用其对含190ppm硫化氢的甲烷气进行加压脱硫及常压吹扫实验,证明涂渍适量浓度的涂渍液可使脱硫剂的脱硫容量远远大于吸附与吸收的容量之和,并且在常温下用惰性气体吹扫即可使硫化氢浓度在很短时间内降至很低,达到再生目的。该脱硫剂性能稳定,经多次脱硫-再生循环操作后硫化氢穿透容量和涂渍液膜质量保持稳定。由此证明,应用此新型脱硫剂的变压脱硫操作是可行的。在此基础上,本文对变压脱硫过程的工艺条件进行了选择性实验。通过对载体、涂渍液、涂渍液负载比、操作压力、装料高度、处理气量/床层空塔线速度以及环境温度等因素的影响研究,确定出变压脱硫工艺较适宜的脱硫剂是负载26%TEA的粗孔微球硅胶,操作压力是0.43MPa,床层空塔线速度是0.021m/s。在上述工艺条件下,进行了该脱硫工艺的连续变压操作实验。考察了脱硫时间、均压时间、放空时间、吹扫时间、冲洗比、吹扫气速等各工艺条件对净化气中硫化氢浓度、尾气中硫化氢浓度及甲烷回收率等指标的影响,确定了适宜的变压操作工艺条件。当净化气中硫化氢含量降至5ppm时,冲洗比为0.25,如改善传质性能,冲洗比还可降低。最后本文研究了该工艺连续操作的稳定性,结果证明,连续长时间脱硫操作中,各脱硫指标能迅速达到稳定,而且不随处理时间的延长而降低,因此该变压脱硫工艺可用于工业化生产。在实验研究基础上,进行了新脱硫剂脱硫过程的模拟研究。基于双膜理论,建立的包括轴向扩散及吸收传质在内的模型方程,能较好地描述脱硫过程。模拟结果证明,新型脱硫剂的脱硫过程为气膜传质控制,可以通过提高床层空隙率和减小脱硫剂粒径以加强传质,提高脱硫剂脱硫性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 气体脱硫方法
• 1.1 脱除气体中硫化氢的重要性
• 1.1.1 严峻的生态环境形势
• 1.1.2 硫化氢气体的来源
• 1.1.3 硫化氢气体的性质
• 1.2 现有气体脱硫方法研究进展及存在的问题
• 1.2.1 湿法脱硫
• 1.2.1.1 湿式吸收法
• 1.2.1.2 湿式氧化法
• 1.2.2 干法脱硫
• 1.2.2.1 干式吸收法
• 1.2.2.2 干式氧化法
• 1.2.2.3 吸附法
• 1.2.3 其他方法
• 1.3 气体脱硫新工艺-变压脱硫工艺介绍
• 1.3.1 工艺基础
• 1.3.1.1 色谱分离技术
• 1.3.1.2 变压吸附分离技术
• 1.3.2 变压脱硫工艺相对传统脱硫工艺的创新及意义
• 1.4 本文研究内容概述
• 第二章 变压脱硫工艺基础研究
• 2.1 引言
• 2.2 脱硫剂孔结构研究
• 2.2.1 脱硫剂的制备
• 2.2.2 脱硫剂的表征方法
• 2.2.3 脱硫剂的孔结构分析
• 2.3 脱硫剂脱硫性能研究
• 2.3.1 硫化氢穿透实验
• 2.3.2 穿透曲线与穿透容量
• 2.3.3 NMP 的增浓效应
• 2.4 脱硫剂再生性能研究
• 2.4.1 床层再生实验
• 2.4.2 脱硫剂再生性能
• 2.5 脱硫剂稳定性研究
• 2.6 变压脱硫工艺可行性分析
• 2.7 小结
• 第三章 变压脱硫工艺条件研究
• 3.1 引言
• 3.2 工艺条件比较标准
• 3.3 脱硫剂
• 3.3.1 涂渍液
• 3.3.2 载体
• 3.3.3 TEA 负载比
• 3.4 操作压力
• 3.5 装料高度
• 3.6 处理气量/床层空塔线速度
• 3.7 环境温度
• 3.8 变压脱硫工艺适宜操作条件及该条件下的脱硫性能
• 3.9 小结
• 第四章 变压脱硫工艺连续操作研究
• 4.1 引言
• 4.2 变压脱硫工艺连续操作介绍
• 4.2.1 工艺装置
• 4.2.2 工艺流程及操作时序
• 4.3 变压脱硫工艺各时间参数的确定
• 4.3.1 脱硫时间
• 4.3.2 放空时间
• 4.3.3 吹扫时间
• 4.3.4 均压时间
• 4.3.5 变压脱硫工艺最佳时间参数
• 4.4 冲洗比的确定
• 4.5 连续性实验与运行情况监测
• 4.5.1 连续性实验
• 4.5.2 运行情况监测
• 4.6 变压脱硫工艺尾气处理方案
• 4.7 小结
• 第五章 新脱硫剂脱硫过程的模拟
• 5.1 引言
• 5.2 模型的建立
• 5.2.1 基本假设
• 5.2.2 脱硫过程分析
• 5.2.3 模型方程和定解条件
• 5.2.4 模型参数
• 5.3 模型的求解
• 5.3.1 正交配置法介绍
• 5.3.2 正交配置法求解模型过程
• 5.4 模拟结果分析
• 5.4.1 传质修正系数k 的确定
• 5.4.2 各因素对脱硫过程的影响
• 5.4.2.1 涂渍液负载比
• 5.4.2.2 操作压力
• 5.4.2.3 气体流速
• 5.4.3 实验结果与模拟结果的对比
• 5.4.4 脱硫传质过程分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文情况
• 致 谢