炭膜分离CO_2/CH_4混合气的分子模拟

针对炭膜分离CO_2/CH_4混合气体的过程,分别采用Materials Studio和Lammps软件进行分子模拟,建立与炭膜孔结构相近的Z字形孔模型,通过实验数据验证了模型的可靠性,通过对CO_2/CH_4纯组分及混合气体在膜孔内的吸附和扩散过程的模拟得到分离系数并探讨气体分离机理。综合吸附与扩散过程的模拟结果表明:适当的低温和较小的孔径有利于实现CO_2/CH_4混合气体的分离;随着温度的升高,CO_2/CH_4的分离系数减小,而且膜孔径对分离系数的排序为0.670 nm1.005 nm1.340 nm;在温度为298 K、膜孔径为0.670 nm的操作条件下CO_2/CH_4的分离系数为20.1,与实验数据较吻合。研究结果可为优化炭膜制备提供指导,并为探讨分离过程机理提供依据。     

具有缺陷孔结构的炭膜分离CO2/CH4混合气的分子模拟

基于炭膜无缺陷Z字形孔模型研究结果,建立随机缺陷、均匀缺陷与局部缺陷3种不同缺陷方式的炭膜微孔模型,研究等摩尔CO₂/CH₄混合气在缺陷膜孔中的吸附和扩散过程,探讨缺陷对炭膜气体分离的影响。结果表明,在273~348 K的温度范围内,CO₂与CH₄在缺陷炭膜孔模型内的平衡吸附量与扩散系数均低于无缺陷炭膜孔模型;与无缺陷、均匀缺陷和随机缺陷孔模型相比,局部缺陷孔模型的CO₂/CH₄总分离系数最低;温度低于298 K时,随机缺陷和均匀缺陷孔模型的总分离系数均大于无缺陷孔模型;随机缺陷孔模型的总分离系数大于均匀缺陷孔模型,说明随机删除碳原子的方式比均匀删除和局部删除更加合理。研究结果可为炭膜气体渗透机理的深入研究提供依据。     

炭膜分离CO2/CH4混合气的分子模拟

针对炭膜分离CO₂/CH₄混合气体的过程,分别采用Materials Studio和Lammps软件进行分子模拟,建立与炭膜孔结构相近的Z字形孔模型,通过实验数据验证了模型的可靠性,通过对CO₂/CH₄纯组分及混合气体在膜孔内的吸附和扩散过程的模拟得到分离系数并探讨气体分离机理。综合吸附与扩散过程的模拟结果表明:适当的低温和较小的孔径有利于实现CO₂/CH₄混合气体的分离;随着温度的升高,CO₂/CH₄的分离系数减小,而且膜孔径对分离系数的排序为0.670nm>1.005nm>1.340nm;在温度为298K、膜孔径为0.670nm的操作条件下CO₂/CH₄的分离系数为20.1,与实验数据较吻合。研究结果可为优化炭膜制备提供指导,并为探讨分离过程机理提供依据。     

不同管径碳纳米管中CO_2/CH_4分离的分子模拟

生物甲烷路线在CO2减排和节能方面有很大的应用前景。而对生物沼气的分离是此路线的一个关键问题,特别是在60℃和0.1 MPa下。巨正则Monte Carlo(GCMC)和平衡分子动力学(EMD)的分子模拟方法研究CO2和CH4在不同管径的碳纳米管(CNT)中的吸附和扩散,可以从分子层面研究生物沼气的分离机理。分别计算了CO2/CH4二元混合物吸附量、吸附选择性、自扩散系数和渗透选择性等参数。模拟结果表明:由于碳管的受限空间和CO2与碳纳米管壁面分子之间强相互作用,导致二元等物质的量的混合物CO2/CH4的吸附量和扩散系数的差异。CO2的吸附量和自扩散系数都比CH4的大。渗透选择性在碳管管径达到最接近1 nm时达到最大值,此时混合物的分离过程是吸附控制,而非扩散控制。     

沸石分子筛对CO_2/CH_4混合气的分离效果研究

选取5A沸石分子筛作为脱碳吸附材料,考察了其对CO2及CH4单组份的吸附效果。结果表明,5A分子筛真空解吸在1 h 50 min即可达到解吸、脱碳、再生的目的,且经8次重复吸附-解吸后仍具有较高及较稳定的脱碳效率。将5A分子筛应用到沼气实际分离实验中,在沼气中n(CO2)∶n(CH4)=40∶60的条件下,经单塔处理可达0.17 m3/kg处理量,甲烷纯度可达97%以上,且连续处理速率为0.60 m3/(h·kg),该研究为今后的沼气分离工程提供了技术参数。     

CO_2/CH_4在活性炭上吸附与分离的分子模拟

Monte Carlo模拟（GCMC）研究了CO2和CH4在活性炭中的吸附情况。氢气和二氧化碳分子被模拟作Ken-nard-Jones球体,活性炭用一个裂缝气孔模型代替。研究了压力、温度、孔径活性炭对CO2（以CH4为基准）的选择性的影响。结果表明,低压、低温、孔径越小,选择性越大,即对分离CO2和CH4有利;233 K、孔径为2.29 nm以及低压下选择性达到10,此时分离效果较好。     

