基于重量法的天然气吸附脱碳微型实验装置设计与应用

为评价筛选适用于低CO_2含量(3%,体积分数)条件液化天然气(LNG)脱碳工艺的脱碳吸附剂,以实际工艺条件为参考,设计搭建了可进行静态吸附实验、动态吸附实验及吸附剂脱附再生的实验装置,满足温度25～350℃、压力0～5 MPa的实验条件要求。装置验证实验结果显示,采用重量法测量的CO_2、CH_4在13X分子筛上的等温吸附线(25℃,0～4 MPa)与相关文献相符;在温度25℃、压力4 MPa、气体流量3000 m L/min实验条件下,进行了13X、5A分子筛对混合气体(97%CH_4+3%CO_2)的动态吸附实验,获得了该条件下吸附剂的CO_2吸附穿透曲线、CO_2及CH_4吸附量、CO_2穿透时间以及分离因子,满足天然气吸附脱碳实验研究需求。所设计装置还可进行高温(280℃)和真空脱附再生实验,且尾气处理单元增加了实验安全性,可为研究吸附法脱碳应用于LNG及其相关领域提供条件。     

CO_2-C_2H_4混合物在MS吸附剂上的吸附性能

测定了GH-15、GH-18、GH-26三种活性炭,5A、13X分子筛以及 MS 吸附剂吸附分离CO_2和C_2H_4的吸附性能数据;考察了 MS 吸附剂在压力、温度、空速等吸附条件变化下吸附性能变化的规律。结果表明,MS 吸附剂不但具有高于活性炭五倍的选择吸附 CO_2中 C_H_4的选择性,而且具有良好的稳定性。其选择吸附 C_2H_4的性能随着温度的升高而增加。在0.392MPa 压力下 MS 吸附剂的吸附分离性能高于压力较高时的值;压力高于0.392MPa 时,压力对 MS 吸附剂的吸附分离性能影响不大。     

SDS和THF对水合物法捕集模拟烟气中CO2的影响

采用搅拌式反应釜水合物生成实验装置研究动力学促进剂十二烷基硫酸钠(SDS)和热力学促进剂四氢呋喃(THF)对水合物法捕集CO_2的影响,用摩尔分数为25%的CO_2和75%的N_2混合气模拟烟气,分别探究不同浓度的SDS和THF对分离效果的影响;在此基础上,研究了不同初始压力、反应温度对分离效果的影响。结果表明,SDS和THF的存在都能提高CO_2回收率,但同时会降低分离因子。设定初始温度为3.5℃,初始压力为9.2 MPa时,加入质量分数为0.01%的SDS溶液后,CO_2回收率较纯水中增大了4.3%,分离因子较纯水中降低了44.8%;设定初始温度为6.5℃,初始压力为3.7 MPa时,加入摩尔分数为0.5%的THF溶液后,CO_2回收率较纯水中增大了30.4%,分离因子较纯水中降低了72.8%。在实验条件下,适宜的SDS质量分数为0.01%～0.05%,THF摩尔分数为0.5%～2%,初始压力的增加可以有效缩短水合反应的诱导时间,增大储气密度、CO_2回收率和分离因子,降低温度能有效提高分离效果。     

Cu~+/13X分子筛吸附分离丁烷-丁烯混合体系

采用等体积浸渍法制备了一系列负载型Cu+/13X分子筛吸附剂,利用固定床吸附装置对该系列吸附剂分离丁烷-丁烯混合体系的性能进行了评价,考察了吸附剂中Cu Cl2负载量、焙烧还原时间、吸附温度、吸附压力、再生次数等对吸附剂性能的影响,并采用TPD方法分析了碳四组分与活性中心π-络合能力的强弱。实验结果表明,Cu+/13X分子筛吸附剂是一种分离丁烷-丁烯混合体系的优良吸附剂,当Cu Cl2负载量为5.67%(w)、350℃下焙烧1.00 h、吸附温度为35~40℃时,常压下吸附效果最佳。升高吸附压力使吸附剂的穿透吸附时间缩短,且吸附压力过高时会引起吸附柱死体积内的气体体积增加,不利于分离。Cu+/13X分子筛吸附剂的再生性能良好,多次再生后仍保持较高的活性。     

