乏风瓦斯中甲烷浓缩吸附剂的制备与吸附性能研究

【摘要】：回收利用煤层气中的甲烷具有节能和环保双重意义。乏风瓦斯中的甲烷提浓是其高效利用和减排的重要环节和难点。吸附分离法是甲烷浓缩的重要工艺方法之一,其关键是高吸附容量和高选择性吸附剂的开发。 论文主要开展了椰壳基活性炭的制备与改性方面的研究工作,考察了以氯化锌为活化剂制备活性炭的工艺条件对其甲烷吸附性能的影响,并优化了制备工艺条件。另外,比较了三种常用的化学活化剂磷酸、氢氧化钾和氯化锌在较佳工艺下制备的活性炭AC-P、AC-K和AC-Z的甲烷吸附性能。为了进一步提高活性炭的甲烷吸附容量,对制备的活性炭AC-P、AC-Z和商业活性炭GH-8进行高温氮气处理和高温水蒸气处理,并测定了活性炭样品的孔隙结构和表面含氧官能团等物化性质,对活性炭的物化性质与其甲烷吸附行为进行关联,揭示了影响甲烷吸附的主要因素。 研究结果表明：以氯化锌为活化剂制备活性炭AC-Z的较为适宜的活化条件为：活化时间3h,活化温度650℃,剂料比2：1,甲烷吸附量为3.8mg/g。活性炭AC-P、AC-Z与GH-8经800℃高温氮气处理,甲烷在其上的吸附量均有不同程度的提高,其中AC-P处理后,对甲烷的吸附效果最佳,甲烷吸附量由4.3mg/g增加到5.0mg/g。AC-P经800℃水蒸气处理后,对甲烷的吸附量将进一步提高到6.2mg/g。高温水蒸气处理导致了活性炭微孔比表面积和孔容的显著增加,是甲烷吸附量增加的主要原因。 【关键词】：乏风瓦斯 吸附 活性炭 水蒸气处理
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ424.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 前言9-25
• 1.1 煤层气资源及利用情况9-16
• 1.1.1 我国的煤层气资源9
• 1.1.2 煤层气利用的意义9-10
• 1.1.3 煤层气的工业利用现状10-12
• 1.1.4 煤层气中甲烷和氮气分离技术研究概况12-15
• 1.1.5 煤层甲烷浓缩吸附剂的研究15-16
• 1.2 国内外乏风瓦斯的研究进展16-19
• 1.2.1 乏风瓦斯利用意义16-17
• 1.2.2 乏风瓦斯应用现状17-19
• 1.3 活性炭的制备及改性研究19-23
• 1.3.1 活性炭的基本特征19-21
• 1.3.2 原材料的选择21
• 1.3.3 活性炭的制备方法21-23
• 1.3.4 活性炭的改性研究23
• 1.4 本论文的研究工作23-25
• 第2章 实验部分25-30
• 2.1 实验材料及仪器25-26
• 2.1.1 实验材料和试剂25
• 2.1.2 实验所需仪器设备25-26
• 2.2 椰壳基活性炭的制备26
• 2.2.1 氯化锌活化法制备椰壳基活性炭26
• 2.2.2 磷酸活化法制备椰壳基活性炭26
• 2.2.3 氢氧化钾活化法制备椰壳基活性炭26
• 2.3 吸附剂的改性26-27
• 2.3.1 活性炭热处理改性26-27
• 2.3.2 活性炭表面引入镍改性27
• 2.3.3 ZSM-5亲烃改性27
• 2.4 样品表征27-28
• 2.4.1 比表面积和孔结构表征27-28
• 2.4.2 X射线衍射28
• 2.4.3 傅里叶变换红外28
• 2.5 吸附装置及流程28-29
• 2.6 吸附评价29-30
• 2.6.1 原料气分析29
• 2.6.2 吸附性能评价29
• 2.6.3 色谱工作条件29-30
• 第3章 化学活化法制备椰壳基活性炭甲烷吸附性能的研究30-37
• 3.1 氯化锌活化法制备椰壳基活性炭甲烷吸附性能研究30-34
• 3.1.1 活化温度对椰壳基活性炭甲烷吸附性能的影响30-32
• 3.1.2 剂料比对椰壳基活性炭甲烷吸附性能的影响32-33
• 3.1.3 活化时间对椰壳基活性炭甲烷吸附性能的影响33-34
• 3.2 不同活化方法制备的椰壳基活性炭甲烷吸附性能比较34-35
• 3.3 本章小结35-37
• 第4章 活性炭的改性对甲烷吸附性能的影响研究37-55
• 4.1 高温氮气处理对活性炭甲烷吸附性能的影响研究38-44
• 4.1.1 氮气处理对活性炭甲烷吸附性能的影响38-39
• 4.1.2 氮气处理温度对活性炭GH-8和AC-P甲烷吸附性能的影响39-41
• 4.1.3 高温氮气处理对活性炭物化性质的影响41-44
• 4.2 高温水蒸气处理对活性炭甲烷吸附性能影响的研究44-52
• 4.2.1 高温水蒸气处理对GH-8和AC-P上的甲烷吸附性能影响44-46
• 4.2.2 水蒸气处理温度对活性炭AC-P上的甲烷吸附性能的影响46-47
• 4.2.3 高温水蒸气处理对活性炭AC-P的物化性质的影响47-51
• 4.2.4 高温氮气和水蒸气处理对活性炭AC-P的甲烷吸附性能影响比较51-52
• 4.3 镍的引入对GH-8的甲烷吸附性能的影响52-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 分子筛表面改性对其甲烷吸附性能影响的探索55-61
• 5.1 ZSM-5分子筛的亲烃改性对其甲烷吸附性能影响的研究55-59
• 5.2 本章小结59-61
• 第6章 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

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