孔活性炭储存CH_4的分子模拟

吸附天然气被认为是未来最具有发展前景的CH_4储存方式之一,其中的关键是寻找合适的吸附剂,使其具有良好的CH_4吸脱附性能。以纳米多孔碳材料作为多孔活性炭的结构,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)和平衡分子动力学(EMD)的方法研究CH_4在纳米多孔碳材料中的吸附和扩散行为,通过考察不同因素的影响,期望获得高的CH_4吸附量和自扩散系数。其中,研究的主要因素有:构成多孔碳材料的石墨片微元的大小、多孔碳材料的不同密度、多孔碳材料的表面基团改性。结果表明:多孔碳材料对CH_4的吸附受石墨片微元种类和混合比例的影响不大;在所研究的多孔碳材料密度范围内,存在最优密度,能够获得最大的CH_4吸附量,此最优密度在0.50g·cm~(-3)左右,但是多孔碳材料的表面经羟基修饰后,最佳材料密度发生了偏移,此时最优密度在0.72 g·cm~(-3)左右;此外,经表面改性后的多孔碳材料吸附量大小顺序为:CH3OHCOCOOH;对于CH_4在多孔碳材料中的扩散,总体规律是低的密度,并且经过COOH修饰,其CH_4自扩散系数最大。     

具有多级孔结构的混合基质炭膜的制备及其CO_2分离研究

为高效分离CO_2,采用共混法制备了以PMDA-ODA型聚酰胺酸为前驱体、多级孔石墨碳(HPGC)为填料的混合基质炭膜。利用氮吸附对HPGC进行测试,探究了单一气体条件下HPGC的活化条件及其质量分数对混合基质炭膜分离性能的影响,结果表明,在活化时间为2 h、活化温度为800℃、KOH质量为1 g时,制备的HPGC掺杂混合基质炭膜表现出最优的气体分离性能。     

CO_2/CH_4分离膜研究进展

介绍ＣＯ２／ＣＨ４分离膜的开发背景及发展历史;ＣＯ２／ＣＨ４分离膜材料及相应的成膜技术,并提出ＣＯ２／ＣＨ４分离膜的发展方向。     

TBAB半笼型水合物法分离CO_2/CH_4混合气的过程研究

水合物法气体分离技术是一种新型的CO_2分离方法,不同的分离条件对CO_2气体分离的效果影响显著。四丁基溴化铵(TBAB)的添加能显著改善CO_2/CH_4混合气水合物的相平衡条件,促进CO_2水合物的生成。作者主要研究在质量浓度为40%的TBAB水溶液体系中,压力为3.2 MPa下,不同过冷度及气水比例的条件对CO_2/CH_4混合气水合物的生成过程及CO_2的分离效果的影响规律。实验结果表明,当压力为3.2 MPa时,气水比越小,CO_2分离效果越好。同时,存在最佳的过冷度使得反应过程中气体消耗量最大以及CO_2分离效果最好,而且CO_2分离效果并非与过冷度完全成正比。当气水比为0.54,过冷度为6 K时,反应结束后气相中CH_4的摩尔比例为81.59%,CO_2的摩尔比例为18.41%,CO_2气体分离系数为4.43,CO_2分离效果最好。     

H_2/CO/CH_4/CO_2混合燃气着火温度的实验研究

根据粉尘云最低着火温度的测试原理,自行建立了H2/CO/CH4/CO2混合燃气着火温度测定实验系统.基于该实验系统,研究了初始条件为常温常压下的H2/CO/CH4/CO2混合燃气着火特性,分别测得不同混合比例以及不同一次风率下混合燃气的着火温度.结果表明:燃气着火温度随H2含量的增加而降低,随CH4含量的增加而升高,CO含量的增加对燃气着火温度的影响具有双重性.系统热力条件一定,燃气的着火温度基本不变,与一次风率无关.测得H2,CO以及CH4的着火温度分别为563℃,667℃和790℃.     

新型真空变压吸附法模拟分离N_2/CH_4/CO_2

依据活性炭对各组分吸附选择性差异,提出一种新型真空变压吸附(VPSA)工艺,可以在N2/CH4/CO2的三组分体系中富集CH4,该方法在传统的重组分提浓工序中加入了CH4和CO2产品气置换步骤,适用于对含低浓度CO2的煤层气甲烷富集。利用Aspen Adsorption软件对该过程进行模拟。原料气假设为体积分数9%CH4/6%CO2/85%N2,活性炭吸附剂对N2/CH4/CO2分离因子为1/4.15/10.62。在进料温度为298 K,吸附压力为0.6 MPa,解吸压力为-0.08 MPa条件下,运行稳态后能够将甲烷浓缩到体积分数77.172%,回收率高达97.923%。同时,CH4在轻重尾气中的体积分数分别仅为0.224%和0.673%。     

