用于乙醇脱水的改性分子筛吸附性能的实验研究

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21世纪各国都将以保护环境,维护生态平衡,防止和治理污染,作为充分有效地开发利用自然资源发展本国经济的前提。同时,各国为了摆脱对原料进口的依赖,满足日益严格的控制污染的环保法规,纷纷开展对自然可再生资源的研究,以期望找到新的燃料替代品。燃料乙醇可以加入汽油中部分代替汽油作燃料,它具有同汽油相似的燃烧性能,并且作为太阳能的一种表现形式,其生产和消耗可以形成一种清洁无污染的闭路循环系统永不枯竭,这对于缓解全球日益严峻的能源危机和环境污染问题有着非常重要的意义。 具有较高乙醇浓度的乙醇/水混合物存在共沸组成,因此乙醇的脱水在乙醇工业生产的能耗中占有很大的比例。本文提出改性分子筛吸附微量水制无水乙醇的方法,由于分子筛价格低廉,来源充足,这对于降低乙醇生产成本,特别是对燃料乙醇的生产具有重要的意义和价值。 分子筛晶体结构不同于传统吸附剂活性炭、活性氧化铝等,它具有高选择性和吸附性,用于乙醇脱水,得到的成品乙醇浓度高达99.5v%以上,达到生产无水乙醇的要求,同别的几种无水乙醇生产工艺比较,分子筛吸附微量水生产无水乙醇是一种较佳方案。 本文对分子筛气相选择性吸附脱水制取无水乙醇工艺过程进行了实验研究,设计了小规模的固定床的恒温吸附柱,塔内径为38mm,有效装填高度为650mm,进料为乙醇浓度为95.37wt%的乙醇/水混合物气体。实验通过对3A、4A、5A、13X分子筛吸附制取无水乙醇的系统研究,找出对水选择吸附效果最好的3A分子筛后,研究了不同床层高度、水浴温度、不同粒度等条件对该分子筛吸附性能的影响条件下,分别得到吸附柱的透过曲线、不同床层位置的温度曲线、压降曲线以及吸附剂的生产能力,并对实验数据进行分析和比较,同时根据不同分子筛对纯乙醇的吸附性能,推测其对乙醇/水混合气体的吸附选择性。 实验结果表明:在82℃和90℃水浴温度下,不同分子筛用作吸附剂均能得到99.5v%的乙醇产品;在相同预处理条件下,未改性前13X分子筛的吸附能力较强,但其吸附乙醇的量也较多;3A分子筛吸附量低于其它几种分子筛,但选择吸附效果较好,对纯乙醇的吸附量甚微:最适合工业应用的是3A型分子筛。 对选择吸附效果较好3A分子筛进行改性正交实验,将改性后的分子筛作静态水吸附试验,计算出吸附量,找出了影响因素。发现试验号1、吸附号2改性分子筛静态水表观吸附量最大,即使用30g分子筛,再分别加入38gKCl,20gNaOH,39gAl(0H)<,3>,在25℃水浴温度下搅拌60min,然后在100℃下焙烧90min得到的,其值为10.993%,将此种分子筛进行固定床的恒温吸附实验,水浴温度是82℃,发现改性后的分子筛对水的选择吸附效果更好。用X射线衍射分析(X raydiffraction)、红外光谱分析(infrared spectrum analysis)、扫描电镜(scanningelectron microscope)对改性3A分子筛进行表征,结果显示,改性后的分子筛仍保留原有的晶型结构,部分A1原子被引入3A分子筛的骨架结构中,SEM表明改性分子筛粒子晶化程度较好,结构轮廓明显。
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