不同结构活性炭对CO_2、CH_4、N_2及O_2的吸附分离性能

制备了比表面积为1943 m2/g的纯微孔活性炭AC-1和比表面积为1567 m2/g,中孔比例为47.18%的活性炭AC-2.分别以AC-1及AC-2为吸附剂测定CO2、CH4、N2和O2的298 K吸附等温线,考察了两种活性炭对CO2/N2、CO2/CH4及CH4/N2气体混合物的吸附分离性能.实验结果表明,孔结构是影响吸附剂吸附分离性能的主要因素.富中孔活性炭AC-2较AC-1更适用于CO2/N2、CO2/CH4气体混和物的吸附分离,而微孔活性炭AC-1对CH4/N2混合体系的吸附分离性能优于AC-2.     

富甲烷气组分分析方法的改进

我公司二净化车间液氮洗富甲烷气中只含有CO、H2、CH4和N2,其中CH4含量(体积分数)较高.采用1904奥氏气体分析仪分析富甲烷气中各组分的含量,在分析中发现最后计算出的N2的体积分数为负值.为弄清原因进行了多次试验,结果发现由于此气体组分特殊,只要仪器梳形管内残留样气参与了爆炸就会造成较大误差,导致测出的H2、CH4体积分数偏高,N2体积分数出现负值.为此,对原分析方法进行了改进,改进后的分析方法测定结果准确,误差小.     

基于沸石ZSM-5的CH_4/N_2/CO_2二元体系吸附平衡

采用Rubotherm磁悬浮天平测量CH4、N2和CO2在沸石ZSM-5上的单组分吸附平衡等温线,温度273~353K,压力0~500 kPa。采用Sips模型、Toth模型和MSL模型对单组分吸附平衡实验数据进行拟合,拟合结果良好,非线性回归得到相应的模型参数。测量双组分CO2/N2、CO2/CH4和CH4/N2在沸石ZSM-5上的竞争吸附平衡等温线,实验温度为293 K,实验压力为0~500 kPa。采用基于Sips模型的理想吸附溶液理论和双组分MSL模型预测双组分气体在沸石ZSM-5上的竞争吸附平衡等温线,并与实验结果进行比较,预测结果良好。比较CO2/N2、CO2/CH4以及CH4/N2体系在沸石ZSM-5上的竞争吸附选择性系数,探究沸石ZSM-5吸附分离烟道气(CO2/N2体系)、垃圾填埋气(CO2/CH4体系)或煤层气(CH4/N2体系)的可行性,为将来进行工艺设计提供基础数据。     

C2H4/CO2混合体系在活性炭上吸附的实验与模型

通过重量法测定吸附等温线,研究了C2H4/CO2混合体系在活性炭上的吸附分离。采用高精度的智能重量分析仪,测定了C2H4和CO2纯组分以及混合组分在活性炭上的吸附等温线,将测量值与DL-IAST模型计算值进行比较,并计算出了C2H4的吸附选择性。结果表明,DL-IAST模型可以准确地描述C2H4和CO2纯组分在活性炭上的吸附;不同摩尔分数下,C2H4/CO2混合体系的DL-IAST模型计算值与实验值吻合得较好,C2H4摩尔分数越大,模型的相对偏差就越小;随着压力的增加,C2H4的吸附选择性减小,C2H4摩尔分数越大,C2H4的吸附选择性也减小。DL-IAST可以准确地描述C2H4/CO2混合体系的吸附等温线以及推算出C2H4的吸附选择性。     

变压吸附浓缩甲烷/氮气中甲烷的研究进展

介绍了变压吸附(PSA)技术浓缩煤层气、油田气以及垃圾填埋气中甲烷(CH4)的国内外研究和应用状况,分析了吸附剂以及PSA工艺对CH4/N2分离效果的影响,着重讨论了活性炭与碳分子筛(CMS)吸附剂在分离CH4/N2混合物中的应用,指出了目前PSA用于浓缩CH4/N2中CH4研究中存在的不足,并展望了其发展趋势.     

