膜吸收法分離提純等離子裂解煤混合氣中乙炔技術的研究.pdf

1、等離子煤裂解制取乙炔具有流程簡單、能耗低且基本上對環(huán)境零排放等優(yōu)點,是一種有很強競爭力的乙炔生產方法。然而煤裂解后產生的乙炔中含有大量H2、烯烴(CH4、C2H4、C2H6等)、CO、CO2等,因此從混合氣中分離提純乙炔氣是下游工藝開展的前提和關鍵。膜吸收法作為氣體分離方法已經在多個領域得到廣泛研究,顯示出了較好的優(yōu)勢。本文針對等離子裂解煤混合氣中乙炔,采用膜吸收法進行了分離提純研究,主要研究內容如下:(1)乙炔吸收劑的篩選及吸收劑的吸

2、收、解吸性能研究;(2)根據吸收劑和膜材質的性質,篩選出殼聚糖為膜材料,進行親水性殼聚糖中空纖維膜的制備;(3)選用聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)中空纖維膜進行乙炔混合氣分離研究,考察了氣相流速、液相流速及管件長度對乙炔的吸收率和傳質速率的影響。研究結果如下:
　　(1)考察了甲醇、丙酮、N, N-二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)四種吸收劑對乙炔的吸收、解吸情況。結果表明:100 min時甲醇、丙

3、酮、DMF和NMP中C2H2的質量分數分別為1.27％、2.04%、5.35%和4.93%,四種吸收劑對乙炔的吸收能力:甲醇<丙酮　　(2)采用相轉化法制備殼聚糖中空纖維膜,研究了殼聚糖濃度、致孔劑濃度、凝膠浴條件及干燥方

4、式等因素對殼聚糖中空纖維膜的結構及機械性能影響。結果表明:發(fā)現膜壁上的指狀孔的數量和貫穿性隨著紡絲液中的殼聚糖的濃度增加而減少,隨著致孔劑聚乙二醇2000(PEG2000)的含量的增加而增多,隨著凝膠浴中NaOH濃度的提高而增多。在凝膠浴中NaOH濃度為20%,紡絲液中殼聚糖質量分數為4%,PEG質量分數為10%的條件下制備的中空纖維膜具有較好的孔結構及機械性能。此外研究結果表明采用無水乙醇-正己烷-甘油逐步液液置換干燥的方式可避免殼聚

5、糖中空纖維膜脫水過程中的干癟、塌陷。
　　(3)以聚PVDF中空纖維膜,甲醇為吸收劑進行了乙炔膜吸收研究。結果表明:增大氣相流速,乙炔的吸收率隨之減小,但是傳質速率增加;增大液相流速,乙炔的吸收率降低后而趨于平穩(wěn),傳質速率也隨之降低,然后也趨于固定不變;維持氣液相流速不變,增加膜組件管件的有效長度,乙炔的吸收率增大,而傳質速率下降。當液相流速為1.660×10-5 m/s,氣相流速為0.5490 m/s,膜組件有效長度為30 cm

6、時,乙炔的單程吸收率為23.37%。
　　(4)以 PTFE中空纖維膜,NMP為吸收劑進行了膜吸收實驗。結果表明:乙炔的吸收率隨著氣相流速的增大而減小,而傳質速率也隨之增大;乙炔的吸收率隨著液相流速的增大而增大,傳質速率也隨之增加;維持氣液兩相流速不變,乙炔的吸收率隨著膜組件有效長度的增加而增大,傳質速率降低。當液相流速為4.9788×10-5 m/s,氣相流速為0.4244 m/s,組件管件的有效長度為20 cm時,乙炔的循環(huán)吸