CO_2/H_2膜分离工艺参数模拟研究

介绍了变换气中CO2脱除的方法,认为气体膜分离技术是未来传统脱碳工艺的潜在替代技术。通过采用PROII模拟软件进行模拟,详细描述了变换气脱碳一级膜过程的质量平衡。研究了气源条件如进气CO2摩尔分数、压力,膜材料性质如渗透性、选择性,以及膜面积等因素对膜分离性能如净化气中CO2摩尔分数和H2回收率的影响。结果表明:膜材料本身的性能如渗透性、选择性、膜面积对脱除CO2具有决定性的影响;操作条件中,压比的增大有助于气体净化,然而造成H2回收率下降和额外的能量消耗,适宜的渗透气压力为101 kPa,压比大于10;进气CO2摩尔分数增大不利于CO2的脱除,却可以提高H2的回收率。     

分离CO_2/CH_4的吸附剂研究现状

介绍了不同吸附剂对CO2/CH4的吸附分离性能,包括吸附分离因子以及CO2吸附量等。着重阐述了碳分子筛的两种改性方法——氧化改性和氮基基团改性。从材料结构及再生性能上分析,碳分子筛可能更适合成为变压吸附分离CO2/CH4的吸附剂。     

CO_2,CH_4在全硅MFI型沸石中吸附的分子模拟

采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)分子模拟方法研究了CO2,CH4分子在全硅MFI型沸石中的吸附行为,计算得到了纯组分和两组分的混合物在不同温度时的吸附等温线;分析了全硅MFI型沸石对混合组分的选择性吸附;模拟还得到了CO2,CH4分子在全硅MFI型沸石中的吸附位。     

CH_4/CO_2催化重整镍基催化剂的研究进展

针对改善Ni基催化剂的抗积碳性、催化活性和使用寿命等在CH_4/CO_2催化重整中的研究进行了简要总结,重点介绍了载体种类、掺杂助剂和制备方法对镍基催化剂在CH_4/CO_2催化重整中催化性能的影响,并探讨了镍基催化剂在CH_4/CO_2体系中的催化机理。     

碳纳米管吸附分离CH_4/N_2二元混合物的分子模拟

采用巨正则蒙特卡洛模拟与理想吸附溶液理论相结合的方法研究了CH_4、N_2及其混合物在(6,6)碳纳米管簇内的吸附性能。探讨了压力、温度及气相组成对混合物分离性能的影响。CH_4选择性在9.4~10.8变化,并随着压力的升高呈现出先略微上升后下降的趋势。IAST模型可很好地预测压力及气相组成对混合物分离性能的影响,平均相对偏差分别为2.12%和1.49%。此外,随着温度由300 K升高至500 K,CH_4选择性降低了63.19%。     

多层石墨炔-4纳米材料吸附分离H_2S/CH_4混合物的分子模拟研究

采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法探讨了等物质的量H_2S/CH_4二元混合物在多层石墨炔-4结构内的吸附分离性能。模拟结果表明,由于H2S与其它吸附质及吸附剂分子间的强相互作用,致使混合物中CH_4组分的吸附量与纯组分相比显著降低。常温下H_2S的选择性随着压力的升高呈现出先快速升高后略微降低的趋势。当压力为5.2 MPa时,随着温度从300 K上升至500 K,H2S选择性从11快速降低至2.2。综上所述,多层石墨炔-4结构可作为分离H_2S/CH_4混合物的一种优良吸附剂材料。     

CH_4/CO_2重整反应中压力的影响

<正>近年来,CH_4与CO_2反应（式1）制合成气,已成为化工和催化领域的国际研究热点。由于体系中CO分压很高,极易积碳,因而催化剂的失活是所有研究者面临的主要问题。一些研究者研制的催化剂可在几十至几百小时内不失活,但相当多是在高CO_2/CH_4比、高温或低压下获得的结果,这种条件的实际意义十分有限。实际生产时希望在接近反应（1）的计量进料比下操作,以获得满意的产物组成;希望在较低温度下操作,以降低能耗,或降低对反应器的要求;对于操作压力,由于原料均有一定压力,而且为了与合成气作为原料的后续生产过程相匹配,工业生产希望CH_4与CO_2反应能在一定压力下进行。     

不同CH_4/C_2H_4比例前驱体体系制备炭/炭复合材料的研究

对CH_4/C_2H_4前驱体体系进行热裂解工艺模拟,分析不同CH_4/C_2H_4比例对前驱体裂解程度以及裂解后产物组成的影响。采用CH_4/C_2H_4=2/1、CH_4/C_2H_4=6/1、CH_4/C_2H_4=10/1三种气体配比对预氧丝预制体进行化学气相渗积制备C/C复合材料,温度为1200℃,气压为20k Pa。对三种样品进行高温热处理后,分别进行偏光、XRD、冲击强度以及扫描电镜的表征。结果表明:由模拟得出的最易制得高织构炭的CH_4/C_2H_4比为6;通过实验验证,当CH_4/C_2H_4=6/1时,所制备的C/C复合材料的热解碳确为单一粗糙体结构。同时当CH_4/C_2H_4=6/1时,材料具有最高的冲击强度,在垂直和平行于布层两个方向上分别达到23.53k J/m2和22.92k J/m~2,并且垂直方向的冲击强度均高于平行方向。