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真空膜蒸馏法再生甲基二乙醇胺_MDEA_的性能分析_梅磊赵会军赵书华(可编辑).doc

真空膜蒸馏法再生甲基二乙醇胺_MDEA_的性能分析_梅磊赵会军…

赵理会
2017-11-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《真空膜蒸馏法再生甲基二乙醇胺_MDEA_的性能分析_梅磊赵会军赵书华(可编辑)doc》,可适用于工程科技领域

真空膜蒸馏法再生甲基二乙醇胺MDEA的性能分析梅磊赵会军赵书华(可编辑)真空膜蒸馏法再生甲基二乙醇胺MDEA的性能分析梅磊赵会军赵书华网络出版时间::网络出版地址:石油与天然气化工真空膜蒸馏法再生甲基二乙醇胺MDEA的性能分析梅磊赵会军赵书华常州大学江苏省油气储运重点实验室摘要真空膜蒸馏法因其具有一系列的优点而应用在很多方面因此考虑将真空膜蒸馏法应用在甲基二乙醇胺MDEA的再生中。介绍了MDEA与HS的反应原理考察了溶液再生温度、溶液流速对溶液再生率的关系以及真空侧真空度对膜通量的影响关系。结果显示再生温度是影响再生率的最主要因素再生温度的增加会明显的提高再生率当再升温度为时再生率可达。关键词真空膜蒸馏法甲基二乙醇胺MDEA再生温度再生率天然气开采出来时含有大量的酸性气体组分等杂质比如CO、HS、有机硫等开采出的天然气需要经处理达到一定的气质标准后才能作商品气输送。现阶段通常采用化学试剂脱除天然气中的HS醇胺法是主要的方法。MDEA是应用最为普遍的溶剂自上世纪年代开始在工业应用以来由于其具有一系列优点如吸收效果显著、腐蚀轻微、不易降解、解析容易等因此受到了人们普遍的重视。对于MDEA溶液的再生则普遍应用蒸汽气提法但此方法耗能严重而且成本大、过程复杂不利于能量的节约以及环境的保护因此考虑将真空膜蒸馏法应用到MDEA的再生中。真空膜蒸馏法是一种新型的分离方法其分离原理是将被分离物质的热溶液通过膜的一侧另一侧抽成一定的真空度因此在膜的两侧就形成了一定的蒸汽压差可挥发性物质在膜表面被汽化在蒸汽压差的推动下经由膜孔进入到膜的真空侧最后经冷凝回收而其他大分子及不易挥发性物质则不能通过膜孔这样就达到了分离的目的。真空膜蒸馏因其具有一系列的优点而被,应用在很多领域如脱盐领域、有机物质分离、废水处理、溶液浓缩等。本文通过实验验证了利用真空膜蒸馏法再生MDEA的可行性并考察了溶液流速、真空侧真空度等因素对MDEA再生率及膜通量的影响。MDEA与HS反应机理利用MDEA溶液来脱除天然气中的HS是由于MDEA溶液可以较好的选择性脱除HS特别适用于COHS比较高的原料气。MDEA属于醇胺类化合物与HS的反应都可以认为是瞬间反应即在液膜内极窄的锋面即可完基金项目:中石油科技创新基金项目资助合同号:D――收稿日期:修回日期:作者简介:梅磊男年生常州大学在读硕士研究生主要从事膜蒸馏分离方面的研究年毕业于盐城工学院过程装备与控制工程专业。地址:()江苏常州市钟楼区常州大学白云校区石油工程学院储运(研)手机:XXXXXXXXXX邮箱:meileiqing石油与天然气化工成的反应二级反应速度常数大于Lmos而且在界面和液相中处处都达到平衡。MDEA属于醇胺类化合物中的叔醇胺其分子结构至少含有一个羟基和一个氨基羟基的作用是降低化合物的蒸汽压并增加在水中的溶解度而氨基则为水溶液提供必要的碱度促进对酸性组分的吸收。MDEA与HS的反应过程可以用式、表示:RNHSRNHS()SHSRNHRNHHS()MDEA与HS的反应为可逆反应生成一种不稳定的化合物。在吸收塔中上述反应的平衡向右移动原料气中的HS组分被脱除在汽提塔中则平衡向左移动MDEA溶液释放出酸性组分并得到再生。实验装置实验流程实验流程如图一所示:加热罐将富含HS的MDEA溶液加热至实验温度在碱泵的作用下热溶液经控制阀调节并由流量计计量流量后输送至膜组件温度计和压力表分别测量热溶液的温度和压力。膜组件和缓存罐提供一定的真空条件膜组件蒸馏出的的另一侧由真空泵HS气体和水蒸气经过冷却系统后进入酸液收集罐待采样分析之用。再生后的贫胺液进入储液罐中配成符合实验浓度的富液后再由循环泵进入加热罐中从而可以重复进行实验。