活性炭改性及其对CO2/CH4吸附性能的研究

以活性炭为基础吸附剂,考察不同类型活性炭的吸附性能以及酸碱改性及氧化性改性对活性炭CO2/CH4吸附性能的影响。CO2/CH4的吸附性能通过变压吸附装置所得的穿透曲线评价。结果表明：煤质活性炭对CO2/CH4的吸附分离效果最好;对于改性活性炭,质量分数为5%双氧水、5%氨水及5%盐酸改性对活性炭的吸附容量均具有较大的提高,其中双氧水及氨水改性活性炭的CO2/CH4分离因子也有明显的提高。     

CH4/N2分离最佳吸附剂选择的综合指标评价

以小麦秸秆和玉米秸秆为原料,在实验室合成了2种生物质活性炭(WSAC和CSAC),以此作为CH_(4)/N_(2)混合气中CH_(4)分离的吸附剂。在3种不同温度(303、323、343 K)下测试了纯气体(N_(2)和CH_(4))的吸附等温线,并采用SIPS模型对其关联性进行了分析,应用理想吸附溶液理论(IAST)预测了CH_(4)/N_(2)二元气体吸附平衡。用Clausius-Clapeyron方程和SIPS方程,从纯组分吸附估算了等温吸附热。将所有吸附平衡时的参数整合为一个性能指标,从气体吸附分离因子、役用性能和等量吸附热等方面评价吸附剂,以便于在具体应用相关的条件下选择最合适的吸附剂。     

CO2/CH4在狭缝型孔内竞争吸附的分子模拟

采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法研究了储层温度、压力条件以及CO2/CH4混合气中CO2摩尔分数对煤中狭缝型孔分离CO2/CH4的影响。气体分子之间作用均采用单点Lennard-Jones(LJ)模型,气体分子与孔壁之间的作用势则用Steele 10-4-3模型描述。研究结果表明：CO2相对CH4的平衡分离系数SCO2/CH4最初都是随着压力的增加而增加,直到达到峰值,然后随着压力的增加而减小,在20 MPa时趋于恒定;压力低于20 MPa时,SCO2/CH4随着温度的增加而增加,压力高于20 MPa后,SCO2/CH4对于温度的变化不敏感; 压力为10、20 MPa时,SCO2/CH4先是随着CO2摩尔分数的增加而增加,直到达到最大值,而后随着CO2摩尔分数的增加而减少。因此,在现场实施CO2不可采煤层封存时,需要综合考虑各种因素对于CO2/CH4二元吸附的影响,对实际操作条件进行优化。     

变压吸附技术分离CH4/N2气体混合物

采用变压吸附技术进行CH4／N2气体混合物的分离研究,以提高混合气中CH4的浓度。在单柱变压吸附装置上进行了变压吸附过程实验;考察了各步压力、原料气组成等操作条件对分离过程的影响。     

CH4、N2和CO2在碳纤维分子筛上的吸附分离特征

矿井瓦斯中CH4与N2和CO2的有效分离是解决低浓度瓦斯回收利用的技术关键.为此,利用自制的吸附装置,研究了CH4、N2、CO2及其两相混合物在沥青基碳纤维分子筛(ACF-MS)上的吸附、分离特征.结果表明,单组分吸附时,ACF-MS对CO2具有较高的吸附量,CH4次之,N2最低.1:1mol两相混合气体吸附时,ACF-MS对CO2/N2有较好的吸附分离作用,对CH4/N2和CH4/CO2的分离效果较差.     

