高硅沸石分子筛ZSM-11用于CH4与N2吸附分离性能的研究

以四丁基氢氧化铵为模板剂,通过调节铝源和硅源的比例合成了两种高硅铝比(n(Si)/n(Al)=100、500)沸石分子筛ZSM-11,采用XRD、TG和N2吸/脱附等方法对ZSM-11分子筛进行了表征分析,测试了样品在500 kPa下对CH₄和N₂的吸附性能。结果表明,ZSM-11-500样品的比表面积和吸附容量略高于ZSM-11-100,两个样品的CH₄/N₂吸附选择性均达到4.0以上,优于商业吸附剂水平。混合气体穿透模拟结果显示,ZSM-11具有良好的CH₄/N₂分离能力,且对于低浓度煤层气中CH₄的富集纯化脱除N₂具有良好的应用前景。     

活性炭/金属有机骨架复合吸附材料的制备及其CH4/N2吸附分离性能研究

煤层气富含甲烷(CH₄),但井下抽采时会混入大量空气导致CH₄浓度低、利用难度大,因此富集提浓并高效利用低浓度煤层气的关键是实现CH₄与氮气(N₂)的高效分离。以三水硝酸铜(Cu(NO₃)₂·3H₂O)和异烟酸(HINA)为原料,通过逐步合成法制备了活性炭/金属有机骨架(AC/MOFs)复合吸附材料,通过X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜等进行了表征,并研究了气体吸附性能、选择性以及吸附热。结果表明,制备的AC/Cu(INA)₂复合材料具有AC和Cu(INA)₂的特征衍射峰,并且观察到了Cu(INA)₂在AC上的生长。AC/Cu(INA)₂复合材料在100 kPa、298 K下的CH₄吸附量为12.6 cm³/g,CH₄/N₂选择性为5.5(比原材料AC提升了...     

高—过成熟页岩CH4/N2/CO2混合气体竞争吸附特征与地质意义

为研究高—过成熟页岩对N₂、CH₄及CO₂混合气体的竞争吸附特征及其地质意义,通过混合气体吸附—解吸装置,结合穿透曲线法,对四川盆地周缘NY?1井龙马溪组1 420.90 m、1 422.75 m、1 423.75 m和牛蹄塘组2 261.53 m、2 265.80 m、2 268.37 m 6个深度的岩样,开展了20 ℃、注气压力0.25 MPa条件下N₂、CH₄和CO₂等比例混合气体的竞争吸附实验,得到了各岩样对混合气体的竞争吸附规律;并通过低温N₂和CO₂吸附法,分析了6个岩样的孔隙结构,探究了其对竞争吸附的影响。结果表明：龙马溪组页岩中N₂出口端浓度有超过初始浓度的现象,而牛蹄塘组页岩中N₂、CH₄和CO₂出口端浓度均未超过初始浓度;实验结果与Yoon?Nelson模型拟合结果较好,R²值可达0.9以上,各岩样吸附速率常数均有N₂>CH₄>CO₂的规律,故N₂相较CH₄和CO₂可先被样品吸附,随后吸附速率慢的CH₄和CO₂被吸附,岩样对2种气体吸附选择性更强,所以将N₂置换出,导致龙马溪组岩样N₂出口端浓度超过初始浓度;龙马溪组岩样中微孔发育程度较高,孔径小、比表面积大、吸附能力强,能更好地吸附CH₄和CO₂这2种吸附选择性强的气体,使得已吸附的N₂被置换出,从而造成游离气中N₂浓度增加。实验结论为我国页岩气勘探开发提供了理论依据,同时对部分地区页岩气组分中N₂的成因具有一定指导意义。     