加热罐碱泵控制阀液体流量计温度计压力表膜组件真空表气体流量计冷却装置酸液收集罐缓存罐循环水式真空泵储液罐循环泵图MDEA真空膜蒸馏再生实验流程石油与天然气化工实验材料实验所需富MDEA溶液是由前期课题组利用膜吸收法吸收HS得到所用膜组件则是上海德宏生物医学科技发展有限公司生产的膜组件参数如表所示。表实验用膜参数外壳长度外壳直径有效膜面积m纤维根数纤维内径纤维外径mmmmmmmm实验所用其他主要设备基本参数如表所示:表实验设备表名称基本参数名称基本参数加热罐!mm真空表量程:Mpa##Mpa流体流量计型号:LZB#WB气体流量计型号:LZB―WB工作范围:工作范围mlmin#mlmin压力表量程:#Mpa缓存罐!mm型号:MP#RM碱泵真空泵SHZ#D循环水式真空泵额定流量:Lmin最大真空度:Mpa转速:rmin抽气速率:Lmin功率:w实验数据测定及处理方法进入膜组件的溶液流量由液体流量计计量温度和压力分别由温度表和压力表计量真空度由真空表测得而蒸馏出的气体流量由气体流量计测得冷却的酸液体积是由量筒测量得到的。溶液再生率由式计算得到:'L()L'式中,L是MDEA水溶液饱和吸收HS的能力moL是溶液再生后饱和吸收HS的能力mo。膜蒸馏通量一般由式得到:JKmpM)(式中J为膜蒸馏通量molmsKm是膜组件蒸馏系数smolmkg其值是根据所用膜石油与天然气化工组件的各个参数来确定的p表示膜两侧相对压力差paM是相对分子质量kgmol。实验结果与分析温度变化对溶液再生率的影响在实验过程中使膜两侧相对压力差为kpa考察再生温度为―时的再生率与再生温度的关系。研究这个温度区间是考虑到如果温度太低可能会因为富液在膜表面挥发出的HS气体太少而大大影响再生率而温度太高的话则会破坏膜的稳定性可能会造成膜的污染并且对能量的使用也会大大增加不利于节能的要求。当再生温度在―之间变化时选取几个特殊温度值来计算溶液的再生率溶液温度对再生率的影响关系如图所示。图溶液温度对再生率的影响由图可以看出再生温度为时再生率只有而随着再生温度提高到再生率随之升高到说明温度的提高对再生率的提高具有非常明显的促进作用效果非常显著。根据式、所描述的反应过程当再生温度升高时由MDEA和HS生成的不稳定络合物会发生分解反应重新分解出HS气体这些HS气体在膜两侧蒸汽压差的推动下通过膜孔进入到膜的另一侧然后通过冷凝装置回收。随着温度的进一步升高分解出的HS气体会越来越多会有更多的气体通过膜孔被回收因此再生后的MDEA溶液饱和吸收HS气体的能力就更大溶液的再生率也就随之增加。但是由图也可以看出当温度由升高到时再生率的增加趋于平稳说明此时温度已不是影响再生率的主要因素而是其他因素如膜两侧相对压差、膜孔直径、溶液流速等。溶液流速对再生率的影响实验考察了当溶液再生温度为膜两侧相对真空度为kpa时溶液流速对再生率的影响并采集了几个数据点如图所示。石油与天然气化工图溶液流速对再生率的影响当溶液流速维持在较低水平时适当增加溶液流速再生率会随之提高这是因为溶液流速的加大会增加进入膜组件溶液的湍流强度从而减小膜表面温度边界层的厚度有利于HS气体快速进行扩散另一方面流速的提高有利于HS含量更高的溶液经过膜表面对HS顺利进入膜孔具有促进作用这都有助于再生率的提高。溶液流速继续增加到mlmin后再生率的增加幅度会有所减小可能的原因是当流速增加时HS气体还没有来得及进入膜孔就已经通过了膜组件并没有足够的时间来使HS气体进行扩散对再生率有了一定的影响。真空度对膜通量的影响将溶液加热到考察不同的真空度对膜蒸馏通量的影响关系。分别设定真空度为kpa―kpa得到真空度与渗透通量的关系如图所示。图真空度与膜渗透通量的关系由图可以明显看出膜渗透通量是随着真空度的升高而快速增加的这主要是由于当真空度提高的时候膜两石油与天然气化工侧的蒸汽压差会增大对气体的传质推动力也会随之增加这样就会有更多的气体通过膜孔进入到膜的另一侧被回收。但是实验过程中真空度不能过大这是因为膜组件只有一定的承压能力若真空度过大可能会多膜组件造成破坏因此本实验将最大真空度设定为kpa防止膜组件被破坏。结论通过实验验证证明了利用真空膜蒸馏系统再生富含HS的MDEA溶液的可行性。在合理控制再生温度、入口压力、真空侧真空度及溶液流速的前提下MDEA溶液的再生率可以达到左右再生效果良好。