SARS患者专用PSA制氧机变压吸附过程的数值模拟:计算结果及分析

数值模拟了吸附时间、吸附压力、进气量、吸附床高度等工艺参数对微型氧氮分离过程的影响,分析了氧含量沿吸附床的演变过程.结果表明:微型氧氮分离过程为一种短周期的变压吸附循环;吸附压力越高,吸附阶段结束时氧气浓度波锋面穿透吸附床的距离越长;进气量越大,要求吸附床高度越大;吸附床长度缩短会导致吸附阶段氧气浓度锋面穿透吸附床;从开始到循环达到稳定状态需要大约15个循环;要想获得较高纯度的产品气,必须保证氧气浓度波锋面前沿不移出吸附床;传质阻力对过程的影响非常大,不能近似认为是瞬时平衡过程.     

快速真空变压吸附制氧的排放气充压过程研究

测试了微型制氧吸附剂的平衡吸附特性,在此基础上选出适合快速真空变压吸附制氧的吸附剂. 针对传统的单塔两步快速变压吸附制氧含量低问题,提出了提高产品气氧含量的单塔快速变压吸附制氧的排放气和原料气组合充压流程,并对该流程进行实验研究. 结果表明:在单塔快速真空变压吸附制氧过程中,采用排放气和原料气组合充压流程可以有效提高产品气氧含量. 充压前排放气的压力和氧含量是影响产品气氧含量的关键参数,采取合适的排放气压力和较高氧含量的排放气可获得更高的产品气氧含量. 在吸附和解吸压力分别为240 kPa和60 kPa时,采用排放气和原料气组合充压的快速真空变压吸附流程可获得氧体积分数90%的产品气,其产氧率为325. 08 L·h-1·kg-1 .     

活性炭变压吸附二氧化硫的传热传质规律

采用两床五步式变压吸附工艺,研究活性炭固定床变压吸附处理SO2过程中的传热传质规律和脱附状态下脱附气的浓缩率的变化规律。研究结果表明:不同吸附高度的温度曲线随变压吸附循环的周期数改变而变化。在实验条件下,传质区主要集中在高度H=0.08~0.15 m处;随着吸附柱高度的增加,气相组分物质质量浓度逐渐降低,并且在400个周期以后开始达到稳定。在床层高度0.60 m以上没有SO2气体存在。SO2在吹扫脱附阶段和真空脱附阶段的不同脱附时刻的脱附气浓缩率均随变压吸附过程先快速升高,然后趋于稳定,当达到稳定时,SO2的脱附气浓缩率随脱附时间的增加而降低。在实验条件下,变压吸附各阶段的最佳时长如下:均压段为3 s,吸附段为170 s,吹扫脱附设为15 s,真空脱附为180 s;脱附气的SO2平均浓缩率为2。     

活塞驱动变压吸附反应器的模型化

建立了活塞驱动的快速变压吸附反应器模型,根据气缸与床层相通时压力、浓度和流率的连续性要求,提出了模型的边界条件。以2AB+C为反应体系,其中C为易吸附组分,A、B为不吸附组分,利用动态模拟软件gPROMS模拟考察了反应器长度、周期长度、活塞运动速率、产品收集速率和基础压力对反应性能和分离性能的影响。     

基于轻组分充压的改进型三塔真空变压吸附工艺富集煤矿乏风瓦斯的实验研究

建立了以活性炭为吸附剂的三塔真空变压吸附实验装置,对循环过程中的充压方式和抽真空排放过程进行了实验研究.采用轻组分从吸附塔上端充压可以在排放气甲烷体积分数相同的情况下,延长穿透时间,提高产品气甲烷体积分数;而在循环中引入抽真空排放步骤也可以在不改变吸附与解吸压力的情况下有效提高产品气中甲烷的体积分数.在此基础上,对同时包含排放气充压步骤和抽排步骤的三塔变压吸附循环流程进行了实验研究.实验结果表明,应用该循环可以在吸附和解吸压力分别为140 kPa和20 kPa条件下将甲烷体积分数为0.2%的乏风瓦斯富集至0.654%,同时甲烷回收率在65%.     

变质量流动吸附床内的速度分布

在气体吸附分离过程中,吸附床内气体流动过程实质上是一个变质量流动过程.借助二维模型对吸附床内气体的速度分布进行了研究,在模型中考虑了吸附引起的质量变化和床层的径向空隙率的分布.结果表明:(1)多孔介质本身对流动有着重整作用,使流动趋于均匀分布,但是进口端的吸附剂受入口效应的影响较大,在此区域速度呈W形分布,部分区域达到流化状态;(2)在吸附步骤,速度在传质区有着较大的变化,在其他的三个步骤内,速度沿吸附剂床层近似线性变化;(3)降压步骤中,床中气体速度较高,对颗粒冲击较大,易引起摩擦和粉化,应合理控制降压速率;(4)气体吸附引起的质量变化对压力和速度有着重要影响,不能轻易忽略.     