Sr2+交换调控ETS-4分子筛选择性吸附CH4中N2性能

以正硅酸四乙酯为硅源、三氯化钛为钛源,采用水热法合成了Na-ETS-4材料,并通过Sr²⁺交换和热处理制备了不同Sr²⁺交换度的改性Sr-ETS-4样品;采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱(XRF)、热重-差热(TGA-DSC)和拉曼光谱等手段对样品进行了分析表征;实验测定结合分子模拟的方法研究了改性前后分子筛样品对N₂和CH₄的吸附性能。结果表明：合成的Na-ETS-4与Sr-ETS-4样品均呈现片状堆叠的晶体结构;随着Sr²⁺交换度的增加,改性Sr-ETS-4样品的热稳定性提高,N₂吸附速率增加,Sr-ETS-4-0.10-270样品的吸附速率常数较Sr-ETS-4-0.02-270样品提高了32倍,且N₂平衡吸附量逐渐上升。模拟计算结果也表明,Sr²⁺交换改性可以增加ETS-4分子筛对N₂的吸附容量与N₂/CH₄分离因子。离子交换和热处理对ETS-4分子筛的调控显著提升了N₂/CH₄的平衡及动力学选择性,有助于实现天然气中N₂的选择性吸附分离。     

TCN-TiO2/Zn(CH3COO)2-ACF复合材料吸附耦合光催化降解烷烃类VOCs性能研究

采用Zn(CH₃COO)₂通过超声-真空浸渍法对活性炭纤维(ACF)进行改性，通过水热横向热剥离法制备了管状氮化碳(TCN),并将其与TiO₂复合并负载于改性ACF上制备成TCN-TiO₂/Zn(CH₃COO)₂-ACF复合材料。应用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见分光光谱、光致发光光谱、光电流响应曲线对复合材料进行表征，并对复合材料催化正己烷降解的机理与降解率进行了研究。结果表明：光照条件下，TCN质量分数为4%的复合材料对正己烷的降解效果最好，其最佳的制备条件为负载2次、450℃下煅烧。采用此条件所制复合光催化剂，在体积空速为1 000 h^-1的条件下，质量浓度为200 mg/m³的正己烷气体降解率可达到87.9%。采用Zn(CH₃COO)₂对ACF进行改性，使ACF吸...     

等离子体催化重整CH4/CO2中的等离子体强化表面反应动力学研究

采用实验测量和模拟预测相结合的方法，通过构建详细的机理并开展零维动力学模拟，研究等离子体催化CH₄/CO₂重整过程中等离子体活性物质对表面反应动力学的强化效应。结果表明：等离子体与催化剂的协同对CH₄和CO₂的活化转化能力远强于纯等离子体；动力学模型对反应物的消耗和产物的生成具有较好的预测能力；活性自由基与吸附态物质之间的E-R反应具有较高的反应活性，能有效改变并促进表面反应路径，如等离子体强化的E-R反应CH₃(s)+O→CH₃O(s)的速率比相应的吸附态物质之间的L-H反应CH₃(s)+O(s)→CH₃O(s)+Ni(s)的速率高4个数量级；等离子体催化CH₄/CO₂重整过程中的表面反应路径主要以气相物质与表面吸附态物质之间的E-R反应为主。     

反常辉光放电下CH4-CO2转化制合成气

在常压下，利用一种新型的反常辉光放电反应器，使CO₂重整CH₄制取合成气。实验表明，反应体系输入功率、原料气配比和流量等对反应结果有着较大影响。在常压下，当输入功率为437 W、n(CH₄)∶n(CO₂)＝4∶6及流量为140 mL/min时，CH₄和CO₂的转化率分别高达91.9％和83.2％，并且CO和H₂的选择性分别为82.4％和62.1％。通过调配原料的配比，可以得到不同n(H₂)∶n(CO)比值的合成气。     