真空变压吸附提纯沼气的实验

以煤基碳分子筛为沼气净化吸附剂,借助扫描电镜观察了碳分子筛的表面形貌,并通过物理化学吸附仪表征了碳分子筛的孔径分布。基于静态容积法测定了CO2与CH4在碳分子筛的静态吸附量,并估算了CO2与CH4在碳分子筛的动力学扩散系数。单塔穿透实验考察了吸附压力与进料流量对原料气中CO2穿透曲线的影响,选取吸附压力为0.3 MPa,进料流量为4 L·min-1进行两塔六步真空变压吸附提纯沼气的实验研究,并考察了吸附步骤时长与产品气冲洗率对CH4富集效果的影响。实验结果表明,吸附步骤时长为140 s,冲洗率为0.05时,产品气中CH4纯度可达98%,收率可达82%。     

真空变压吸附分离氮气甲烷模拟与实验研究

采用椰壳活性炭为吸附剂,进行了三床真空变压吸附（VPSA）氮气甲烷分离过程的研究。在吸附和置换压力为0.5 MPa,解吸压力为-0.08 MPa条件下,将体积分数（下同）为30%的甲烷,浓缩至80%～98%,甲烷的回收率达到65%～96%,并研究了吸附和置换步骤下塔顶出口流量对于产品气纯度和收率的影响。运用Aspen Adsorption软件建立上述模型,模拟结果与实验结果基本一致;模拟可以为甲烷富集的工业装置建立提供基本设计参数。     

无烟煤所制活性炭对CH4/N2的分离特性

以无烟煤为原料,采用预氧化-炭化-水蒸气活化法制备颗粒活性炭,用其变压吸附分离CH4/N2,以重量法测定了298 K下N2和CH4单组分及双组分气体在活性炭上的等温吸附曲线,并对活性炭的结构和表面性质进行了表征. 结果表明,以所制活性炭为吸附剂,采用单柱单循环变压吸附过程可将CH4/N2中CH4浓度最高提升30.7%(j). 所制活性炭孔结构以微孔为主且表面具有较多含氧官能团,对CH4/N2的分离效果较好,吸附选择性系数达3.4.     

Adsorption separation of CO2, CH4 and N2 on β-zeolite with different SiO2/Al2O3 ratios

采用体积法在273 K和303 K温度下对CO2、CH4和N2在不同硅/铝比的β沸石上的吸附分离性能进行了研究。实验结果表明,Langmuir-Freundlich模型能够较好地拟合吸附实验数据;同一样品上,CO2的吸附量要大于CH4和N2的吸附量;随着硅铝比的减小CO2的吸附量增加,而硅/铝比对CH4和N2的吸附量的影响较小。通过结合Virial方程计算CO2、CH4和N2在不同硅/铝比β沸石上的亨利定律常数和吸附选择性,发现所研究样品对CO2/CH4和CO2/N2均具有很高的吸附选择性,随着样品硅/铝比的减小,CO2/CH4和CO2/N2的吸附选择性显著增加,说明较低硅/铝比β沸石有利于分离CO2。用Clausius-Clapeyron方程求得CO2、CH4和N2在不同硅/铝比的β沸石上的吸附热与吸附量无关,表明β沸石是一种表面势场均匀的吸附剂。     

用于吸附分离CH4/CO2的碳分子筛的制备研究

以碳分子筛(CMS)作为吸附剂,探索其对CH4/CO2混合气的分离纯化性能。采用化学气相炭沉积法,以价格便宜的商品椰壳基活性炭为原料,以苯为沉积剂,制备碳分子筛。研究了沉积时间和沉积温度对CMS的吸附性质的影响。采用容量法对CMS吸附CH4和CO2性能进行测定。结果表明,在沉积温度为700℃,沉积时间为40min时制备的CMS平衡吸附选择性系数为58.03,远高于活性炭的5.124,对CH4/CO2有良好的分离效果。     

混合气组分对CO在稀土复合吸附剂上吸附的影响

采用吸附柱动态实验装置,分别考察了混合气组分H2O、CO2、CH4对稀土复合吸附剂变压吸附CO的影响。实验结果表明,原料气中微量的H2O的存在对稀土复合吸附剂的吸附性能有较大影响,当水质量浓度仅为250mg/L时,CO的变压吸附量下降约35％;与CO相比,CO2在稀土复合吸附剂上为弱吸附组分,但对CO的吸附性能有一定影响,当CO2体积分数为1％时,CO的变压吸附量可维持在12.5 ml/g左右;而CH4的存在对CO在稀土复合吸附剂上的吸附量影响不大。     

