叔丁醇-二甲苯混合蒸汽的精馏过程模拟与优化

通过Aspen Plus软件对叔丁醇-二甲苯混合蒸汽的精馏工艺进行了模拟运算,分析了理论塔板数、进料口位置、回流比对分离效果的影响,优选出最适宜的工艺条件：理论塔板数为13块,进料口位于第8块塔板气相部分,回流比为0.8,在此工艺条件下,塔顶温度为82℃,塔顶叔丁醇含量为99.8%,塔底温度为137℃,二甲苯含量为99.5%;当进气量为100 kg/h时,冷凝器的热负荷为-18.42 kW,再沸器热负荷为3.6 kW,比将尾气冷却收集后再精馏的传统工艺能耗降低了84.8%。     

变压精馏分离甲醇-丙酮的工艺模拟及优化

采用Aspen Plus软件,以塔釜能耗为目标,以甲醇、丙酮纯度为约束函数,对双效变压精馏分离甲醇-丙酮工艺过程进行模拟。分析了操作压力、理论板数、回流比、进料位置和进料温度等参数对精馏过程的影响。确定了最优工艺参数：减压塔操作压力40 kPa,理论板数37,回流比2.4,进料塔板数26,进料温度25 ℃;常压塔理论板数30,回流比4.2,进料塔板数23。减压塔所得甲醇质量分数为99.0%,常压塔所得丙酮质量分数为99.7%。对比变压精馏和萃取精馏过程,变压精馏更容易得到高纯度丙酮产品,节能约13.4%。模拟结果对工业设计和设备改造具有一定指导意义。     

热集成变压分离碳酸二甲酯-甲醇过程模拟

针对常规变压分离碳酸二甲酯和甲醇工艺能耗较高的问题，文中提出了分离该体系的热集成变压精馏新工艺。采用Aspen Plus软件及Wilson物性方法，以年度总费用最小为目标对两塔的塔板数、进料位置、回流比等参数进行了优化，结果为总塔板数常压塔24块，加压塔11块；进料位置为常压塔第6块，加压塔第7块；回流比常压塔为1.5,加压塔为1.2。加压塔塔顶和常压塔塔底的温差为74℃,满足完全热集成的条件。完全热集成变压分离该工艺总能耗成本为0.114×10⁶美元/a,年度总费用为0.185 8×10⁶美元/a,相比于常规变压精馏工艺，完全热集成工艺可节省能耗约46%,年度总费用节省约39.2%。模拟结果表明：碳酸二甲酯和甲醇产品纯度(质量分数)可达到99.5%,满足分离要求。完全热集成变压精馏工艺可以经济、有效地分离该共沸物。     

基于Aspen Plus变压精馏分离甲苯-正丁醇共沸物的研究

针对甲苯-正丁醇二元共沸体系,采用Aspen Plus软件建立变压精馏分离工艺。物性方法选用NRTL方程,对低压塔和高压塔理论塔板数、回流比等主要参数进行模拟优化,确定了最佳工艺参数:低压塔回流比为0.6,理论塔板数为12;高压塔回流比为3,理论塔板数为30。该条件下最终产品正丁醇的纯度为99.8%,甲苯的纯度为99.6%。     

Aspen Plus模拟甲醇-乙醇-水体系的萃取精馏

利用Aspen Plus软件模拟技术,对甲醇-乙醇-水体系进行萃取精馏模拟计算,并用实验进行验证。考察了三塔萃取精馏过程中的T1塔、B1塔和B2塔的塔板数、溶剂比(质量比)、进料位置以及回流比对分离产物纯度的影响,确定了萃取精馏塔T1的塔板数为25,回流比为0.4,原料进料位置在19块塔板,萃取剂进料位置在第5块塔板,B1塔的塔板数为38,回流比12,进料位置在18块塔板,B2塔的塔板数为20,回流比0.27,进料位置在13块塔板。在此条件下,99.511%的甲醇收率高达99.754%,99.829%的乙醇收率高达99.887%,模拟结果与实验结果数据吻合度较高,说明该萃取精馏过程能将甲醇-乙醇-水体系高效分开,该模型适用于分离甲醇-乙醇-水混合物。     