微波辅助下生物焦对CH4/CO2重整的影响

为了探讨生物焦对微波辅助下CH4/CO2重整反应的催化性能,通过改变制焦原料、调整制焦温度和原料脱灰等得到不同类型的生物焦,进而在固定床反应器上通过反应气转化率考查生物焦对重整反应的作用特性。研究表明,生物焦中金属氧化物本身对重整反应有催化效果,而且能够影响生物焦对微波的响应。所以,生物焦中金属氧化物的含量是影响其催化活性的决定因素。脱灰生物焦对CH4/CO2重整反应的作用效果进一步证实了上述结论。生物焦的比表面积和孔隙特性对生物焦的催化性能有一定影响。为考查添加物对生物焦催化性能的影响,将生物焦与不同物质均匀混合。结果发现,添加Na2CO3和K2CO3的生物焦强化了CO2转化,但抑制了CH4转化。MgO,CaO和NiO的添加对生物焦的催化活性有改良效果。加入SiO2的生物焦对重整反应不利。     

碳分子筛对CH4/N2混合气的变压吸附分离试验

为了评价碳分子筛的吸附分离性能,在四塔变压吸附装置上进行了CH4/N2混合气浓缩分离试验,研究了BM1404碳分子筛对不同浓度的CH4/N2混合气的提浓效果,以及不同吸附时间、成品气排气流量对CH4浓度、回收率和原料气处理量的影响。结果表明:吸附时间为150 s,成品气排气流量为4.20 m L/min时,分离效果最佳,可以将煤层气中的CH4含量从35%提浓到68.10%,回收率达到67.30%;BM1404碳分子筛是一种适于CH4/N2混合气变压吸附分离的吸附剂,可以将体积分数18%甲烷直接提浓到45.25%,将体积分数35%甲烷平均提浓到68.10%,将体积分数71%甲烷平均提浓到86.80%,对低中高浓度煤层气均有较佳的浓缩分离效果。     

煤层CH4—CO2重整制合成气抗积炭催化剂研究

考察了不同活性组分、不同载体及添加碱土金属氧化物与稀土氧化物的催化剂结果表明,Ｎｉ是ＣＨ４－ＣＯ２重整制合成催化剂较好地性级分,γ－Ａｌ２Ｏ３是理想载体,碱土金属氧化物ＭｇＯ能明显提高催化剂活性,用ＴＧ－ＤＴＡ了催化剂积炭物各睡积炭率,发现稀土土氧化物Ｌａ２Ｏ３能有效提高催化剂抗积炭性能,同时添加ＭｇＯ和Ｌａ２Ｏ３的催化剂具有高活性及高稳定性,连续反应５０ｈ不失活。     

CH4，N2，CO2在椰壳活性炭内的吸附平衡及扩散

使用高精密质量吸附仪IGA-100B对可用的吸附剂进行吸附分离实验。选取椰壳活性炭K01,测定了CH₄、N₂、CO₂在其上于298、308、323 K温度下的吸附等温线和吸附动力学曲线,由此分析了3种气体的吸附性能、热力学及动力学扩散性质,从而得到不同温度下CH₄、N₂、CO₂之间的平衡分离系数（α）和扩散系数（D）之比。结果表明,椰壳活性炭K01可以实现不同温度下CH₄/N₂、CO₂/N2的平衡分离;两种气体的动力学分离与压力和温度有关,在298 K压力较低时,可能实现N₂与CH₄的动力学分离;而在298 K和323 K时,在较宽的压力范围内,可能实现N₂和CO₂的动力学分离。     

沉积温度对CH_4/N_2分离用碳分子筛性能的影响

为给用于分离CH4/N2的碳分子筛制备提供技术参数,考察了碳沉积温度为450、500、550、600、650oС时,其对CH4/N2分离用碳分子筛性能的影响。结果表明：吸附容量和平衡分离系数均随着碳沉积温度的增加呈先增加后减小的趋势,沉积温度为550oС时碳分子筛性能最佳,CH4最大吸附容量达1.41mmol/g,CH4/N2平衡分离系数达4.74。氮气吸附/脱附等温线表明在此条件下制备的碳分子筛样品以微孔为主。     