对He等惰性气体诱导解吸CO过程的理论研究

在静态进样的质谱分析中,当惰性气体引入真空系统后,原壁面吸附的ＣＯ气体被快速解吸出来．极限真空为１０μＰａ的不锈钢真空系统充入Ｈｅ,Ｎｅ或Ａｒ后,ＣＯ的解吸速度比未充气时提高８倍,Ｈ２和ＣＨ４的解吸速度更快．本文从吸附的位势理论出发,对ＣＯ气体的快速解吸过程进行了理论分析,这种诱导解吸作用有可能用于研究真空装置内某些吸气体的快速除气,采用预充气法提高充气器件内气体的纯度和采用热封离法提高真空器件内的真空度等措施均基于这个原理．     

双塔真空变压吸附富集煤矿乏风瓦斯的流程参数研究

在以活性炭为吸附剂的双塔真空变压吸附实验装置上,研究了双塔真空变压吸附法富集煤矿乏风瓦斯实验中流程参数对富集效果的影响。结果表明:在半周期、充压时间、上均压时间和下均压时间等四个流程参数中,半周期和上均压时间对产品气甲烷体积分数影响最大,其次为充压时间,对结果影响最小的是下均压时间;最好的均压方式是只有上均压,均压时间为0.5s;节流子孔径越小,产品气体积分数越高,减小节流孔径是提高产品气甲烷体积分数的方法之一。     

小质量复合吸附剂氯化钙和膨胀石墨吸附性能试验

通过搭建小质量的化学吸附试验台,采用容积法,研究了在约束体积为7.4 L条件下复合吸附剂的吸附性能.结果表明,解吸过程中,当吸附床温度为70 ℃时,CaCl2·8NH3完全转化为CaCl2·4NH2,吸附床温度为80℃时,CaCl2·4NH3开始向CaCl2·2NH3转化,并在90℃转化完全;同时,通过对CaCl2·8NH3和CaCl2·4NH2,以及两者同时解吸时解吸速度的试验和数值预测发现:相同解吸温度下,CaCl2·8NH3的平均解吸速度是CaCl2·4NH3的2.0～3.7倍,两者同时解吸时的解吸速度小于两者单独解吸时的解吸速度之和;约束压力每提高0.05 MPa,吸附剂在吸附过程中的平均吸附速度和总吸附量提高不大,约1.1倍.但是,氨的循环量相等为0.35 g/g,约束压力为0.7、0.5 MPa时,所需时间分别为2.5、10.1 min.因此,约束压力的提高可以有效地缩短循环时间,从而达到提高系统性能的目的.     

变压吸附法净化含N2气体中微量CO的脱附过程

对N2/CO混合气中的CO在NA型吸附剂上的动态吸附和脱附行为进行研究.使用单塔吸附装置测定CO在不同分压和停留时间条件下的动态吸附量,考察降压过程中CO浓度随床层压力的变化特征,确定合适的脱附方法和条件.结果表明:0.9 min是比较合适的停留时间;在床层利用率为80%条件下,顺放的气体可以达到产品气体积分数不超过5 mL/m3的要求;抽真空并使用200 mL/min N2吹扫是合适的脱附再生方式.三塔的变压吸附结果表明,在常温下,反复吸附与脱附再生,可以达到吸附净化含N2气体中微量CO的效果.     

不同均压方式对PSA和VSA空分制氧过程的影响

对存在于变压吸附（PSA）和真空变压吸附（VSA）空分制氧过程中的均压步骤进行研究,应用ASPENADSIM软件,模拟并比较4种不同均压方式（塔顶向塔顶均压（T-T）,塔底向塔底均压（B-B）,塔顶和塔底双向均压（TB）,塔顶向塔底均压（T-B））对过程的影响,分析均压步骤的物流浓度、流量以及均压结束时床层轴向浓度分布。结果表明:采用T-B均压方式的PSA和VSA过程得到的产品O₂纯度和收率最高。在均压步骤,均降床层塔顶出气有利于死空间中O₂的回收,且减少床层吸附相中N₂的脱附带出,从而得到较高的产品O₂收率;均升床层塔底进气可使床层N₂的质量摩尔浓度前沿陡峭,塔顶洁净,因此得到较高的产品O₂纯度。     

有机/无机复合材料吸附分离CO2的模拟研究

从烟道气中分离二氧化碳对于降低大气温室效应具有极其重要的意义。构造了由聚合物6FDA-1,5-NDA和多孔性二氧化硅组成的有机/无机复合材料吸附剂模型,并用GCMC方法模拟了烟道气[n（CO2）：n（N2）=15：85]在该材料中的吸附行为。结果表明,这种复合材料吸附剂对CO2的吸附量和选择性随着聚合物含量的增加而增加。在相对较低的温度下,复合材料吸附剂对CO2的选择性随压力的升高而缓慢下降,并趋向于一个平衡值;在高温下,吸附剂对CO2的选择性基本不随压力变化。在一定的吸附压力下,CO2和N2的吸附量均随温度的升高而快速下降,但CO2吸附量下降幅度比N2快,导致吸附剂对CO2的吸附选择性随温度的升高而下降。     