变压吸附回收本体法聚丙烯装置尾气中的丙烯

使用NJ型载铜吸附剂,以丙烯-丙烷-氮气为原料气,对变压吸附法回收本体丙烯聚合装置尾气中的丙烯进行了研究。测定了丙烯、丙烷、氮气3种单组分气体在NJ型载铜吸附剂上的吸附平衡,考察了不同压力、停留时间和顺放过程对丙烯吸附性能的影响。实验结果表明,在吸附压力为0.6 MPa、停留时间为2.4 min的条件下,丙烯、丙烷在NJ型载铜吸附剂上的分离系数为1.72;三塔循环变压吸附结果表明,在常温下NJ型载铜吸附剂具有稳定的变压吸附性能,丙烯回收率大于96%,纯度大于88%(φ)。     

TEPA改性新型多孔碳酸镁对烟气中CO_2的吸附性能

将四乙烯五胺(TEPA)通过浸渍法负载到新型多孔碳酸镁载体上,制备了高效CO_2固态胺吸附剂。采用N_2吸附脱附、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对吸附剂进行了结构和物化性质表征,并在固定床中研究了TEPA负载量、反应温度和烟气组分(H_2O、NO和SO_2)对CO_2固态胺吸附剂吸附性能的影响。结果表明,TEPA改性后的多孔碳酸镁对CO_2的吸附量有显著提高,当负载质量分数为20%时,吸附剂(20T-M)在348K下达到最大吸附量(0.95mmol/g)。烟气中水分体积分数为10%时,CO_2吸附量可增加20%,NO对CO_2吸附性能几乎无影响,而酸性较强的SO_2可抑制CO_2与胺的结合。10次循环吸脱附实验结果表明,20T-M在干燥和水分存在条件下均表现出良好的稳定性与再生性。     

高温高压条件下不同气体组分储层岩电实验及应用

在高温高压条件下,对岩电参数受CO_2与CH_4混合气体影响规律认识不清,导致该类气层含水饱和度计算精度偏低。为此,通过模拟储层温压条件下(温度150℃、围压70MPa、孔隙压力50MPa)的岩电实验,分别利用不同含量CO_2与CH_4混合气体进行岩心驱替,以测定岩心的岩性系数b值、饱和度指数n值与胶结指数m值,基于实验数据研究分析了CO_2与CH_4混合气体对岩电参数的影响规律。不同CO_2含量混合气体溶解于地层水时候,测定得到的岩性系数a值、胶结指数m值基本没有差异;随着CO_2含量升高,岩性系数b值增大,饱和度指数n值降低,并建立了岩性系数b值与饱和度指数n值随CO_2含量变化的预测模型。利用该方法确定的岩电参数计算得到的含水饱和度与岩心分析结果吻合较好,证实了方法的可靠性。     

改性硅胶吸附剂用于CO_2/CH_4吸附分离的研究

采用等体积浸渍法,通过在硅胶材料(XFGJ)表面修饰不同碱金属或碱土金属离子,制备硅胶基型吸附剂。采用变压吸附考察改性硅胶对CO2/CH4混合气体的吸附及分离性能。实验发现,担载1%质量分数BaCl2的XFGJ(1Ba-XFGJ)对CO2/CH4混合气体的动态吸附分离效果最佳,在0.5MPa,20℃时,1Ba-XFGJ的分离因子为9.55,与未改性的XFGJ相比分离因子提高了116%。采用低温氮气吸附脱附表征XFGJ及1Ba-XFGJ的比表面积和孔径分布,发现BaCl2的引入能够增加微孔数量,有利于提高CO2/CH4的吸附分离性能。     

环境温度对PSA过程的影响

通过实验测定了变压吸附分离专用吸附剂ＣＮＡ１３３ 、ＣＮＡ２２９ 对纯组分Ｎ２ 、ＣＨ４ 、ＣＯ、ＣＯ２ 的吸附性能。由Ｃｌａｕｓｕｉｓ Ｃｌａｐｅｒｏｎ 方程（ｌｎ ｐＴ）ｑ ＝ ＱａＲＴ根据实验数据得出吸附剂分离气体的性能随环境温度变化的规律即反映吸附量、吸附压力与温度三者之间关系的吸附方程：ｑ ＝ Г（ ｐ ,Ｔ） ,并将计算结果与实测结果进行比较,相对误差在５ ％ 以内。根据求得的吸附方程,定量化论述了温度对两种吸附剂上纯组分的吸附性能、待分离组份之间的分离因子以及有效分离因子的影响。对吸附剂ＣＮＡ１３３ ,温度的变化主要影响吸附剂的单位处理能力和ＣＯ 与Ｎ２ 的分离因子 ＫＣＯ／ Ｎ２ ,但对 ＫＣＯ／ＣＨ４ 基本无影响;对吸附剂ＣＮＡ２２９ ,温度的变化既影响吸附剂的单位处理能力,又影响分离因子 ＫＣＯ２／ＣＨ４ 和 ＫＣＯ２／Ｎ２ ;并讨论了温度对组份之间分离因子的不同程度影响的原因。     

