天然气转化深冷分离制CO和H_2模拟研究

重点分析了天然气转化制CO和H_2工艺中CO-H_2分馏装置的组分物性特点,选择P-R方程来计算低温下各组分的相平衡物性,利用Hysys软件模拟了低温下各组分的精馏及闪蒸分离过程,并给出了运行结果。     

含HFO二元混合工质汽液相平衡性质研究

为了提高环保替代混合制冷工质相平衡数据的计算精度,文中收集了公开发表的7种HFOs/HFCs及6种HFOs/HCs 2类二元混合工质的气液相平衡性质实验数据,分别采用PR方程+VDW混合法则、PR方程+MHV1混合法则+Wilson模型对2类混合工质的气液相平衡性质进行了非线性优化,结果表明:对于HFOs/HFCs,PR+MHV1+Wilson模型计算值与实验结果的压力平均相对偏差为0. 28%,汽相组分的平均绝对偏差为0. 003 5,PR+VDW模型的结果分别为0. 30%和0. 003 6;对于HFOs/HCs,PR+MHV1+Wilson模型计算值与实验结果的压力平均相对偏差为0. 25%,汽相组分的平均绝对偏差为0. 003 7,PR+VDW模型的结果分别为0. 55%和0. 004 8。可见:相比于PR+VDW模型,PR+MHV1+Wilson模型对HFOs/HFCs混合工质的汽液相平衡性质计算精度提升有限,对HFOs/HCs类工质则可显著提升计算精度。     

正十二烷-甲苯-苯酚三元体系液液相平衡数据的测定与关联

为获得研究中低温煤焦油典型组分之间的溶解特性以及指导煤焦油中酚类化合物提取所需的基础数据,在常压下测定了正十二烷-甲苯-苯酚三元体系在303.15、323.15和353.15 K时的液液相平衡数据,得到该体系三元相图。采用Othmer-Tobias方程对不同温度下的相平衡数据进行可靠性检验,相关性系数在0.992以上,表明实验数据可靠性较好,选取NRTL和UNIQUAC模型对所得液液平衡数据进行关联,获得了不同温度下模型参数,计算值与实验值比较表明:NTRL和UNIQUAC模型的计算值与实验值吻合良好,其相对均方根偏差均在1%以内。     

低温甲醇洗汽液平衡计算的探讨

本文提出用于合成氨工艺中低温甲醇洗相平衡计算的新方法。以CH_3OH-CO_2为骨干体系,采用修正的PR方程,通过改进混合规则,引入δ_(ij)~1和δ_(ij)~2两个二元相互作用系数,可以比较精确地求得上述体系的二元相平衡数据。本文还对气体中的溶剂损失作了探讨,並给出了不同温度和压力下,上述体系中各组成的汽液平衡常数。最后,对国内应开展的试验提出了初步的看法。     

PR方程结合vdW混合法则推算二元及三元HFC/HC混合工质

以PR方程结合vdW混合法则,利用建立的二元相互作用系数kij差值关联模型,对11组二元HFC/HC混合工质及5组三元HFC/HC混合工质（HFC32 / HFC125 / HFC134a,HC290 / HC600a / HFC32,HFC125 / HFC143a / HFC134a,HFC32 / HC290 / HFC227ea,HFC32 / HFC125 / HC290）气液相平衡性质进行了推算,并与文献实验数据比较,对压力计算的平均相对偏差分别为2.225%、8.317%、1.433%、0.403%、1.71%,对气相组分计算的平均绝对偏差分别为0.0086、0.0132、0.0054、0.0071、0.0089。结果表明该方法可用于推算二元及三元HFC/HC混合工质气液相平衡性质。     