真空变压变温耦合吸附过程捕集烟道气中CO2的研究

研究了用六步真空变温变压耦合吸附工艺(VTSA)捕集烟道气中CO2的过程。考察了不同再生温度和压力下用VTSA工艺分离CO2的效果。在压力为10kPa和温度为423K的再生条件下,烟道气中CO2的纯度由15.0%增至93.4%,同时具有95.4%的回收率。对六步VTSA工艺过程进行了模拟,并通过实验结果对模型进行验证。最后模拟了一个不包含降温过程的五步VTSA工艺,以提高吸附剂的产率。     

变压吸附空分用椰壳基炭分子筛的制备

提出以椰壳预炭化料为骨料、酚醛树脂为黏结剂制备变压吸附空分制氮用炭分子筛的新工艺路线,包括成型、炭化、水蒸气活化、两步苯气相碳沉积调孔等主要工序;完善了炭分子筛的变压吸附空分评价手段,即以变压吸附空分为基本手段,结合变压吸附脱附尾气总量及其中O2浓度等参数分析,准确表征炭分子筛制备过程中样品的微孔孔容和孔径变化,从而实现对炭分子筛制备工艺参数的精确控制.所得的椰壳基炭分子筛具有较高的抗压强度,其变压吸附空分性能接近商业炭分子筛产品.     

变压吸附法提纯含氮气体中CO的模拟计算与设计

针对工业冷箱尾气中CO的回收工艺,应用Aspen-Adsim软件模拟并设计五塔七步骤的变压吸附(PSA)过程。考察床层高度和周期置换气量对产品CO纯度和收率的影响。结果表明:增加周期置换气量可提高CO的纯度,但有可能降低其收率;增加床层高度可提高CO的收率,但会降低其纯度。综合考虑得到:在保证一定纯度的条件下,可采取同时增加床层高度和周期置换气量来提高CO的收率;另外,当实际过程吸附剂劣化时,可以通过调节周期置换气量来维持CO收率。     

吸附强化异构反应过程分析

提出以吸附强化可逆异构反应的变压循环过程,构建了平衡条件下的模型,考虑了线性和扩展Langmuir两种类型的吸附等温线。根据模型计算反应所能达到的转化率,结果表明脱附物料中反应物的转化率显著高于反应平衡转化率。考察了脱附物料转化率的变化规律,当采用线性吸附等温线时,只有选择性系数、吸附压力和脱附压力的取值对转化率有影响：脱附物料转化率随选择性系数增大而增大,极限值为1;脱附物料转化率随吸附压力增大而增大,极限值为α_B/AK_p/（1+α_B/AK_p）。当采用扩展Langmuir等温线时,饱和吸附量Q_m的取值不影响脱附物料转化率,而Langmuir常数b_B的取值对其有影响。此外还分析了气相与吸附相物料相对比例、脱附过程逆向反应对强化效果的影响。     

含瓦斯煤带压解吸规律的实验研究

为获得含瓦斯煤带压解吸规律,提高瓦斯抽采效率,对含瓦斯煤的带压与常压条件下的解吸过程进行实验研究。研究表明：瓦斯抽采过程中含瓦斯煤中的瓦斯属于带压解吸,带压瓦斯的解吸量和解吸速度均小于常压下的瓦斯解吸量和解吸速度,带压解吸条件下的解吸终止时间明显滞后于常压下的解吸终止时间。评价含瓦斯煤中瓦斯的可采性和确定瓦斯抽采终止时间时应以带压解吸指标作为衡量指标。该研究对瓦斯资源抽采具有一定的指导意义。     

基于分子筛13X的氢同位素分离

液氮温度下用分子筛13X在自行设计的单塔变压吸附装置上进行氢氘同位素气体的分离研究,考察了流量、压力与吸附床长度对分离效果的影响,在气体总压0.40 MPa、总流量63.86 cm3/min与吸附床长度1.0 m时氢氘分离因子可达到1.27.结合平衡吸附和动态分离之间的差异,表明吸附法能够有效分离氢同位素气体的机理是基于动力学效应.     

考虑吸附和扩散的页岩视渗透率及其与温度、压力之关系

页岩纳米级孔隙中气体渗流存在吸附、扩散和滑脱效应,为了表征其渗流能力,并分析温度和压力对它的影响,利用Polanyi吸附理论和Langmuir等温吸附方程并结合纳米孔中气体扩散和渗流方程得到了考虑吸附、扩散和滑脱效应的页岩视渗透率的计算模型.计算发现:甲烷吸附层厚度随压力的降低而减小,随温度的降低而增加,并且压力越低温度的影响越大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率虽然同仅考虑扩散和滑脱的视渗透率一样都随温度的下降而减小,但整体要低于后者,且下降幅度更大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率与仅考虑扩散和滑脱时的视渗透率之间的差异随着压力的降低而逐渐减小;考虑吸附、扩散和滑脱的视渗透率与达西渗透率的比值随压力的降低先减小后增加,最终趋近于仅考虑扩散和滑脱时的情况.