前脱丙烷预切割分离MTO粗产品工艺的模拟与优化

选择"前脱丙烷"流程对甲醇制烯烃粗产物进行分离。先利用高低塔脱丙烷工艺, 然后经过脱甲烷塔、脱乙烷塔、乙烯精馏塔、丙烯精馏塔, 最终得到聚合级的烯烃产品, 其中脱甲烷工段采用"预切割-油吸收"脱甲烷工艺, 使用耗能较小的中冷分离, 吸收剂选择产自工艺自身的丙烷产品。丙烯精馏工段采用双塔预分流程, 降低塔高。采用Aspen Plus流程模拟软件对脱甲烷工段进行模拟和优化, 选用Radfrac精馏模型和RKS-BM热力学模型进行计算, 对脱甲烷工艺段进料位置、塔板数、回流比进行灵敏度分析, 并确定出丙烷吸收剂的用量和温度, 最终得到纯度为99.98%的乙烯和99.90%的丙烯。     

分隔壁萃取精馏塔分离醋酸水溶液的模拟

提出了一种新的单塔萃取精馏精制醋酸水溶液的新工艺,该工艺采用分隔壁萃取精馏塔(DWC-E)替代常规萃取精馏流程的萃取精馏塔及溶剂回收塔,不仅节省了设备投资,而且降低了总能耗。利用Aspen Plus模拟软件,对DWC-E塔及常规萃取流程进行了模拟。DWC-E塔的操作条件:塔板数40块,侧线精馏段的板数10块,回流比2,溶剂摩尔比2.5,在此条件下,比较了常规萃取精馏流程与分隔壁精馏塔内温度、液相组成及汽液相流量的变化。结果表明,DWC-E塔比常规的2塔萃取精馏流程节能23.91%。     

变压精馏分离醚后C_4中甲醇组分模拟研究

基于Aspen Plus模拟软件,选用UNIFAC物性方法对变压精馏分离C_4与甲醇共沸物过程进行模拟与优化。考察了理论板数、回流比及进料位置对产品质量分数和能耗的影响。确定了较佳工艺条件:加压塔理论板数为30,回流比为1.2,原料进料位置分别为第15块塔板,塔釜C_4质量分数为99.99%;低压塔理论板数为20,回流比为1.2,进料位置为第9块塔板,塔釜甲醇质量分数为99.99%。与传统萃取精馏相比,变压精馏能耗稍高,但无需引入其他组分。     

变压精馏分离甲醇-苯体系的模拟与优化

基于甲醇-苯二元共沸体系的压力敏感性,利用Aspen Plus软件对变压精馏(PSD)分离甲醇-苯工艺进行模拟与优化。采用序贯迭代法,以年度总费用(TAC)最小为目标函数,确定了最佳工艺条件:低压塔理论板数19,原料进料位置为第12块塔板,回流板位置为第9块板,回流比0.7;高压塔理论板数21,进料位置第14块塔板,回流比1,所得甲醇和苯产品纯度均达到了99.9%。同时,探究了变压精馏分离甲醇-苯工艺的部分热集成方案,与传统变压精馏相比可节能42.7%,可为甲醇-苯分离的实验研究及其他共沸体系的分离提供参考。     

己二酸二甲酯催化加氢产物精馏模拟计算

以己二酸二甲酯催化加氢产物为分离对象,设计了3塔连续精馏工艺,并利用Aspen Plus软件对精馏过程进行了模拟计算。采用DSTWU模块进行简捷计算、RADFRAC模块进行严格计算,对回流比、理论塔板数、进料位置进行了优化。结果显示,塔B1、塔B2、塔B3的理论塔板数分别为17、28、11;回流比分别为0.47、0.94、1.73;最佳进料位置分别在10、18、7块塔板。产品中甲醇、正丁醇、2-甲基环戊醇和1,6-己二醇的质量分数分别为99.9%、99.5%、95.0%、99.5%。     