Ni-Mn/Al_2O_3催化剂在浆态床中CO甲烷化催化性能

采用共浸渍法制备了Ni-Mn/Al2O3催化剂,考察了助剂Mn的含量对催化剂结构及浆态床CO甲烷化性能的影响。采用XRD、H2-TPR、BET、TEM、H2-化学吸附等表征对催化剂进行了测试分析,结果表明,Mn助剂的引入能够促进Ni物种在载体表面的分散,减弱Ni物种与载体的相互作用,降低催化剂的还原温度,提高催化剂的比表面积,减小活性金属Ni的晶粒尺寸。随着Mn含量的增加,Ni-Mn/Al2O3催化剂的甲烷化性能先升后降,其中以Mn含量为4%(质量分数)时的催化甲烷化性能最佳,添加过量的Mn导致活性组分Ni被部分覆盖,催化甲烷化性能下降。通过对16Ni4Mn/Al2O3催化剂样品的浆态床反应温度及反应压力的研究发现,当反应温度为280℃、反应压力为1.5 MPa时,催化剂样品16Ni4Mn/Al2O3的CO转化率及CH4选择性分别达到96.2%和88.8%。     

规整复合吸附剂真空变压吸附分离CH4/N2工艺模拟与分析

为减少甲烷排放,实现低浓度煤层气有效资源化利用,探究了使用规整复合吸附剂真空变压吸附富集低浓度煤层气的工艺。采用静态容积法测定了甲烷、氮气在规整复合吸附剂上的吸附等温线,同时建立了包括质量、热量和动量守恒在内的严格吸附床数学模型,设计了三塔连续进料的真空变压吸附工艺并进行模拟。分析了工艺达到循环稳态后吸附床层轴向温度分布和压力变化,并且探究了进料量、解吸压力、原料气中甲烷浓度和吸附压力对纯度、回收率、工艺能耗和吸附剂产率等工艺性能的影响。模拟结果表明,在进料量为100 L·min^-1,解吸压力为0.1 bar（1 bar=0.1 MPa）,原料气甲烷浓度为30%,吸附压力为3 bar时可以生产纯度为59.07%,回收率为93.64%的富CH₄产品气,同时单位能耗为18.70 kJ·mol^-1,吸附剂产率为4.56 mol·h^-1·kg^-1。表明规整吸附剂对CH₄/N₂具有良好的吸附分离效果,能够实现低浓度煤层气中甲烷高效富集。     

水热沉淀法制备NiO-CaO/Al2O3复合催化剂及其在ReSER制氢中的应用

制备了一组高催化活性的NiO-CaO/Al2O3复合催化剂并将其应用于反应吸附强化甲烷水蒸气重整制氢(ReSER)过程中。采用水热沉淀法制备了具有层状复合金属氢氧化物结构(NiAl-LDHs)的复合催化剂前驱体,高温焙烧后得到NiO-CaO/Al2O3复合催化剂hd-cat。通过传统浸渍法制备了另一组相同组分含量的NiO-CaO/Al2O3复合催化剂ci-cat作为对比。BET测得催化剂hd-cat比表面积为134.4 m2·g-1,H2-TPD测得其Ni金属分散度为9.25%,分别为催化剂ci-cat的3.8倍和1.3倍。CO2反应吸附性能(TGA)测试结果表明hd-cat吸附容量和吸附速率分别是ci-cat的1.8倍和2.7倍。在固定床反应器上,反应压力0.1 MPa、温度600℃、H2O/CH4摩尔比4:1条件下,评价了不同体积空速下复合催化剂ReSER制氢效果。hd-cat能达到的最大体积空速为2376 h-1,在此条件下能得到94.4%浓度的H2和98.4%的CH4转化率,十次反应-再生循环中,H2浓度和CH4转化率均保持在90%以上。相同反应条件下,复合催化剂ci-cat在体积空速1188 h-1时便失去制氢活性。实验结果证明水热沉淀法制备的高活性的复合催化剂hd-cat能适于高空速下的ReSER循环制氢要求。     