CO2置换CH4试验中煤体应变及渗透率的变化

为研究煤层注CO2置换CH4过程中煤体应变及渗透率的变化特征,采用沁水煤田屯留矿3号煤层圆柱体原煤试样,在不同围压(8～20 MPa)及注入压力(1～6 MPa)条件下,进行注CO2置换煤层CH4试验。研究表明：置换试验中,煤样的轴向、径向及体积应变随有效应力的增加呈指数关系降低,随围压的增加而降低;同时随围压的增加,相同压降范围内的轴向、径向、体积应变降幅呈增大趋势;且相同围压条件下,径向应变大于轴向应变。试验同时发现,同一围压下,受有效应力效应、基质收缩效应及滑脱效应等作用影响,煤体渗透率随着有效应力的增加呈现先降低后增加的变化关系;相同有效应力条件下,渗透率随着围压的增大而减小;且在试验压力范围内,有效应力增加后期渗透率相对初期提高了8.53%~22.45%。     

提高煤层气甲烷浓度的吸附剂的选择研究

考察了CH4和N2在活性炭上的吸附行为,得到了能够用于分离CH4/N2混合气体的活性炭吸附剂,该结果可应用于煤层气中甲烷的浓缩,并从理论上分析了利用变压吸附技术提高煤层气中CH4浓度的困难性。     

常压下CH4/N2/CO2在阜生矿煤样表面吸附热力学研究

为了研究 CH₄/N₂/CO₂在阜生煤矿煤样表面吸附特性,采用美国康塔公司的 AutosorbIQ-C 型全自动吸附仪在 303.15 K、343.15 K、393.15 K,压力由 0 升高到 0.12 MPa 过程中得到煤样对 CH₄,N₂和 CO₂吸附的等温吸附曲线, 研究得到了 3 种气体的吸附模型和等量吸附热。 结果表明：CO₂对煤样表面不均匀程度敏感性高,吸附过程符合 Freundlich 模型,煤样对 N₂和 CH₄这 2 种气体的吸附等温曲线在 Langmuir 模型的拟合程度较高,其吸附过程符合 Langmuir 模型。 CO₂受到煤样表面各相异性影响显著;造成 CO₂气体在煤样表面吸附过程中的等量吸附热随吸附量的增加呈对数的降低规律,而 N₂和 CH₄对煤样表面的各相异性影响较小,等量...     

煤表面与CH4，CO2相互作用的量子化学研究

利用量子化学从头计算方法研究了煤表面与CH₄，CO₂分子间的作用能，发现二者在煤表面的吸附都属于物理吸附，且煤表面对CO₂分子的吸附势阱远大于对CH₄分子吸附势阱，说明CO₂在煤表面的吸附更稳定，从而在微观上解释了煤对CO₂吸附能力大于对CH₄的实验现象.     

球形颗粒Li4SiO4吸附CO2反应动力学研究

Li₄SiO₄吸附CO₂的动力学研究普遍以粉末样品为对象,忽略了流化床反应器对于吸附颗粒尺寸的基本要求,因而大幅削弱了其参考价值。为此,基于挤出滚圆法通过添加PE、C₆H₁₂O₆、NH₄HCO₃造孔剂实现了Li₄SiO₄颗粒成型,分别得到了P颗粒、C颗粒和N颗粒,随后采用热重分析、抗压强度测试和孔结构测试研究了3种吸附颗粒的基础特性;进一步基于吸附性能最优的P颗粒进行了CO₂吸附反应过程测试与动力学分析。结果表明：P颗粒的抗压强度最低、吸附性能最优,N颗粒的性能则与P颗粒相反,3种造孔后的颗粒吸附性能均强于未造孔颗粒。孔结构测试发现P颗粒具有最佳的比表面积和孔隙结构、C颗粒其次、N颗粒最差,因此造成了性能方面的差异。晶粒模型及Jander模型对P颗粒CO₂吸附动力学的研究发现,反应速率常数随温度升高、CO₂