甲烷与氮气吸附分离研究进展

介绍了CH₄/N₂的分离原理和方法,对比分析了深冷分离法、水合物分离法、膜分离法、溶剂吸收法和吸附分离法等的优劣势,吸附分离法相比其他分离方法具有能耗低、运行成本低和稳定性高等优点,但吸附分离材料性能仍存在提升空间。重点总结了金属有机骨架(MOFs)、分子筛与炭基吸附材料3类典型CH₄/N₂吸附分离材料的国内外研究进展,深入探讨了当前吸附分离材料面临的挑战及未来发展趋势,指出了金属有机骨架材料兼具分子筛和活性炭的优势,发展前景广阔。     

孔结构对活性炭吸附CＨ4和CO2 的影响

高比表面积活性炭不仅具有良好的吸附存储能力，还具有优良的吸附分离性能。为此，选择了3个活性炭样品，利用77 K氮气吸附数据，采用一种基于简化局部密度函数的方法来计算孔径分布，并用体积法测定了活性炭在298 K对甲烷和二氧化碳的吸附等温线。研究表明，M6-4、K17和BY-1这3个活性炭样品的比表面积基本相同（分别为2117 m^2/g、2123 m^2//g和2073 m^2//g），但孔径分布却明显不同，因而它们的吸附能力有着较大差异。单从吸附量来考虑，活性炭K17更适合吸附存储甲烷。3个活性炭样品对甲烷和二氧化碳的吸附能力有着较大的差异，对于CＨ₄/CO₂的吸附分离过程具有较大的应用潜力。     

CH4- CO2体系固体CO2形成条件的预测模型

采用膨胀机制冷工艺回收天然气中的乙烷时,膨胀机出口与脱甲烷塔顶部的温度较低,容易发生CO₂冻堵,影响装置的正常运行。准确预测固体CO₂的形成条件,有助于及时采取相应的措施调整凝液回收装置的操作工况,避免CO₂冻堵。为此,分析了CO₂固体的形成条件,根据相平衡原理,采用标准形式的Peng Robinson状态方程建立了液固平衡模型（LSE）和气固平衡模型（VSE）,据此分别对CH₄-CO₂2气相体系和CH₄-CO₂2液相体系中的固体CO₂形成温度进行了计算,并与用HYSYS软件预测的固体CO₂形成温度进行了比较。结果表明：该计算模型的准确度较高,与实验数据的误差在2 ℃以内;而HYSYS软件预测的CH₄-CO₂气相体系的固体CO₂形成温度较实验数据偏高1～5 ℃,预测的CH₄-CO₂液相体系的固体CO₂形成温度较实验数据偏低1～6 ℃。     

CO2置换法开发不同体系CH4水合物的实验

CO₂置换法引起了许多研究者的注意，该方法能够使CH₄水合物开发和CO₂气体的长期储存同时进行，是一种开发CH₄水合物的新方法。在自行设计的反应装置中考察了3.25 MPa压力下，温度271.2 K、273.2 K和276.0 K时CO₂气体置换十二烷基硫酸钠（SDS）体系和纯水体系CH₄水合物中CH₄的置换过程。实验表明：提高温度有利于置换反应的进行；SDS体系的置换速率比纯水体系的置换速率高。276.0 K、3.25 MPa时，SDS体系和纯水体系100 h的置换效率分别达到6.93% 和14.50%。由于水合物相中静态水的存在，置换反应过程中，CO₂的消耗量与CH₄水合物的分解量并不是1∶1的关系。基于实验结果，简单地分析了CO₂置换CH₄水合物中CH₄的置换机理。     

生物气形成过程中CH4碳同位素变化规律的研究

高盐沉积物生物气形成过程中,随着产气时间的增长和温度的升高,生成的CH₄有着逐渐富集¹²C的规律,有别于有机质热分解成气过程,热解成气是随时延长、温度升高而降解增强,形成的CH₄则是逐渐富集¹³C。海洋沉积物生成的CH₄较盐湖沉积物生成的CH₄略富¹²C。     

