SrA吸附剂制备及用于焦炉煤气中氢气甲烷分离

【摘要】： 煤在炼焦过程中生产焦炭的同时得到副产品焦油和焦炉煤气。焦炉煤气中含有约50%的H_2和20%的CH_4,是一种含量丰富的氢气源,因此从焦炉煤气中分离氢气是焦炉煤气的一个重要应用途径。目前分离焦炉煤气中氢气主要采用变压吸附的方法,而吸附剂又是变压吸附的基础与核心。因此本论文针对变压吸附制氢工艺使用最广泛的A型分子筛吸附剂,针对减小分子筛晶粒可以使更多的吸附活性中心暴露以及引入多级孔道结构可以具有大的比表面积和顺畅的孔道,从而提高吸附剂的吸附性能,制备了具有亚微米颗粒及多级孔道的两种A型分子筛,并使用A型分子筛上交换选择性最好的Sr~(2+)进行阳离子交换得到SrA吸附剂。论文主要考察了两种SrA吸附剂的制备及用于焦炉煤气中氢气和甲烷分离的性能评价。 通过在A型分子筛合成体系中添加水溶性高聚物聚乙二醇PEG-1000合成了平均粒径为200～400nm的亚微米A型分子筛;通过添加两性有机硅烷三甲氧基硅丙基二甲基十八烷基氯化铵(TPOAC)得到多级孔道A型分子筛。经过Sr~(2+)交换制备了亚微米级及多级孔道的SrA吸附剂。经XRD、SEM、TEM、N_2吸附及激光粒度分析等技术分析表征,确定产物具备亚微米级颗粒及多级孔道特征。 通过动态吸附实验得到亚微米SrA、多级孔道SrA及工业级5A吸附剂的甲烷穿透曲线,计算得到甲烷动态吸附量。结果表明,亚微米SrA及多级孔道SrA吸附剂的甲烷吸附量都大于常规的工业级5A吸附剂,亚微米SrA吸附剂的甲烷吸附量最大。通过对甲烷氢气混合气穿透曲线的计算得到亚微米SrA、多级孔道SrA及工业级5A吸附剂的CH_4/H_2分离系数,结果表明亚微米SrA及多级孔道SrA吸附剂的CH_4/H_2分离系数均高于工业级5A吸附剂,亚微米SrA吸附剂的CH_4/H_2分离系数最大。 通过静态吸附实验得到制备的亚微米SrA、多级孔道SrA及工业级5A吸附剂的甲烷和氢气静态吸附量,结果表明,亚微米SrA及多级孔道SrA吸附剂的甲烷和氢气吸附量均高于工业级5A吸附剂,亚微米SrA吸附剂具有最大的甲烷和氢气吸附量。 通过对配制的模拟实际焦炉煤气成分的混合气的动态吸附实验,得到亚微米SrA、多级孔道SrA及工业级5A吸附剂的各组分气体氢气分离系数均为:α_(N_2/H_2)＜α_(CH_4/H_2)＜α_(CO/H_2)＜α_(CO_2/H_2)。亚微米SrA及多级孔道SrA吸附剂的各气体组分氢气分离系数均高于工业级5A吸附剂,且亚微米SrA吸附剂的氢气分离系数最大;亚微米SrA及多级孔道SrA吸附剂的各气体组分氢气分离系数均大于3,说明制备的这两种吸附剂均可以作为变压吸附制氢工艺的吸附剂,具有较好的氢气分离效果。 【关键词】：亚微米 多级孔道 吸附剂 焦炉煤气 氢气
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ546.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-29
• 1.1 含氢气体分离提纯的方法10-11
• 1.1.1 变压吸附制氢工艺10-11
• 1.1.2 其它方法11
• 1.2 吸附分离机理11-12
• 1.3 吸附剂12-16
• 1.3.1 活性炭12-13
• 1.3.2 沸石分子筛13-16
• 1.4 沸石分子筛合成与改性16-27
• 1.4.1 纳米与亚微米沸石分子筛16-21
• 1.4.2 多级孔道沸石分子筛21-26
• 1.4.3 阳离子交换26-27
• 1.5 选题依据和研究内容27-29
• 1.5.1 选题依据27
• 1.5.2 研究内容27-29
• 2 实验方法29-38
• 2.1 实验原料29
• 2.2 吸附剂的表征29-30
• 2.2.1 X射线衍射(XRD)29-30
• 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)30
• 2.2.3 透射电子显微镜(TEM)30
• 2.2.4 激光粒度分析仪30
• 2.2.5 N_2等温吸附脱附30
• 2.3 吸附分离实验30-38
• 2.3.1 动态吸附实验31-33
• 2.3.2 静态吸附实验33-38
• 3 亚微米SrA吸附剂的制备及氢气甲烷吸附分离测试38-50
• 3.1 微米SrA吸附剂的制备方法38-39
• 3.2 微米SrA吸附剂制备的影响因素39-41
• 3.2.1 硅源和铝源的影响39-40
• 3.2.2 聚乙二醇平均分子量的影响40-41
• 3.2.3 柠檬酸铝络合剂的影响41
• 3.3 微米SrA吸附剂的表征41-43
• 3.3.1 微米A型分子筛的SEM表征42
• 3.3.2 微米A型分子筛的粒度分布表征42-43
• 3.3.3 微米A型及SrA分子筛的XRD表征43
• 3.4 亚微米SrA及工业级5A吸附剂的动态吸附实验43-46
• 3.4.1 甲烷动态吸附量测定43-45
• 3.4.2 CH_4/H_2分离系数的测定45-46
• 3.5 亚微米SrA及工业级5A吸附剂的静态吸附实验46-48
• 3.5.1 甲烷静态吸附量测定46-48
• 3.5.2 氢气静态吸附量测定48
• 3.6 小结48-50
• 4 多级孔道SrA吸附剂的制备及氢气甲烷吸附分离测试50-61
• 4.1 多级孔道SrA的制备方法及影响因素50-52
• 4.1.1 铝源对合成多级孔道A型分子筛的影响51
• 4.1.2 制备方法51-52
• 4.2 多级孔道SrA吸附剂的表征52-55
• 4.2.1 多级孔道A型及SrA分子筛的XRD表征52-53
• 4.2.2 多级孔道A型分子筛的SEM表征53-54
• 4.2.3 多级孔道A型分子筛的TEM表征54
• 4.2.4 多级孔道SrA分子筛的氮吸附/脱附表征54-55
• 4.3 多级孔道SrA吸附剂的动态吸附实验55-58
• 4.3.1 甲烷动态吸附量测定55-56
• 4.3.2 CH_4/H_2分离系数的测定56-58
• 4.4 多级孔道SrA吸附剂的静态吸附实验58-60
• 4.4.1 甲烷静态吸附量测定58-59
• 4.4.2 氢气静态吸附量测定59-60
• 4.5 小结60-61
• 5 模拟焦炉煤气吸附分离实验61-64
• 结论64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士论文期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

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