含氧煤层气液化流程爆炸极限分析

大部分含氧煤层气由于技术限制没有被合理利用,而是直接放空,不仅浪费资源,而且污染大气环境。针对某一典型煤层气气源条件和组分特点,设计了一种新型的液化精馏工艺流程,结合HYSYS软件模拟计算结果以及爆炸极限理论,对该液化精馏工艺流程的爆炸极限进行了分析计算,结果表明煤层气中甲烷浓度在压缩、液化以及节流过程中都高于爆炸上限,操作过程安全性比较高。但在精馏塔顶部甲烷浓度开始低于爆炸上限而导致精馏过程存在安全隐患。首先对原料气进行初步脱氧,然后再通过调整精馏塔塔底采出量来控制塔顶杂质气体中甲烷含量,使得其在整个液化及精馏流程中始终高于爆炸上限。分析结果表明,采取安全措施后整个流程都不存在爆炸危险性,甲烷回收率和产品纯度都较高,而且整个流程能耗也比较低。模拟结果显示,所设计的液化及精馏流程对不同气源具有较好的适用性,分析计算结果为含氧煤层气的杂质分离、操作过程的爆炸极限分析以及安全措施的采取提供了一定的参考。     

水合物法分离低浓度煤层气中的甲烷

向模拟煤层气(13.11vol% CH4+86.89vol% N2)中添加5.8mol%四氢呋喃(THF)?0.03mol%十二烷基硫酸钠(SDS)促进剂溶液分离提纯煤层气,考察了压力、温度、反应时间对气体消耗量、反应速率、分解气中甲烷浓度、甲烷回收率和甲烷分离因子的影响,采用色谱分析法分别测定了CH4在剩余气相和分解气相中的浓度。结果表明,压力增加,CH4回收率增大,CH4分离因子增大,CH4分离效果越好;温度是影响甲烷分离因子的关键因素,温度降低,氮气和甲烷竞争进入水合物晶体中,导致水合物相中甲烷浓度降低;温度升高有利于提高水合物对甲烷的选择性。甲烷回收效率最高可达98.65%,分离因子最大为14.83。随反应时间增加,分解气中CH4浓度升高。     

炭分子筛CH4/N2吸附分离

煤层气(CBM)是一种非常规天然气。在中国,煤层气在抽采出来时常混有空气。考虑到安全因素,氧气首先应该被去除。之后,煤层气利用的最重要步骤则是甲烷-氮气混合气体的甲烷高效提浓。本文搭建了双床变压吸附(PSA)装置,选择特定的炭分子筛(CMS)进行CH₄/N₂混合物分离实验研究。由于CMS的动力学吸附特性,氮被吸附在CMS上,带有一定压力的甲烷则连续输出。研究了吸附压力、进气速度和循环周期等因素对吸附过程整体性能的影响。从50% CH₄/50% N₂的原料气可以获得95.45%纯度的甲烷产品,而从30% CH₄/70% N₂的原料气可以获得94.89%纯度的甲烷产品。研究表明,以上3个参数都对分离性能有影响,其中后两者的影响更大。在较低吸附压力和较低进气速度时更容易获得纯度90%以上的甲烷产品。另外,循环周期越短,获得的甲烷纯度越高。     

煤层气在活性炭和炭分子筛上变压吸附分离

变压吸附分离是有效的气体分离提纯方法,采用合适的吸附剂可对煤层气(CH4/N2混合气体)进行高效分离,节约能耗。在单床吸附装置上测量了CH4/N2混合气体在3种活性炭和4种炭分子筛吸附柱上的穿透曲线,并进行实验研究再生条件对吸附剂分离性能的影响。实验结果表明,7种吸附剂均对CH4/N2混合气具有一定程度的分离能力,且高温真空再生后吸附效果更好;但仍需开发出更有效的吸附剂。     