不同分解温度下记忆效应对CO2/CH4混合气体水合物合成的影响

在非常规天然气以及天然气水合物二氧化碳(CO₂)置换开采过程中，明确CO₂/CH₄混合气体水合物(以下简称“CO₂/CH₄水合物”)的合成和分解机理，对水合物法分离混合气体、CO₂封存与CH₄高效开采有重要意义。以多孔介质+去离子水体系中的CO₂/CH₄水合物为研究对象，进行了二次合成和分解实验，研究了分解时间为0.5 h、分解温度为5～25℃条件下的记忆效应对CH₄/CO₂水合物合成的影响，主要从二次合成诱导期、气体消耗量和消耗速率，以及各组分气体消耗情况3个方面进行了分析。结果表明，分解温度越低，二次合成诱导期越短；记忆效应降低了二次合成速率；当分解温度为10℃时二次合成速率最快，气体消耗速率峰值为8.10 mmol/min；在相同的合成温度和压力下，升温分解后的记忆效应使二次合成时CO₂水合物合成量提高至初次合成量的1....     

CH4和CO2偶联直接合成乙酸的研究进展

CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸是典型的绿色化学反应之一，但是也是一个热力学不利的过程，实现该反应是化学工程与技术的巨大挑战。CH₄和CO₂作为性质稳定的化合物，在温和条件下的活化与转化是催化领域的难题。综述了近年来国内外CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的研究进展，重点介绍了克服热力学不利的方法、反应机理以及催化剂研发等方面的工作，分析了构建高性能催化剂可行的方向，展望了CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的未来发展方向，并提出了相关建议。     

人工裂缝参数对CO2-ESGR中CO2封存和CH4开采的影响

目的 页岩储层中的裂缝系统对CH₄产量和CO₂封存量有着重要的影响,不同的储层地质特征有其对应的最优压裂方案。对鄂尔多斯盆地延长组页岩储层人工裂缝参数对CO₂封存和CH₄开采的影响进行分析。方法 基于鄂尔多斯盆地延长组页岩储层地质条件建立了页岩基质-裂缝双孔双渗均质模型,分析CO₂增强页岩气开采技术(CO₂-ESGR)中人工裂缝半长、裂缝宽度、裂缝高度、裂缝间距和裂缝数量对CO₂封存量和CH₄产量的影响。结果 CO₂封存量和CH₄产量与裂缝半长、裂缝宽度和裂缝高度呈正相关,其中裂缝宽度的影响最大,从5 mm增加到25 mm时,最多可使CO₂封存量和CH₄产量分别增加112.69%和87.11%。裂缝间距和裂缝数量增加可提高CO₂封存量和CH₄产量,但水平井长度相同时裂缝数量增加对CO...     

基于三蝶烯结构聚酰亚胺膜的制备及其H2/轻烃分离性能

针对微孔聚合物膜较低的通量和较差的溶解性，通过2,3,6,7-四甲酸三蝶烯二酐单体与2,2-双三氟甲基联苯胺的缩聚反应，制备了一种具有自具微孔的三蝶烯聚酰亚胺(T-PI)化合物。三蝶烯基团的引入使得T-PI易溶于多种常用的有机溶剂，且热稳定性良好。将T-PI制备成气体分离膜，T-PI膜对H₂和CO₂的渗透系数分别达到了518 barrer和810 barrer,对CO₂/CH₄的理想选择性达到了21.9,接近Robeson气体分离上限(2008年)。将T-PI膜用于H₂和5种轻烃混合气的分离，在0.4 MPa的跨膜压差下，T-PI膜可将H₂体积分数从32.9%提高到73.7%,表明T-PI膜在低压差下实现H₂/轻烃分离的潜力。     