13X沸石分子筛低温变压吸附CO_2/CH_4实验研究

采用静态容积法实验测量了CO_2和CH_4在13X沸石分子筛上的吸附等温曲线,CO_2和CH_4吸附量随吸附温度的降低和压力的增大而增加。利用Langmuir模型、Sips模型和Toth模型对实验测量的吸附平衡数据进行拟合,均取得了较好的拟合结果,并利用非线性拟合得到了模型参数。模拟结果表明,Toth模型对实验结果的拟合程度最好。利用测量数据计算了CO_2与CH_4在所用吸附剂上的等量吸附热,发现吸附过程主要发生的是物理吸附,吸附剂表面是非均一的。     

Surface modification of SiO2 nanoparticles to increase asphaltene adsorption

Metals and nonmetal nanoparticles, have been used for enhancing oil recoveries, deasphalting or catalyzing crude oil. The hydrophobicity, charge and polarizability of nanoparticles can modify their affinity to different molecules, e.g., asphaltenes. Modifying nanoparticle surfaces, changes their interactions with molecules, to improve their affinity and specificity. This work presents synthesis and use of surface-modified silica nanoparticles to increase asphaltene adsorptivity. SiO₂ nanoparticles were synthetized and surface-modified with chitosan, carboxymethyl cellulose and polyethylene glycol 200. Surface-modified nanoparticles showed an enhanced adsorptivity compared with raw nanoparticles. Kinetics and thermodynamic experiments showed preferential interaction of modified nanoparticles with asphaltene subfraction.     

车用燃料油吸附法深度脱硫技术进展

综述了车用燃料油吸附法深度脱硫的技术及吸附机理,主要包括物理吸附脱硫、化学吸附脱硫、络合吸附脱硫和选择性吸附脱硫等。物理吸附是极性吸附,吸附剂对硫化物的选择性差,难以对燃料油进行深度脱硫;化学吸附能对燃料油进行深度脱硫,但吸附温度和吸附剂再生温度较高;络合吸附和选择性吸附脱硫技术操作条件温和、投资和操作费用低,能深度脱硫,可生产硫含量小于50μg/g的低硫车用燃料油,但目前吸附剂对含硫芳烃的选择性和容硫量还较低,不能满足工业应用的要求。     

天然气吸附及其理论的研究进展

为提高吸附天然气存储效率,针对吸附天然气技术中存在的问题,从活性炭吸附剂的结构设计和吸附理论研究的发展现状两个方面综述了天然气吸附及其理论的研究进展。活性炭结构设计主要是从孔结构控制和吸附热效应两个方面展开讨论。同时介绍了天然气吸附理论的研究情况,包括临界条件气体吸附的各种模型和超临界吸附。临界吸附的Langmuir,BET以及Dubbin模型都是理想的模型理论,存在着一定的局限性;超临界吸附由于体系复杂,多为实验数据的回归,缺乏明确的解释。通过上述分析,客观地指出了目前吸附天然气研究中的一些问题以及进一步发展的方向。     

小分子烷烃在TON沸石上吸附性能的计算机模拟

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了甲烷、乙烷和丙烷在TON沸石上的吸附等温线,计算结果与实验结果吻合较好.在此基础上,模拟了甲烷、乙烷和丙烷在TON中的吸附位、吸附能以及混合气体的吸附等温线.结果表明,3种短链烷烃在TON沸石的吸附位均在TON沸石的10-元氧环中.在273 K时,丙烷在TON上的吸附能绝对值远大于甲烷和乙烷;在773 K时,3种气体的吸附能绝对值相同.3种气体吸附能绝对值几乎均小于100 kJ/mol,说明它们在TON上的吸附是物理吸附.了解单组分气体以及混合气体在TON沸石上的吸附特性,对应用TON沸石分离气体的技术提供了有益参考.     