非催化加压甲烷部分氧化制合成气

考察了非催化条件下，温度、压力和进气配比对甲烷部分氧化制合成气的影响，结果表明：甲烷的转化率随温度的升高，压力的增加，进气中氧的增加而增加；产物中合成气含量随温度的升高而增加，最高达81％以上；随着温度的升高，产物中H2／CO存在极值，在本实验的研究范围内，最大可达1．8；进气中氧增多，产物中H2／CO减小；温度升高，或压力增大，CO2的选择性也随之提高．对CO选择性的正交分析表明，进气配比对CO选择性影响最大，压力次之，温度的影响最小．     

MgO对镍基氧载体化学链燃烧性能的影响

采用等体积浸渍法制备了不同MgO含量的NiO/MgO/SiO₂氧载体,利用XRD和TPR对其物化性能进行表征,并以甲烷为燃料在固定床微型反应器中对氧载体进行化学链燃烧性能考察。结果表明,MgO的加入可以提高NiO的分散度,从而提高反应性能;MgO使NiO在低温下较难被还原,显著降低了低温还原过程中的积炭量,提高了CO2选择性;800 ℃下,经过10次氧化还原循环反应,NiO/MgO/SiO₂氧载体颗粒反应性稳定,甲烷转化率维持在99%,CO₂选择性也达到98%。     

Techno-economic evaluation of gas separation processes for long-term operation of CO<Subscript>2</Subscript> injected enhanced coalbed methane (ECBM)

Energy source diversification through development of coalbed methane (CBM) resources is one of the key strategies to make a country less dependent on simple energy resources (e.g., crude oil, natural gas, nuclear energy etc.). Especially, enhanced coalbed methane (ECBM) technology can be expected to secure the resources as well as environmental benefits. However, the raw CBM gas obtained from CO₂ ECBM contains a considerable amount of CO₂, and the CO₂ content increases depending on the operation time of the facility. Considering the changes of the CBM composition, we developed process simulations of the CBM separation & purification processes based on the amine absorption to meet the design specifications (CH₄ purity of product stream: 99%, CH₄ recovery rate: 99%) with different CBM feed gas conditions. Using the developed simulation model, we performed an economic evaluation using unit methane production cost (MPC) considering coal-swelling types and facility operation time, and established an operation strategy under different natural gas market scenarios.     

基于详细反应机理的甲烷部分氧化制乙炔过程模拟

基于Curran详细反应机理,采用CHEMKIN软件对贫氧条件下的甲烷非催化部分氧化过程进行了模拟. 在预热温度为873 K、氧气/甲烷摩尔比为0.55的工业反应器操作条件下,模拟得到的最大乙炔浓度为7.6%(mol),与工业数据相符. 分析了操作参数对自燃诱导时间和产物浓度的影响. 结果表明,当预热温度为823 K时,最大乙炔浓度为7.8%(mol);1023 K时为8.4%(mol). 乙炔浓度在达到最大值后快速下降,因此必须在最大值时通过淬冷等措施及时终止反应以获得最大乙炔收率.     

小型煤矿超低浓度瓦斯蓄热氧化供热技术研究

为利用陕西韩城矿区某小型煤矿抽采的含甲烷体积分数低于8%的低浓度瓦斯,采用现场调研、热量平衡计算相结合的方法,对小型煤矿超低浓度瓦斯蓄热氧化供热技术进行了研究,提出了超低浓度瓦斯蓄热氧化替代燃煤热风炉的技术方案,并分析了该方案的可行性。研究表明:该方案可满足煤矿井筒加热和建筑物供热需求,节省了燃煤燃烧消耗,每年可利用纯瓦斯259万m³,产生195万元的经济效益,减排CO₂(当量)3.6万t。     

煤层气非催化燃烧除氧实验研究

煤层气由于热值及浓度较低,达不到工业利用要求,工业应用中需进行浓缩。由于煤层气中含有氧,给浓缩过程带来了不安全因素,因此在浓缩前必须将氧除去。简要介绍了煤层气除氧的几种方法,并在除氧反应器装置上对煤层气非催化燃烧除氧进行了实验研究。结果发现,通过非催化燃烧法除氧,O2浓度能够降至1%以下;选用的除氧燃料须具有反应活性好、热值低的特点;除氧温度接近600℃时,CH4损失率小于5%,CH4的裂解是造成CH4损失的主要原因。