LNG接收站蒸发计算状态方程选择

LNG物性参数是LNG接收站模型建立、工艺流程模拟计算及研究必不可少的基础数据。以国外实验数据为基础,采用Aspen HYSYS软件分析评价PR、SRK、LKP、BWRS状态方程对气液相组成、焓、密度等物性参数的预测结果,比选汽液相平衡和热力学参数的计算状态方程,建立了LNG接收站储罐蒸发模型,并比较了四种状态方程的准确度。结果表明：PR方程在汽液相平衡计算方面计算精度最高,相对误差为4.70%;LKP方程计算热力学参数最准确,预测误差为2.59%。综合考虑相平衡参数和热力学参数计算精度,PR方程精度最高,预测误差为3.77%。此外,PR方程对LNG储罐蒸发和储罐压力的模拟计算值与现场数据吻合度最好,因此LNG接收站蒸发计算推荐选用PR方程。研究结果对物性参数和LNG接收站蒸发计算状态方程的选择具有借鉴意义。     

基于非平衡级速率模型的低温甲醇洗吸收塔模拟研究

针对低温甲醇洗吸收塔的特点,建立了采用新物性计算方法的非平衡级速率模型,与传统采用PSRK(Predictive Soave-Redlich-Kwong)物性计算方法的平衡级模型模拟结果和实际生产数据进行对比,对低温甲醇洗吸收塔进行模拟研究。研究表明:通过采用新的物性计算方法并优化物性组分参数,非平衡级速率模型较好地反映了实际工况,证明该模型可以应用于低温甲醇洗系统的工艺计算、实际生产的模拟分析以及操作条件的优化,为此装置设计提供可靠技术支持。     

低温液氮洗涤塔模拟计算

本文提出了由PR状态方程计算低温液氮洗体系的汽液平衡时氢的有效偏心因子计算式ωH2=-0.1015/(1～25.2474/MT),通过对低温液氮洗体系的露点、等焓闪蒸计算,证明了该校正方法的可靠性。并用全变量牛顿-拉甫逊法对低温液氮洗涤塔进行了模拟计算,收敛稳定,收敛速度较快。计算结果与国外提供的数据吻合较好。本工作是在M68000型微机上完成的。     

模型煤焦油中酚类萃取的LLE数据测定与关联

针对低温煤焦油中酚类化合物萃取分离的工艺设计和优化所需基础数据的缺失,以环丁砜为萃取剂,分别测定了101.3 kPa下323.15和343.15 K时正庚烷+苯酚/邻甲酚+环丁砜三元体系液液相平衡(LLE)数据和323.15 K时正庚烷+甲苯+苯酚/邻甲酚+环丁砜四元体系的LLE数据,并将结果绘制在三元相图中。利用Bachman方程和Hand方程对实验数据进行了可靠性检验,相关系数R2大于0.98,表明实验数据可靠性较好。采用NRTL模型和UNIQUAC模型对实验数据进行关联,并对二元交互作用参数进行回归。2种模型的均方根偏差均小于1%。结果表明二者均能成功地对LLE实验数据进行关联,相应的二元交互作用参数可用于分离工艺的设计和优化。     

正庚烷-甲苯-糠醛三元体系液液相平衡数据的测定与关联

在常压条件下测定了正庚烷-甲苯-糠醛三元体系在不同温度(293.15,303.15,313.15 K)下的液液相平衡数据。采用Othmer-Tobias方程对不同温度下的相平衡数据进行可靠性检验,相关性系数接近于1,表明实验数据存在较好的可靠性。用NRTL活度系数模型方程对实验数据进行关联,并使用Aspen Plus模拟软件回归计算出了该三元体系的二元交互作用参数,根据实验值和模拟值绘制不同温度下的三元相图。关联计算结果表明:NRTL方程对该三元体系适用性较好,实验值与模拟值之间的均方根偏差在1%以内,数据准确性高。根据实验数据计算出了萃取剂的选择性,为以后实验提供参考。     

