离子液体捕集甲醇和甲缩醛的研究

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聚甲氧基二甲醚(DMMn,下同)是一种非常有发展前景的柴油添加剂,在生产过程中,甲醛的存在会影响DMMn产品分离提纯的效果,通过催化加氢的方法可以将之转化为甲醇,但会造成氢气中夹带大量的甲醇以及另一种产物甲缩醛,影响氢气的循环利用且造成设备的损耗,因此尽可能的捕集气体中的甲醇、甲缩醛非常必要。本文通过分子模拟的方式筛选合适的离子液体作为捕集气体中甲醇、甲缩醛的吸收剂,建立并验证热力学模型,设计合理的工艺流程,在绿色节能的前提下达到脱除效果。第一,本研究采用COSMOthermX软件计算气体、甲醇和甲缩醛在240种离子液体中的亨利常数,并计算了氢气/甲醇、氢气/甲缩醛在离子液体中的选择性。分析离子液体种类对捕集气体中甲醇、甲缩醛的影响,并综合考虑离子液体的其他物理特性以及经济性,最终选择1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐([EMIM][BF4])为捕集气体中甲醇、甲缩醛的吸收剂。筛选确定吸收剂后,通过计算体系的表面屏蔽电荷密度分布、混合焓、结合能和弱相互作用,从分子层次分析[EMIM][BF4]捕集气体中甲醇、甲缩醛的机理。第二,筛选出吸收剂后,通过饱和蒸气压实验,得到不同温度、不同组成下的[EMIM][BF4]+甲醇、[EMIM][BF4]+甲缩醛的气液相平衡数据。通过查阅相关文献以及采用UNIFAC模型拟合实验值,得到离子液体与甲醇、甲缩醛的模型参数。将实验结果与UNIFAC模型预测值作对比,发现预测值与实验值得相对偏差较小,证明UNIFAC模型能有效预测离子液体捕集气体中甲醇、甲缩醛。第三,采用实验室吸收设备对离子液体捕集气体中甲醇、甲缩醛进行小试实验,探究离子液体流量对实验结果的影响。Aspen Plus软件中建立与实验相对应的吸收塔数学模型,选用UNIFAC模型并输入相关的模型参数,进行流程模拟。将实验结果与模拟的结果做对比,验证UNIFAC模型用于离子液体捕集气体中甲醇、甲缩醛的可靠性。第四,基于UNIFAC模型可靠性的前提,将离子液体捕集气体中甲醇、甲缩醛流程放大设计为工业规模的工艺流程。通过Aspen Plus软件模拟计算,对流程中的吸收塔和闪蒸罐等的设计参数以及操作参数进行优化,综合考虑各方面因素确定最佳的工艺条件。探索离子液体用于捕集气体中甲醇、甲缩醛的可行性,为工业上利用离子液体捕集挥发性有机物提供基础。
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