络合吸附净化含氮气体中微量一氧化碳的研究进展

综述了络合吸附一氧化碳的化学基础及稀土元素的促进机理、一氧化碳络合吸附剂、吸附平衡、吸附动态过程的实验和模型研究以及工业侧线试验等方面的进展 ,表明络合吸附净化含氮气体中微量一氧化碳的研究已经具备了工业化的应用基础。     

考虑页岩多重吸附机制的超临界甲烷等温吸附模型

页岩中的超临界甲烷等温吸附模型研究对于页岩气藏储量评估、生产动态预测和开发方案编制等具有重要意义。以超临界甲烷等温吸附理论和分子动力学模拟结果为依据,考虑不同尺度空间中吸附机制差异,以Dubinin-Astakhov(DA)微孔充填模型表征微孔中的甲烷分子吸附,以Brunauer-Emmett-Teller(BET)多分子层吸附模型表征中孔和大孔中的甲烷分子吸附,建立了DA-BET超临界甲烷等温吸附模型。在此基础上,结合高温高压实验数据分析了模型拟合方法和拟合效果,讨论了不同吸附机制对页岩中超临界甲烷等温吸附的贡献。研究结果表明:DA-BET超临界甲烷等温吸附模型可以高精度地拟合实验数据,计算出的吸附特征曲线满足唯一性,并且可以利用该模型预测高温条件下页岩吸附甲烷的能力;在低压阶段,甲烷分子以微孔充填吸附为主;温度、压力显著影响不同吸附机制对总吸附量的贡献,温度越低、压力越高,微孔充填吸附量对总吸附量的贡献越小。     

小分子烷烃在TON沸石上吸附性能

 采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了甲烷、乙烷和丙烷在TON沸石上的吸附等温线,计算结果与实验结果吻合较好。在此基础上,模拟了甲烷、乙烷和丙烷在TON中的吸附位、吸附能以及混合气体的吸附等温线。结果表明,3种短链烷烃在TON沸石的吸附位均在TON沸石的10-元氧环中。在273K时,丙烷在TON上的吸附能绝对值远大于甲烷和乙烷;在773K时,3种气体的吸附能绝对值相同。3种气体吸附能绝对值几乎均小于100 kJ/mol,说明它们在TON上的吸附是物理吸附。了解单组分气体以及混合气体在TON沸石上的吸附特性,对应用TON沸石分离气体的技术提供了有益参考。     

金属有机骨架材料MOFs用于C8芳烃吸附分离的探索研究

采用混合溶剂热法,以硝酸铝和对苯二甲酸为原料制备了金属有机骨架材料MIL-53;使用XRD、SEM手段对合成样品结构进行表征;通过吸附等温线测试、液相静态吸附平衡实验、脉冲实验评价最优制备方法下材料的吸附性能。结果表明：制备的MIL-53材料呈现均一的尺寸和分布,晶粒尺寸为50~80 nm;该材料在相同温度和压力下对不同组分的吸附量不同,在铝盐与对苯二甲酸摩尔比为1:1的条件下,以2-甲基甲酰胺为溶剂,制备的MIL-53材料的甲苯吸附量最大;合成的MIL-53材料优先吸附邻二甲苯。     

系列烷基芳基磺酸盐在大庆油砂上的吸附性能

利用静态吸附实验法研究了实验室自制的3种高纯度烷基芳基磺酸盐在大庆油砂上的吸附规律,并考察了吸附时间,温度,磺酸盐、盐、碱及醇含量对磺酸盐吸附量的影响。结果表明,磺酸盐在油砂上的吸附量随着其质量浓度和相对分子质量的增大逐渐增加,然后趋于平稳,随着温度和醇体积分数的降低、盐和碱浓度的增加而增大。吸附热力学研究表明,烷基芳基磺酸盐在油砂上的吸附等温线服从Langmuir等温吸附方程,计算得到的各参数均能很好地反映磺酸盐在油砂上的吸附特征;吸附动力学研究表明,Elovich方程能够更好地描述磺酸盐在油砂表面吸附量随时间的变化。     

甲烷在活性炭上的超临界温度吸附实验及理论分析

为研发ANG吸附剂,本文选择比表面积为2074m2.g-1的活性炭SAC-02,在温度区间263.15K～313.15K、压力范围0 MPa～8MPa,应用Setaram PCT Pro E&E测量甲烷在SAC-02活性炭上的吸附等温线,并由D-A方程、Clausius-Clapeyron方程和Virial方程标绘分析了实验数据。结果表明,当压力高于0.08MPa时,确定参数后的D-A方程预测实验数据的相对误差小于5%;甲烷在SAC-02活性炭上的等量吸附热反映了甲烷在能量非均匀表面吸附的特点,数值为13.99kJ.mol-1～17.57 kJ.mol-1,极限吸附热随温度呈线性变化,其平均值为19.43kJ.mol-1。