论文部分内容阅读
在石油化工行业中,烯烃-烷烃的分离是一种重要的化工分离过程,其中乙烯-乙烷的分离最为重要。乙烯是现代化工中重要的基础原料,而炼厂干气中富含乙烯,一直以来人们主要采用深冷分离的方式来分离乙烯,但该法装置能耗高,装置投资大,且循环制冷流程也比较复杂。科研工作者们尝试用一种节能、高效的方法以取代深冷分离法,而π络合吸附分离可以优先吸附烯烃的新型吸附分离技术,引起了科研人员的关注,该方法的关键技术就是开发出选择性能优良的π络合吸附剂。干气中含有多种轻质烃类和氢气等成分,首先要把C2、C3组分分离,而我们课题组已做了这方面的基础研究,需要做中试项目为下一步的分离提供原料气。将C3组分分离后,干气中乙烯、乙烷、甲烷和氢气等组分,关键组分是乙烯乙烷,分离技术的关键是制备出乙烯、乙烷分离用的π络合吸附剂。在工业侧线试验装置上测定了干气在活性炭上的吸附穿透曲线,计算得到丙烯的吸附量为0.905mmol/g。考察了放压及真空再生、吹扫再生和蒸汽再生三种方式的效果。结果表明蒸汽再生的效果最好,经240s再生后出口气体中低碳烃类组分已经基本解吸完全。选择活性炭作为π络合吸附剂的载体。考察了10种不同厂家和材质的活性炭,制备了CuCl改性活性炭吸附剂,CuCl/活性炭重量比为1.0,测定了改性前后活性炭的物性参数和乙烯、乙烷在改性吸附剂上的吸附等温线。研究发现：吸附剂的比表面积、微孔体积和孔容等参数大大降低,其原因是大量的CuCl负载后,一方面活性炭因吸附了CuCl而参数减小,另一方面CuCl使活性炭的部分微孔被堵塞；比表面积较大且微孔比表面积较高的活性炭制得的吸附剂对乙烯的选择性较好,其中AC-1对乙烯的选择性最好和AC-8对乙烯的吸附量最大,选择二者作为吸附剂的载体进一步开展后续研究。采用热分散的方法将CuCl负载到活性炭上。与常规的浸渍法相比,热分散法可将不溶于水的CuCl直接负载到载体上。考察了吸附剂制备过程中加热温度、加热时间和CuCl负载量的影响。其中,加热时间为4小时、加热温度400℃是最优的制备条件。随着CuCl负载量的增加,乙烯、乙烷的吸附量都有很大降低,但乙烯与CuCl之间有π络合作用,使乙烯的吸附量下降相对较小,最终乙烯的选择性系数逐渐提高；综合考虑乙烯的吸附量和选择性,对于AC-1而言,最佳CuCl负载量为1.0,乙烯吸附量为1.58mmol·g-1乙烷吸附量为0.46mmol·g-1,乙烯的选择性系数为3.43(40℃、4个大气压下)；在AC-8上,最佳CuCl负载量为1.2,乙烯吸附量为2.4mmol·g-1乙烷吸附量为1.06mmol·g-1,乙烯的选择性系数为2.26(40℃、4个大气压下)。XRD和TEM实验结果表明：吸附剂经加热制备后,可以使CuCl在活性炭表面有效地分散,CuCl负载量较低(0.5g/gAC)时,CuCl能够较好的在活性炭中分散,当CuCl负载量较高,超过了它的分散阈值后,多余的CuCl以晶体的形式分布在活性炭上。测定了压力为8～420.00kPa,温度为30℃、40℃、50℃和80℃条件下,单组分乙烯、乙烷在吸附剂上的吸附等温线,发现温度的升高有利于乙烯的分离。分析了活性炭改性前后的吸附热变化,活性炭经改CuCl’性后,乙烷的吸附热降低,乙烯吸附热增大。用Freundlich模型、Langmuir模型、Langmuir-Freundlich模型对单组分吸附等温线进行拟合,发现Langmuir-Freundlich模型的拟合效果最好。