等离子体作用下CH4-CO2重整制取合成气工艺过程数值模拟

随着温室气体CH₄与CO₂排放量的逐年增加，全球气温上升、全球变暖加剧。CH₄-CO₂重整(CRM)能够有效降低温室气体的排放量，且重整产物为合成气(CO和H₂)，能提高碳资源的利用率。通过CRM装置完成了反应过程及产物分析，结合流体仿真软件Fluent与化工模拟软件Chemkin模拟揭示了等离子体作用下CRM制合成气反应过程中进料速率、进料比(n(CO₂):n(CH₄))及等离子体功率对反应器内部温度场与浓度场分布的影响规律。结果表明，随着进料速率提高，物流在反应器内涡流作用加剧，导致反应器底部温度变高，CH₄所参与副反应的平衡向正方向移动，参与主反应的CH₄减少，对CO、H₂的选择性降低。相同进料速率下，进料比越大，目标产物产量越高，过量的CO₂发生副反应，导致CO的增量大于H₂的增量。大功率等离子体提供的高温环境会促进C...     

水合物法分离CO2与N2混合气的实验

与传统的分离方法相比,水合物法分离气体混合物技术具有可降低制冷能耗、简化工艺流程、节省投资成本等优势,但目前该技术还不成熟,尚未形成统一的成套技术。为研究各种因素对分离效果的影响并给出一定配比混合气的最佳分离条件,以摩尔分数59% CO₂+41% N₂混合气为例,利用自行设计的实验装置,系统地进行了温度、初始压力及含水量对分离效果的单值影响实验。分析处理实验数据,得到混合气在温度1.4~5.6 ℃、初始压力4.2~6.8 MPa及含水量160~300 mL范围内的分离效果。实验结果显示：降低温度,升高初始压力都可以提高分离率,但同时也会增大损失率;增加含水量会提高分离率,降低损失率,但含水量超过一定值,对分离率的影响便不再明显。综合考虑,对于一定配比的CO₂+N₂混合气,在允许的损失率及最小气液比下,可以先增大含水量,然后降低温度,最后提高初始压力,以此来达到最佳的分离效果。     

氢气纯化用吸附材料的静态吸附性能模型拟合对比研究

常见的变压吸附材料种类繁多,适用的等温吸附模型也是未知的。为寻找适用于燃料电池车用H₂杂质变压吸附分离的吸附材料,采用静态容量法测试了CO₂、CH₄、CO、N₂及Ar杂质气体在活性炭BY1、活性炭210、5A分子筛、CaX分子筛及LiX分子筛5种变压吸附材料上的吸附容量,并利用Langmuir、Freundlich等5种吸附模型对吸附数据进行了拟合。测试结果显示,在低吸附压力区域,吸附容量增速比较快;在高吸附压力区域,吸附容量增速放缓。综合来看,活性炭BY1对5种杂质气体的吸附容量最大,是优选的变压吸附材料;对CO₂的吸附量远大于其他4种杂质气体。模拟结果显示,Langmuir-Freundlich、Dual-site Langmuir和Toth模型能够很好地描述杂质气体在吸附材料上的吸附过程。5种杂质气体的吸附均为非单层吸附,吸附质分子之间会发生相互作用,且吸附材料表面活性位是不均匀的。模拟的吸附热显示,CO₂在2种活性炭(活性炭BY1、活性炭210)及...     

CO2-CH4气体节流及水合物生成特性

CO₂驱采油举升过程中,随着压力的降低,采出液会析出大量伴生气,伴生气中CO₂含量高达50%～90%,相比CH₄气体,气态CO₂节流致冷效应更强,引起的低温可能会生成水合物堵塞管道,威胁集输系统的运行安全。采用高压蓝宝石反应釜研究了CO₂含量对CO₂-CH₄气体节流及水合物生成特性的影响。结果表明：当初始压力为高压(16 MPa)时,相同CO₂占比的混合气体,节流效应系数Di约为1.3～5.4℃/MPa,CH₄的掺入将增强混合气体节流效应,说明高压段主要受CH₄节流效应的影响;当初始压力为低压(5 MPa、4 MPa)时,节流效应系数Di约为3.4～11.9℃/MPa,CH₄的掺入将减弱混合气体节流效应,说明低压段主要受气相CO₂节流效应的影响;相同CO₂含量的CO₂-CH_...