在真空膜蒸馏再生MDEA试验中温度是最主要的影响因素提高温度可以明显的增加溶液的再生率。但是现阶段还没有真正能承受高温的膜材料聚偏氟乙烯膜的最高承受温度也只有―而对于一个膜组件来说密封组件外壳的胶承受温度更低一下这使得膜蒸馏技术的发展受到很大限制。应加大膜材料的研究开发出更多适合高温条件下的膜材料这样会大大促进真空膜蒸馏技术的发展。参考文献高振徐世昌马友光等。真空膜蒸馏技术应用研究现状及进展J海湖盐与化工,:TorajMohammadi,MohammadAliSafaviApplicationofTaguchimethodinoptimizationofdesalinationbyvacuummembranedistiationJDesalination,,:IzquierdoGilMA,JonssonGFactorsaffectingfluxandethanolseparationperformanceinvacuummembranedistiationVMDJJournalofMembraneScience,,:王树立李贝贝吴雪红等真空膜蒸馏法处理含甲醛废水实验研究J水处理技术,:段小林陈冰冰李启成真空膜蒸馏法处理含铀废水J核化学与放射化学,:SBandini,GCSartiConcentrationofmustthroughvacuummembranedistiationJDesalination,,:朱利凯天然气处理与加工M北京:石油工业出版社,:UrtiagaAM,RuizG,OrtizIKineticanalysisofthevacuummembranedistiationofchloroformfromaqueoussolutionJJournalofMembraneScience,,:UrtiagaAM,GorriED,RuizG,etalParaelismanddifferencesofpervaporationandvacuummembranedistiationintheremovalofVOCsfromaqueousstreamsJSeparationandPurificationTechnology,,:石油与天然气化工PerformanceanalysisonMethyldiethanolamineMDEAregenerationbyVacuummembranedistillationMeiLei,ZhaoHuijun,ZhaoShuhuaJiangsuKeyLaboratoryofOilGasStorageandTransportationTechnologyChangzhouUniversity,ChinaAbstract:VacuummembranedistiationhasalotofadvantagesandcanbeappliedformanyareasSothistechnologycanbeusedintheprocessofMDEAregenerationThispaperintroducedthereactionmechanismofMDEAandHS,obtainedtherelationshipbetweenregenerationrateandsolutiontemperatureasweastheinfluenceofvacuumsidevacuumdegreetoMembranefluxTheresultsshowthattheregenerationtemperatureisthemostimportantfactorforregenerationrateRegenerationtemperatureincreaseswisignificantlyimprovetheregenerationrateWhenthetemperatureis,theregenerationratecanbereachedKeywords:VacuummembranedistiationMethyldiethanolamineMDEAregenerationtemperatureregenerationrate

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