分层填料旋转床流动特性及天然气脱碳研究

发布时间：2022-07-27 14:21

　　旋转填料床是一种新型的气液接触反应设备,高速旋转的内部填料转子产生的离心力场加强了气液两相混合、加快了气液相界面的更新速度,从而极大强化了气液间的传质。旋转填料床具有设备体积小、处理效率高、操作弹性大、能耗低、移动方便等优点,在化工、环保及能源领域被广泛应用研究。天然气作为清洁、安全、高热值的化石能源,其净化工艺一般在塔设备中进行,但庞大的设备给净化工艺带来了一定的不便,旋转填料床的诸多优点使其在天然气净化方面更具潜力。本文设计并搭建了一套旋转填料床天然气脱碳实验装置,并对设备的特性和各工艺参数对脱碳效果的影响进行了相关研究。通过采用空气-水介质对分层填料旋转床的气相压降进行了测试。实验主要研究了转速、气体流量、液体流量及不同填料结构形式对旋转填料床干、湿床压降的影响。研究结果表明,干、湿床压降随转速和气体流量的增加而增大,液体流量对湿床压降的影响较小;3个实验因素中,对湿床压降影响程度由大到小依次为:气体流量、转速和液体流量。通过建立二维模型对分层填料旋转床内部的流动特性进行了数值模拟,气相压降模拟值与实验值具有较好的吻合性。同时又通过自建多孔填料几何模型对分层填料旋转床内液相流场进... 

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 研究背景及意义
    1.2 天然气脱碳工艺
        1.2.1 溶剂吸收法
        1.2.2 吸附分离法
        1.2.3 膜分离法
        1.2.4 低温精馏法
        1.2.5 超重力净化法
    1.3 化学吸收溶剂及反应机理
        1.3.1 伯/仲胺吸收CO_2的反应机理
        1.3.2 叔胺吸收CO_2的反应机理
    1.4 旋转填料床研究进展
        1.4.1 旋转填料床结构形式
        1.4.2 旋转填料床研究与应用
        1.4.3 旋转填料床气相压降研究进展
        1.4.4 旋转填料床内部流场模拟研究
        1.4.5 旋转填料床传质特性研究进展
    1.5 论文研究目的和内容
        1.5.1 论文主要研究目的
        1.5.2 论文主要研究内容
2 实验部分
    2.1 实验原料与设备
        2.1.1 实验原料及试剂
        2.1.2 实验设备及测试仪表
    2.2 分层填料旋转床结构及填料分布
        2.2.1 分层填料旋转床结构
        2.2.2 填料分布及尺寸
    2.3 分层填料旋转床气相压降测试实验
        2.3.1 分层填料旋转床气相压降测试实验装置
        2.3.2 分层填料旋转床气相压降测试实验内容及步骤
    2.4 静态吸收CO_2实验
        2.4.1 静态实验装置
        2.4.2 静态吸收实验内容及步骤
    2.5 分层填料旋转床天然气脱除CO_2实验
        2.5.1 分层填料旋转床脱除CO_2实验装置
        2.5.2 分层填料旋转床脱除CO_2实验内容及步骤
3 分层填料旋转床气相压降实验研究
    3.1 分层填料旋转床气相压降理论模型
    3.2 分层填料旋转床干床压降研究
        3.2.1 转速对干床压降的影响
        3.2.2 气体流量对干床压降的影响
        3.2.3 填料结构形式对干床压降的影响
    3.3 分层填料旋转床湿床压降研究
        3.3.1 转速对湿床压降的影响
        3.3.2 气体流量对湿床压降的影响
        3.3.3 液体流量对湿床压降的影响
        3.3.4 填料结构形式对湿床压降的影响
    3.4 干床压降与湿床压降对比分析
    3.5 气相压降实验值与理论模型对比分析
    3.6 本章小结
4 分层填料旋转床内部流场特性模拟研究
    4.1 气相流场模拟过程
        4.1.1 多孔介质模型
        4.1.2 物理模型及网格划分
        4.1.3 数值求解方法
    4.2 气相流场特性模拟结果与分析
        4.2.1 转速对气相流场的影响
        4.2.2 气体流量对气相流场的影响
        4.2.3 两填料结构气相速度分布
    4.3 液相流场模拟过程
        4.3.1 物理模型及网格划分
        4.3.2 数值求解方法
    4.4 液相流场模拟结果与分析
        4.4.1 转速对液相流场的影响
        4.4.2 进液速度对液相流场的影响
        4.4.3 填料结构优化
    4.5 本章小结
5 醇胺静态吸收CO_2实验研究
    5.1 乙醇胺吸收CO_2实验研究
        5.1.1 各因素正交试验研究
        5.1.2 物质的量浓度的影响
        5.1.3 温度的影响
        5.1.4 初始压力的影响
    5.2 混胺吸收CO_2实验研究
        5.2.1 乙醇胺与N-甲基二乙醇胺混合吸收CO_2
        5.2.2 乙醇胺与二乙醇胺混合吸收CO_2
    5.3 本章小结
6 分层填料旋转床天然气脱除CO_2实验研究
    6.1 分层填料旋转床天然气脱除CO_2测试
    6.2 分层填料旋转床不同填料结构CO_2吸收特性研究
        6.2.1 不同填料结构对CO_2脱除率的影响
        6.2.2 不同填料结构对气相体积传质系数的影响
    6.3 分层填料旋转床中CO_2脱除率及气相体积传质系数研究
        6.3.1 转速的影响
        6.3.2 气液比的影响
        6.3.3 吸收液温度的影响
        6.3.4 吸收液浓度的影响
        6.3.5 吸收液重复利用及再生
    6.4 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超重力法纳米材料的可控制备与应用[J]. 王淼,曾晓飞,王洁欣,邹海魁,初广文,陈建峰.  新材料产业. 2015(08)
[2]超重力法清除潜艇舱室CO2实验[J]. 张龙龙,宋光涛,周旭,龚峻松.  船海工程. 2015(03)
[3]Mass transfer characteristics in a rotating packed bed with split packing[J]. Youzhi Liu,Deyin Gu,Chengcheng Xu,Guisheng Qi,Weizhou Jiao.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2015(05)
[4]不同脱碳工艺的选择[J]. 朱艳艳,郭雷,孙晓英,王祥光,贺同强,张华伟.  现代化工. 2015(02)
[5]美国CO2驱油技术应用及启示[J]. 秦积舜,韩海水,刘晓蕾.  石油勘探与开发. 2015(02)
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博士论文
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硕士论文
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[7]低温液体材料吸附二氧化碳的研究[D]. 张新华.华东师范大学 2011
[8]二氧化碳在有机胺中吸收及解吸动力学研究[D]. 张宁.华东理工大学 2011
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本文编号：3665613