油气中多组分VOCs在吸附树脂上的拟绝热吸附特性及模型预测

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油气是油品在生产、运输、使用等过程中挥发产生的高浓度烃类混合物,是挥发性有机污染物的重要来源之一。油气的排放不仅浪费资源,而且污染环境及损害人体健康,油气污染治理已成为国家VOCs污染防护工作重中之重。在众多的油气处理技术中,吸附法因经济高效,可回收等优势被广泛关注。目前,虽然对油气吸附的研究较多,但主要集中于研究恒温条件下单一污染物的吸附,较少有人开展油气中多组分VOCs在拟绝热条件下的吸附特性和热效应研究,对于绝热条件下多组分固定床吸附模型的研究非常欠缺。本文研究了拟绝热条件下,超高交联吸附树脂NDA-150和大孔吸附树脂NDA-1800对油气中典型组分甲苯、环己烷、正戊烷及其双组分和三组分混合物的固定床吸附和温升特性,并与活性炭吸附特性进行对比分析;同时,建立了多组分固定床吸附拟绝热传质和传热模型。主要的研究内容与结论如下:(1)研究了在拟绝热条件下,NDA-150、NDA-1800对单组分甲苯、环己烷、正戊烷的吸附特性,与活性炭进行对比,并采用单组分固定床传质和传热模型对组分穿透曲线和床层温升进行预测。研究结果表明:穿透吸附量与吸附质浓度正相关,三种吸附剂的单位质量吸附穿透时间和穿透吸附量为:GAC>NDA-150>NDA-1800;最大床层温升与吸附质浓度正相关,床层最高吸附温升由大到小为GAC>NDA-150>NDA-1800。与GAC相比,NDA-150和NDA-1800的吸附量偏低,但其床层温升显著降低,分别平均降低22.2%和47.7%。基于质量和热量守恒建立的单组分固定床吸附传质和传热模型,对穿透时间的预测偏差基本都在10%以内,模型对最大吸附温升的预测偏差最大为15.8%;模型参数敏感性分析表明,吸附穿透时间与吸附柱总传热系数h0、固定床高度L正相关,与气体流速U、环境温度T0、初始浓度C0负相关,其中气体流速U、初始浓度C0、固定床高度L对吸附穿透时间影响较大;床层最高吸附温升与固定床高度L、初始浓度C0、环境温度T0正相关,与气体流速U、吸附柱总传热系数h0负相关,其中环境温度T0、吸附柱总传热系数h0、初始浓度C0对最高吸附温升影响较大。(2)研究了在拟绝热条件下,NDA-150、NDA-1800对甲苯、环己烷、正戊烷的双组分和三组分混合物吸附穿透特性,与活性炭进行对比分析,并采用多组分固定床传质和传热模型对穿透曲线和床层温升进行预测。研究结果表明:多组分VOCs之间存在吸附竞争,三种吸附质的竞争力由大到小依次为甲苯、环己烷、正戊烷;与GAC相比,两种吸附树脂的吸附选择性较低;双组分和三组分最大吸附温升略低于其包含的单组分最大吸附温升;与活性炭相比,NDA-150和NDA-1800的床层温升较低,分别平均降低31.08%和56.8%。多组分固定床吸附传质和传热模型对吸附穿透时间的预测,双组分体系的平均偏差为15.9%,三组分体系的平均偏差为18.96%;对最高床层温升的预测,双组分体系平均偏差分别为12.5%,三组分体系的平均偏差为8.64%。模型参数敏感性分析表明,双组分和三组分的敏感参数与单组分相同,吸附穿透时间与吸附柱总传热系数h0、固定床高度L正相关,与气体流速U、环境温度T0、初始浓度C0负相关,其中气体流速U、初始浓度C0、固定床高度L对吸附穿透时间影响较大;最高床层温升与固定床高度L、初始浓度C0、环境温度T0正相关,与气体流速U、吸附柱总传热系数h0负相关,其中环境温度T0、吸附柱总传热系数h0、初始浓度C0对最高吸附温升影响较大。
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