吸附法浓缩煤层甲烷的实验研究

【摘要】： 我国丰富的煤层气储量和较低的利用率使得煤层甲烷的浓缩成为亟待解决的问题。变压吸附分离甲烷/氮气是目前较为经济合理的方法。本实验测定了一些用变压吸附方法浓缩甲烷所需要的基础数据。 采用自制的超级活性炭(比表面积2097m2,孔容1.12g/cm3)作为吸附剂,以模拟的煤层气(甲烷31.1%,氮气68.9%)进行了动态法测定吸附脱附的研究。考察了在相同的温度与流量,吸附压力分别为0.1MPa、0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa以及顺向和逆向两种卸压方式条件下,脱附甲烷的浓度随时间、压力的变化。结果表明:在相同条件下顺向降压较之逆向降压更有利于脱附气中甲烷浓度的提高。不同吸附压力下的脱附曲线在几乎相同的位置(略高于常压)出现拐点,高于此压力值的脱附气体可用于为其它塔均压,低于此压力值的脱附气体由于其较高的甲烷含量可直接收集。采用两塔(吸附-均压-解吸-再吸附)循环操作,重点考察了不同的吸附压力(0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa)以及均压过程对脱附甲烷浓度的影响。结果表明:吸附压力为0.6MPa,均压至0.3MPa为较理想的条件。在最佳条件(均压时间10s,抽真空时间50s)下进行两塔吸附脱附实验若干个循环之后脱附的甲烷浓度可达到稳定。 【关键词】：煤层甲烷 变压吸附 超级活性炭 脱附曲线
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TD842
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 前言7-8
• 第一章 文献综述8-27
• 1.1 研究意义8-9
• 1.2 分离方法9-15
• 1.2.1 深冷法9
• 1.2.2 膜分离9-10
• 1.2.3 液相吸收10
• 1.2.4 吸附分离10-14
• 1.2.4.1 吸附分离及其分类10-11
• 1.2.4.2 吸附分离在气体领域的应用11
• 1.2.4.3 吸附分离过程的解吸11-12
• 1.2.4.4 固定床吸附器12-14
• 1.2.5 变压吸附14-15
• 1.2.5.1 变压吸附及其特点14
• 1.2.5.2 变压吸附的机理14
• 1.2.5.3 变压吸附的循环流程14-15
• 1.2.5.4 工业应用实例15
• 1.3 吸附剂15-27
• 1.3.1 吸附剂的分类16-17
• 1.3.2 吸附剂的物理性质17-18
• 1.3.3 活性炭18-21
• 1.3.3.1 活性炭及其分类和特点18-19
• 1.3.3.2 活性炭的应用19
• 1.3.3.3 活性炭的吸附机制19-20
• 1.3.3.4 影响活性炭吸附的一些因素20-21
• 1.3.3.5 应用实例21
• 1.3.4 碳分子筛21
• 1.3.5 沸石分子筛21-23
• 1.3.5.1 基本组成与应用21-22
• 1.3.5.2 沸石分子筛的特征22
• 1.3.5.3 沸石分子筛的吸附性质22-23
• 1.3.5.4 应用实例23
• 1.3.6 斜发沸石23-26
• 1.3.6.1 基本结构与组成23-24
• 1.3.6.2 斜发沸石对甲烷/氮气体系的分离24
• 1.3.6.3 几种改性后的斜发沸石24-25
• 1.3.6.4 归纳分类25-26
• 1.3.7 ETS-426-27
• 第二章 实验27-39
• 2.1 实验准备27-33
• 2.1.1 吸附剂27
• 2.1.2 吸附床的装填27
• 2.1.3 实验设备27-28
• 2.1.4 配气28-30
• 2.1.4.1 使用气体28
• 2.1.4.2 配气装置28
• 2.1.4.3 实验步骤28-30
• 2.1.5 色谱分析30-31
• 2.1.5.1 实验原理30
• 2.1.5.2 色谱使用步骤30-31
• 2.1.5.3 校正因子的确定31
• 2.1.5.4 原料气组成定量分析31
• 2.1.6 质谱校正曲线31-33
• 2.2 主要实验装置33-35
• 2.3 主要实验步骤35-38
• 2.3.1 吸附等温线测定实验35-37
• 2.3.1.1 吸附槽自由空间体积的确定35-36
• 2.3.1.2 气体吸附等温线的测定36-37
• 2.3.2 单塔吸附脱附实验37
• 2.3.3 两塔吸附脱附实验37-38
• 2.3.4 变压吸附时序的初步确定38
• 2.4 数据处理38-39
• 第三章 结果与讨论39-64
• 3.1 单塔脱附效果的影响因素39-50
• 3.1.1 吸附剂的选择39-44
• 3.1.1.1 VP80039-40
• 3.1.1.2 改性的SBA-1540
• 3.1.1.3 Y型分子筛40-42
• 3.1.1.4 CMS42
• 3.1.1.5 4A分子筛42-44
• 3.1.1.6 斜发沸石44
• 3.1.2 卸压方式的影响44-47
• 3.1.3 吸附压力的影响47-50
• 3.1.4 吸附剂质量的影响50
• 3.2 两塔循环操作的均压步骤50-60
• 3.2.1 吸附压力为0.8MPa50-54
• 3.2.2 吸附压力为0.6MPa54
• 3.2.3 吸附压力分别为0.4MPa和0.2MPa54-56
• 3.2.4 四种吸附压力，不同均压情况的对比56
• 3.2.5 不同压力下均压之前增加放空步骤的对比56-60
• 3.2.5.1 吸附压力为0.8MPa56-58
• 3.2.5.2 吸附压力为0.6MPa58-60
• 3.2.5.3 吸附压力为0.4MPa60
• 3.3 两塔变压吸附操作条件的探索60-63
• 3.3.1 均压时间60-62
• 3.3.2 抽真空时间62
• 3.3.3 最佳实验条件下的两塔循环操作62-63
• 3.3.4 操作时序的确定63
• 3.4 小结63-64
• 第四章 结论64-65
• 参考文献65-69
• 发表论文及参加科研情况说明69-70
• 附录：吸附程序70-79
• 致谢79

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