CH4／O2在炭分子筛上的吸附动力学

为消除低浓度煤层气对煤层开采存在的安全隐患,提出了利用甲烷和氧气在炭分子筛上的动力学差异进行脱氧的工艺。采用容积法测定了纯CH4和O2在炭分子筛颗粒上的吸附动力学数据,并利用单床变压吸附装置测定了混合气体在298．15K,各压力下的穿透曲线。研究结果显示：吸附初期,O2在CMS上的扩散速率明显大于CH4;在混合体系穿透曲线上,O2的穿透时间远大于CH4,炭分子筛固定床表现出对O。的优先吸附选择性,可以实现出口直接富集甲烷的目的。0．4MPa时,当产品气中CH4含量为92．44％时,CH4回收率为73．27％。     

CH_4/N_2在炭分子筛上的吸附平衡与扩散模型

使用高精密质量吸附仪(IGA-100,HIDEN)测定了CH4和N2纯组分在炭分子筛上于298、313和328 K温度下的吸附等温线及吸附动力学曲线,研究了CH4和N2在炭分子上的吸附热力学及动力学性质。选择Double Langmuir模型(DL)对吸附等温线数据进行了模拟;选择Fick扩散模型进行了吸附动力学的模拟。结果表明,DL模型可以准确地描述CH4和N2在炭分子筛上的吸附,拟合相关系数都非常接近1,N2在该炭分子筛上的吸附量大于CH4的吸附量;通过Fick扩算模型计算得:2 4N CHD/D=7.26,N2在该炭分子筛上的扩散速率大于CH4,所以该炭分子筛可以实现固定床出口直接富集CH4的目的。     

密闭电石炉气脱氧催化剂的制备和表征

为脱除密闭电石炉气中体积分数为2%的O₂,制备了以铜为主催化剂,锰和钴为助催化剂,以活性炭为载体的低温高活性脱氧催化剂。在120 ℃,该催化剂可将体积分数为98%的CO、2%的O₂且流量为1.5 L·min^-1的原料气中的O₂脱除至0.2%以下,满足将密闭电石炉气作为化工原料气的要求。正交实验结果表明,催化剂活性组分质量分数为铜6.5%、锰4%和钴0.5%时,能将O₂体积分数脱至0.054 1%。BET比表面积和XRD表征表明,制备的催化剂是一种组分负载量接近其在载体上的单层分散阈值的氧化态Cu-Co-Mn负载型催化剂,其中,Co对活性组分均匀分布于活性炭表面起重要作用。     

变温吸附（TSA）改造小结

1技改情况 山东阿斯德化工有限公司通过富氧造气、变压吸附装置提取CO产品气,再用CO产品气制取甲酸甲酯。其中CO产品气的纯度≥96％（体积分数）,其余是CH4和N2等惰性气体。CO产品气在甲酸甲酯反应器中和甲醇在一定温度、压力下,并在催化剂作用下反应生成甲酸甲酯。     

基于生物质活性炭对煤层气中CH4/N2的吸附分离性能研究

为了制得性能良好的吸附剂材料,本实验以氢氧化钾为活化剂,改用山楂树枝为碳源并通过一步炭化法制备得到用于分离CH4、N2的活性炭材料,以期提高对CH4/N2吸附分离性能.实验过程中通过考察不同KOH浓度对活性炭孔结构、表面性质及CH4/N2吸附分离性能的影响,并结合一系列表征手段探究样品对CH4/N2吸附分离性能的影响因...     

CH4/CO2混合组分在13X分子筛上的吸附平衡及分离性能

采用高精度智能重量分析仪IGA-100对13X分子筛进行CH4、CO2的吸附分离实验。于298、310、326 K温度下,分别测定了CH4、CO2纯组分及混合组分的吸附等温线。纯组分吸附等温线用DL(Double-Langmuir)模型拟合,并通过DL-IAST(Ideal Adsorbed Solution Theory,IAST)模型与实验测定值进行比较。利用该模型计算出不同温度下混合气中各组分的吸附量,得到了CO2的吸附选择性。结果表明,DL-IAST模型可以准确地描述CH4、CO2在13X分子筛上的吸附行为。在298 K时,随着压力的增加,CO2的吸附选择性增加,最后稳定在80左右;当温度一定时,CO2吸附选择性随着混合物中CO2浓度增加而减小。