混合制冷剂(R600a+R152a+R134)的气液相平衡分析

制冷剂的选取不仅要考虑保护臭氧层,而且也要考虑降低温室效应,开发新型的制冷剂必须要研究制冷剂的热物性。文中基于真实溶剂似导体屏蔽(COSMO-RS)模型,即依据量子化学计算信息和统计热力学理论进行物质的热物性预测。采用COSMO-RS模型研究三元混合制冷剂(R600a+R152a+R134)的气液相平衡性质,并将模拟结果与实验数据进行对比分析,结果表明:三元混合制冷剂(R600a+R152a+R134)气液相平衡时压力的相对误差绝对值最大为7%,组分1(R600a)的气相摩尔相对误差绝对值能够控制在12%以内。组分2(R152a)气相摩尔相对误差绝对值最大为7%。所以模拟数据与实验数据有很好的一致性,同时证明了COSMO-RS模型可用于计算三元混合制冷剂的气液相平衡性质。     

基于多种状态方程模型的冷凝法油气回收对比

冷凝法回收油气过程的模拟计算采用何种状态方程尚无定论,建立油气混合物相平衡模型和组分热物理参数模型,进行油气回收过程模拟的对比。相平衡模型主要由状态方程、物质的量平衡方程、热力学平衡条件方程和模型迭代步骤组成,状态方程包括SRK方程、PR方程、TJS方程和理想气体方程。模拟结果表明:状态方程选用SRK、PR和TJS方程,经实验数据验证,满足精度要求;将油气视为理想气体时,计算结果与实际气体状态方程的模拟结果相差较大,冷凝温度越高,偏差越大,油气混合物在冷凝过程中不能视为理想气体;SRK、PR、TJS和Aspen Plus的模拟结果比较一致,相平衡计算应优先选用SRK或TJS方程。     

基于多种状态方程模型的冷凝法油气回收对比

冷凝法回收油气过程的模拟计算采用何种状态方程尚无定论,建立油气混合物相平衡模型和组分热物理参数模型,进行油气回收过程模拟的对比。相平衡模型主要由状态方程、物质的量平衡方程、热力学平衡条件方程和模型迭代步骤组成,状态方程包括SRK方程、PR方程、TJS方程和理想气体方程。模拟结果表明：状态方程选用SRK、PR和TJS方程,经实验数据验证,满足精度要求;将油气视为理想气体时,计算结果与实际气体状态方程的模拟结果相差较大,冷凝温度越高,偏差越大,油气混合物在冷凝过程中不能视为理想气体;SRK、PR、TJS和Aspen Plus的模拟结果比较一致,相平衡计算应优先选用SRK或TJS方程。     

MH—81状态方程的改进及应用于低温液氮洗过程的汽—液平衡

本文在MH-81状态方程的基础上,引入了一个新的常数A_5,并由两相区的蒸汽压数据确定它。通过对低温液氮洗过程中涉及的五个组分的汽-液平衡和汽化热的计算表明,改进的方程比原MH-81状态方程效果好。另外,本文还提出了一个与密度无关的局部组成型混合法则,计算了低温液氮洗过程的二元汽液平衡,获得了满意的效果。     

低温甲醇洗工艺流程模拟

本文利用PROⅡ软件中的PSRK状态方程建立低温甲醇洗工艺的全流程模拟计算,通过PSRK热力学模型中回归的二元交互作用参数及对体系液体焓值计算的修正,得到的低温甲醇工艺中各流股的温度、流量、组分及比热等模拟数据与工艺包吻合良好,且绝大部分偏差在±2%以内。整个系统的冷量偏差也仅为0.7%,修正后的PSRK状态方程应用于低温甲醇洗模拟计算,具有较高的准确性。     

