一种快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法与流程

本发明属于气体分离，更具体地说，涉及一种快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法。

背景技术：

1、以农林剩余物(禽畜粪便、秸秆等)和城市垃圾为原料，通过厌氧发酵产生沼气(甲烷含量为50-70vol％)，进一步将沼气中的二氧化碳脱除，可以获得高纯度的生物天然气(甲烷高于97vol％)，可以用作车用燃料或者化工原料等，其中，甲烷/二氧化碳分离是生物天然气制备的核心步骤。

2、吸收法作为甲烷/二氧化碳分离的常用方法，具有气体处理能力大、过程连续性强及能量利用效率高等优势。与此同时，甲烷/二氧化碳分离的成本作为吸收剂筛选的重要指标，需要依赖复杂的过程模拟或繁琐的中试规模试验，因此，建立一种快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法将有助于显著降低用于甲烷/二氧化碳分离的吸收剂筛选及过程成本评价的难度。

3、通常，甲烷/二氧化碳分离的成本由吸收剂的基础热力学与动力学物性所共同决定，迄今为止，分离成本与吸收剂的基础物性间缺乏定量的关系模型，相反，建立从吸收剂的基础热力学与动力学物性和甲烷/二氧化碳分离成本间的定量关系模型能够用于快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能，从而优化甲烷/二氧化碳分离过程的成本。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，通过构建吸收剂的基础热力学与动力学物性和甲烷/二氧化碳分离成本间的定量关系模型，能够快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，采用吸收剂的基础热力学与动力学物性，实现对甲烷/二氧化碳分离过程成本的快速预测及评价。

4、作为优选，所述吸收剂的基础热力学与动力学物性为吸收剂的相对分子质量、密度、粘度以及二氧化碳和甲烷在吸收剂中的亨利系数。

5、作为优选，所述吸收剂的相对分子质量为129.59～928.87g·mol-1，密度为0.83～2.1g·cm-3，粘度为1.16～13967.88mpa·s。

6、作为优选，所述二氧化碳在吸收剂中的亨利系数为4.73～69.43bar。

7、作为优选，甲烷在吸收剂中的亨利系数为66～3328.25bar。

8、作为优选，甲烷/二氧化碳分离成本与吸收剂的综合性能评价因子表达式为为：

9、ac吸收剂/ac水＝1.443/吸收剂综合性能评价因子+0.0046。

10、作为优选，所述的ac吸收剂和ac水分别为吸收剂或者水用于甲烷/二氧化碳分离的平均成本。

11、作为优选，所述的吸收剂综合性能评价因子表达式为：

12、

13、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

14、(1)本发明通过以吸收剂的相对分子质量、密度、粘度、二氧化碳和甲烷在吸收剂中的亨利系数为输入值，构筑吸收剂的基础热力学与动力学物性和甲烷/二氧化碳分离成本间的定量关系模型，实现甲烷/二氧化碳分离材料的快速筛选及评价；

15、(2)本发明所提出的定量关系模型用于预测两种优选的离子液体吸收剂分离甲烷/二氧化碳分离与过程模拟结果的误差仅为24.9％和27.0％。

技术特征：

1.一种快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，其特征在于，采用吸收剂的基础热力学与动力学物性，实现对甲烷/二氧化碳分离过程成本的快速预测及评价。

2.根据权利要求1所述的快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，其特征在于，所述吸收剂的基础热力学与动力学物性为吸收剂的相对分子质量、密度、粘度以及二氧化碳和甲烷在吸收剂中的亨利系数。

3.根据权利要求2所述的快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，其特征在于，所述吸收剂的相对分子质量为129.59～928.87g·mol-1，密度为0.83～2.1g·cm-3，粘度为1.16～13967.88mpa·s。

4.根据权利要求2所述的快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，其特征在于，所述二氧化碳在吸收剂中的亨利系数为4.73～69.43bar。

5.根据权利要求2所述的快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，其特征在于，甲烷在吸收剂中的亨利系数为66～3328.25bar。

6.根据权利要求2所述的快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，其特征在于，甲烷/二氧化碳分离成本与吸收剂的综合性能评价因子表达式为：

7.根据权利要求6所述的快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，其特征在于，所述ac吸收剂和ac水分别为吸收剂或者水用于甲烷/二氧化碳分离的平均成本。

8.根据权利要求6所述的快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，其特征在于，所述吸收剂综合性能评价因子的表达式为：

技术总结
本发明公开了一种快速筛选及评价甲烷/二氧化碳分离材料性能的方法，属于气体分离技术领域。本发明通过构建吸收剂的基础热力学与动力学物性参数和甲烷/二氧化碳分离成本的定量关系模型实现，仅需要获得吸收剂的基础热力学与动力学物性，实现从吸收剂基础物性到甲烷/二氧化碳分离过程成本的快速预测及评价，过程简单且具有较高的准确性。

技术研发人员：陈义峰,孙康,蒋剑春,王奎,解静聪
受保护的技术使用者：中国林业科学研究院林产化学工业研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17