煤矿乏风中低浓度甲烷的变压吸附提纯

【摘要】： 目前,国内外大部分煤矿将乏风直接排放到大气中,由于乏风中含有甲烷且排放量大,造成了巨大的环境污染和能源浪费。提纯煤矿乏风中低浓度甲烷主要是实现CH4和N2的分离,而CH4／N2体系的分离一直被认为是一项很困难的工作。本文主要针对CH4／N2体系的分离以及用变压吸附工艺从模拟的煤矿乏风中提纯CH4做了研究。实验以CH4和N2的混合气为模型气体,考察了5种商业吸附剂(分别为13X沸石分子筛和四种不同的活性炭)对CH4／N2体系中CH4的吸附量和CH4的吸附选择性能。结果表明,和13X沸石分子筛相比,活性炭对CH4有较强吸附能力和吸附选择性。在实验压力0.2～0.5Mpa下,活性炭AC-1对CH4／N2的分离系数为3.485～3.657,活性炭AC-2对CH4／N2的分离系数为3.080-3.388。不同的活性炭,微孔孔径是决定活性炭选择吸附CH4的主要因素。选用对CH4吸附选择性较好的吸附剂AC-1和AC-2,考察了温度对CH4吸附量和吸附选择性的影响,结果表明,当温度在20～30℃变化时,温度对CH4的吸附量和CH4／N2的分离系数的影响并不明显。以活性炭AC-1和AC-2为吸附剂,在室温条件下,对模拟乏风气体(CH4浓度0.503%)中低浓度CH4的变压吸附分离进行了工艺研究,考察了不同吸附压力下,吸附时间和均压时间对尾气和脱附气中CH4浓度的影响。在保证尾气中CH4浓度低于0.001%的前提下,活性炭AC-1在0.4Mpa,处理量700ml/min,可将乏风中CH4浓度从0.503%提纯到1.162%；在0.3Mpa,处理量600ml/min,可将CH4浓度提纯到1.138%。活性炭AC-2在0.4Mpa,处理量500ml/min,可将乏风中CH4浓度从0.503%提纯到1.132%；在0.3Mpa,处理量400ml/min,可将CH4浓度提纯到1.112%。 【关键词】：乏风甲烷 变压吸附 活性炭 吸附分离
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TD712.67
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-22
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外乏风利用技术的现状及进展10-13
• 1.2.1 作为主要燃料11-12
• 1.2.2 作为辅助燃料12
• 1.2.3 采用变压吸附或膜分离的方法提高乏风中甲烷的浓度12-13
• 1.3 变压吸附13-16
• 1.3.1 变压吸附机理及其特点13-14
• 1.3.2 变压吸附工艺流程14-15
• 1.3.3 变压吸附技术的发展及利用现状15-16
• 1.4 吸附剂16-21
• 1.4.1 活性炭17-18
• 1.4.2 沸石分子筛18-19
• 1.4.3 碳分子筛19-21
• 1.5 本课题主要研究内容21-22
• 2 实验部分22-31
• 2.1 实验原料及仪器22-23
• 2.1.1 实验所用气体22
• 2.1.2 吸附剂22
• 2.1.3 主要实验仪器22-23
• 2.2 实验主要装置及实验方法23-31
• 2.2.1 实验主要装置23-25
• 2.2.2 实验原理及操作步骤25-31
• 2.2.2.1 原料气的配制25-26
• 2.2.2.2 分离系数的计算方法及实验26-28
• 2.2.2.3 单柱穿透曲线实验28-29
• 2.2.2.4 变压吸附实验29-31
• 3 结果与讨论31-55
• 3.1 吸附剂的评价31-45
• 3.1.1 Z-13X31-33
• 3.1.2 AC-133-35
• 3.1.3 AC-235-37
• 3.1.4 AC-3和AC-437-38
• 3.1.5 不同吸附剂的比较38-39
• 3.1.6 孔径结构对活性炭选择吸附CH4的影响39-41
• 3.1.7 温度对CH_4吸附量和CH_4/N_2体系分离系数的影响41-45
• 3.2 变压吸附实验45-55
• 3.2.1 AC-146-50
• 3.2.1.1 单塔穿透实验46-47
• 3.2.1.2 吸附时间对尾气和脱附气中甲烷浓度的影响47-49
• 3.2.1.3 均压时间对脱附气中甲烷浓度的影响49-50
• 3.2.2 AC-250-55
• 3.2.2.1 单塔穿透实验50-52
• 3.2.2.2 吸附时间对尾气和脱附气中甲烷浓度的影响52-53
• 3.2.2.3 均压时间对脱附气中甲烷浓度的影响53-55
• 结论55-56
• 参考文献56-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-64

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