RG-CPA方程计算超临界CO2-醇体系汽液相平衡

综合考虑缔合作用和密度涨落的影响,将经重整化群修正的CPA方程（RG-CPA方程）扩展到二元体系汽液相平衡的计算。通过一个温度下的汽液相平衡数据回归得到二元交互作用参数,预测其他温度下的相平衡。采用这种方法计算了超临界CO₂与醇二元体系的汽液相平衡性质和临界曲线。结果表明,RG-CPA方程预测超临界CO₂与醇二元体系的气液相组成和密度具有较高的精度,液相组分平均绝对偏差为0.032,气相组分平均绝对偏差为0.019。与原始CPA方程相比,RG-CPA方程能更好地预测气液临界曲线。     

水-乙醇-甲基异丁基甲酮体系液液相平衡数据的测定与关联

在常压下测定了水-乙醇-甲基异丁基甲酮体系在308.15,318.15,328.15 K的液液相平衡数据。用Hand方程和Othmer-Tobias方程对实验数据进行拟合,结果表明:Hand方程拟合效果优于Othmer-Tobias方程。采用NRTL模型和UNIQUAC模型对实验数据进行了关联,回归得到了该三元物系的二元交互参数;并对此物系的相平衡数据进行了预测,由模型计算值和实验值的均方根偏差知,NRTL模型能更好地与实验数据吻合。     

高压下甲醇-大豆油液液相平衡数据的测定与关联

为考察高压下制备生物柴油的原料甲醇与大豆油的相互溶解度,采用高压平衡釜和静态法测定了温度为381．2～472．2K,压力为9．79～19．80MPa条件下甲醇一大豆油二元体系的液液相平衡数据,用PR状态方程对所测的液液相平衡数据进行了关联;PR方程中的参数a和b采用van der Wails单流体混合规则。采用单参数vander Waals模型计算交互参数项aij和bij二者各包含一可调参数kij和lij对可调参数kij和lij采用了与温度无关和与温度有关的2种处理方法,并用实验数据估算了可调参数值。采用与温度无关的可调参数时,用PR方程关联实验数据所得按质量分数计的均方偏差和平均偏差分别为0．0499和0．0222;用与温度有关的可调参数时,均方偏差和平均偏差相应为0．0426和0．0193。结果表明：PR状态方程适用于高压下甲醇与大豆油的液液相平衡计算。     

三元体系KCl–KBr–H_2O 323K相平衡理论计算

根据三元体系KCl–KBr–H_2O相平衡实验数据,回归了该体系中K(Cl,Br)固溶体的组成和平衡液相组成对应的二次方程,对固溶体组成的计算值和实验值进行了对比讨论,计算值的偏差范围在0.36%~3.31%;应用文献报道的Pitzer方程参数与温度的关联方程计算了323 K时该三元体系中盐的Pitzer方程单盐参数,并拟合了该三元体系中固溶体K(Cl,Br)和溴盐关联的活度积。在此基础上应用Pitzer方程和粒子群算法(PSO),对323 K时三元体系KCl–KBr–H_2O的溶解度数据进行理论计算,并用计算出的溶解度数据绘制出该三元体系323 K时的相图,计算结果表明,溶解度的理论计算值与实验值吻合好。     

低温甲醇洗PSRK热力学方程改进与全流程模拟

低温甲醇洗工艺广泛应用于酸性气体净化,但在Aspen Plus软件中,软件自带的热力学方程不能准确模拟该流程。为了提高热力学方程计算的精确度,文中首先使用Aspen Plus软件内置的PENG-ROB,PK-ASPEN,PSRK热力学方程,模拟低温甲醇洗工艺中的脱硫塔和脱碳塔。模拟结果表明:这3个方程的模拟结果和实际数据均存在差距,但PSRK方程的模拟结果和实际数据最接近。在此基础上,文中修正了PSRK方程中部分二元交互作用参数,修正后的PSRK方程能够准确模拟脱硫塔和脱碳塔,关键流股中关键组分的模拟结果与实际数据吻合良好。另外,为了增加模拟的实用性,文中设置了撕裂流股和收敛模块,模拟了低温甲醇洗全流程,为低温甲醇洗流程的设计计算提供了可靠的技术支持。