低溫下含CO2的二元及多元混合物相平衡特性研究.pdf

1、為了實(shí)現(xiàn)CO2的減排及資源高效利用，低溫相變碳捕集法以其無(wú)污染、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)受到研究者青睞，其中含CO2混合物的相平衡數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操作、分析的重要基礎(chǔ)。
　　本文借助Towhee軟件運(yùn)用吉布斯系綜蒙特卡羅(GEMC)法對(duì)含CO2的混合物進(jìn)行氣液相平衡分子模擬。選用不同的力場(chǎng)模型對(duì)CO2、N2、O2三種純物質(zhì)的氣液相密度進(jìn)行NVT-GEMC模擬，通過(guò)與已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，得出適用于CO2、N2、O2三種純物質(zhì)的最佳力場(chǎng)模型

2、分別為EPM2力場(chǎng)、TraPPE力場(chǎng)和Coon1987力場(chǎng)。
　　運(yùn)用優(yōu)選出的純物質(zhì)力場(chǎng)模型，結(jié)合Lorentz-Berthelot混合規(guī)則，采用NPT-GEMC方法，對(duì)CO2-N2二元混合物氣液相平衡進(jìn)行模擬，通過(guò)與已有實(shí)驗(yàn)值對(duì)比分析得出，CO2摩爾含量的模擬值與實(shí)驗(yàn)值的最大相對(duì)誤差均小于9％，平均相對(duì)誤差均小于6％;氣相CO2摩爾含量最大相對(duì)誤差為220 K時(shí)的8.08％，液相CO2摩爾含量最大相對(duì)誤差為220K時(shí)的6.79％

3、。通過(guò)對(duì)CO2-N2-O2三元混合物研究發(fā)現(xiàn)，模擬值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，證明了所選模型的準(zhǔn)確性。運(yùn)用驗(yàn)證過(guò)的模型對(duì)摩爾含量為24.5％N2、72.7％CO2、2.8％O2的典型富氧燃燒煙氣進(jìn)行氣液相平衡分子模擬發(fā)現(xiàn)，分離溫度越低、壓力越高，所得液態(tài)CO2產(chǎn)品純度越低，但CO2分離率增大。與復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程相比，分子模擬的方法從微觀角度出發(fā)，不受實(shí)驗(yàn)條件的制約，具有安全快捷、精度高的優(yōu)點(diǎn)，可以推廣到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不足的研究范圍。
　　狀態(tài)方程

4、法是工程實(shí)踐中計(jì)算相平衡的常用方法，運(yùn)算速度優(yōu)于分子模擬，但計(jì)算精度有待提高。本文運(yùn)用PR、SRK狀態(tài)方程法及Henry常數(shù)法計(jì)算了N2在液態(tài)CO2中的溶解度，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較得PR方程優(yōu)于SRK方程，Henry常數(shù)法計(jì)算結(jié)果誤差最大;并發(fā)現(xiàn)隨溫度降低或壓力增大，N2的溶解度逐漸增大。為進(jìn)一步提高PR方程的計(jì)算精度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分子模擬數(shù)據(jù)計(jì)算N2-CO2之間的二元交互作用系數(shù)，分子模擬數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以填補(bǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不足造成的空缺，使二

5、元交互作用系數(shù)的數(shù)量更豐富，更加明顯的呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。本文計(jì)算得出220K、240K及250K溫度下的二元交互作用系數(shù)，并提出其值與溫度壓力有關(guān)的關(guān)聯(lián)式;運(yùn)用關(guān)聯(lián)式的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較得出溶解度相對(duì)誤差均小于2％，證明了所得關(guān)聯(lián)式的準(zhǔn)確性，提高了PR方程的計(jì)算精度。
　　本文分析了CO2-N2之間的二元交互作用系數(shù)kij對(duì)精餾過(guò)程的影響，模擬結(jié)果表明kij對(duì)塔板數(shù)、進(jìn)料位置、再沸器及冷凝器負(fù)荷的影響較小，對(duì)回流比的影響較大，