添加导热材料提高型炭吸附剂储气性能的研究

高比表面活性炭吸附天然气技术不仅可用于天然气调峰，而且可以实现天然气的无管道输送，具有广阔的应用前景。在天然气吸附剂成型工艺过程中加入铜、铜铝混合物、铝和天然石墨等导热材料，可以增大型炭吸附剂的导热性、降低吸附热效应进而提高吸附剂的储气性能。为此，实验考察了导热材料对型炭吸附剂吸附性能、块密度、成型工艺参数、热导率和吸附热效应的影响。结果表明，天然石墨是一种性能良好的导热材料。在25 ℃、充气压力5.0 MPa下，石墨加量为5%的型炭对甲烷的吸附/脱附量达到180/170(体积比)，比无导热材料型炭分别提高了13.2%和19.7%。     

天然气吸附剂的开发及其储气性能的研究V——吸附剂成型与型炭甲烷储存特性研究

以KOH复合活化（活化比为3∶1）法制备的中试粉体石油焦吸附剂为原料，研究了富微孔粉状吸附剂的黏接成型技术，制备出低黏接剂含量、成型工艺简单、高强度和不同尺寸规格的型炭样品，并评价了型炭的甲烷储气能力。结果表明，在黏接剂含量5%～10%(质量分数)、成型压力150～400 MPa、成型时间5～30 min的主要工艺条件下，可获得甲烷储气性能和强度优良的型炭吸附剂材料。在常温，3.5 MPa、5.0 MPa和8.0 MPa下，Φ100 mm的型炭样品的甲烷储存能力(体积比）分别可达130～145、160～180和210～240。     

天然气吸附剂的开发及其储气性能的研究Ⅴ--吸附剂成型与型炭甲烷储存特性研究

以KOH复合活化(活化比为31)法制备的中试粉体石油焦吸附剂为原料,研究了富微孔粉状吸附剂的黏接成型技术,制备出低黏接剂含量、成型工艺简单、高强度和不同尺寸规格的型炭样品,并评价了型炭的甲烷储气能力.结果表明,在黏接剂含量5%～10%(质量分数)、成型压力150～400 MPa、成型时间5～30 min的主要工艺条件下,可获得甲烷储气性能和强度优良的型炭吸附剂材料.在常温,3.5 MPa、5.0 MPa和8.0 MPa下,φ100 mm的型炭样品的甲烷储存能力(体积比)分别可达130～145、160～180和210～240.     

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为了提高单位体积吸附剂的天然气储存量，对由含碳原料制备的高表面富微孔粉体吸附剂进行块体化被认为是有效的方法。研究表明，粘接压缩成型是一种实现粉体天然气吸附剂块体化的较好技术，但粘接剂对块体吸附剂的微观结构影响还鲜见报道。文章利用比表面—孔分布和扫描电子显微镜测定了粘接成型型炭的微观结构，研究了粘接剂对型炭微观结构的影响并对型炭吸附剂的构性关系，并进行了初步讨论。结果表明，粘结剂种类及其含量决定了型炭的微观结构，Cx-3型炭具有缠绕联接的体型结构，其表面存在明显的褶皱、棱翅，具有丰富的微孔结构；粘接型炭的单位质量比表面和微孔容积下降，比表面和微孔孔容的损失主要与粘接剂的含量有关，但单位体积型炭的微孔容积和比表面积均明显增大；粘接剂对吸附剂微孔的堵塞主要是一种表面或孔口的涂敷作用，其对不同尺度的微孔具有相同的涂敷几率，粉体吸附剂和型炭吸附剂具有基本相同的孔分布归一化曲线。     

吸附法脱除异戊烷中的3-甲基丁烯

采用水溶液离子交换法制备了AgY和AgMOR分子筛吸附剂,在固定床中考察了分子筛吸附剂种类及吸附温度、床层高度、原料气流量等条件对脱除异戊烷中的3-甲基丁烯效果的影响。实验结果表明,AgY和AgMOR分子筛保持原有的骨架结构;AgY分子筛可作为脱除异戊烷中3-甲基丁烯的吸附剂;在20℃、0.1MPa、原料气流量为40mL/min时,经过两次离子交换的AgY(2)分子筛吸附剂的饱和吸附量为115mg/g;在固定床中,不可利用床层高度(LUB)与原料气流量有关,与床层高度无关,但只有当床层高度超过LUB时,才有吸附效果;AgY分子筛吸附剂可脱附再生18次。     

对二甲苯吸附分离工艺改进研究

建立了模拟移动床吸附分离对二甲苯过程的模型,研究了吸附塔各功能区床层数比例、床层间空体积比例及床层总数对过程吸附性能的影响。研究结果显示：吸附区和脱附区与提纯区床层数的适宜比例分别为0.5~0.7和0.4~0.5;缓冲区占总床层数的适宜比例为8.5%~13%;吸附剂床层总数的增加及床层间空体积的降低,可以提高过程的分离效率。根据研究结果提出改进工艺的方案为16（3-7-4-2）床层;该方案在基本保持过程性能前提下减少了吸附剂床层和吸附塔数量。     

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ＡＮＧ是一种新型的储气技术,它具有储气压力低、储气设备材质要求不高、储气瓶制备工艺简单、储瓶自重轻、充气站建站费用低且设备使用寿命长等优点,其关键在于高储气能力的天然气吸附剂。近十几年来国外为开发这种储气技术在天然气吸附剂方面做了大量的工作,国内近几年的研究也取得了许多可喜的成果。作者以木质素和石油焦为原料,已经开发出性能优异的天然气吸附剂。其中粉状吸附剂的吸附量（６．０ＭＰａ、２５℃）可达２４％以上,甚至高达３０％,比表面达２５００ｍ２／ｇ;成型的块状吸附剂吸附量可达２１．９％,比表面达２０００ｍ２／ｇ。由于成型后吸附剂的密度有明显的增大,其储气体积比可达１８０左右     

高比表面积炭质吸附剂吸附性能评价方法的研究

采用热重天平和吸附剂评价装置测试了高比表面积炭质吸附剂对甲烷的吸附性能,论述了其影响因素和相关校正过程。测试结果表明,在相同的甲烷气体压力下,质量吸附量不随吸附剂质量变化而改变,压力越高,其误差越小,当压力为4 90MPa时,质量吸附量误差不足0 8%;体积吸附量的校正误差不超过1%。     

甲烷在碳基材料和MOFs上极低压力下的吸附平衡

为研制新型吸附式天然气(ANG)吸附剂,比较了极低压力下甲烷在典型碳基吸附剂和MOFs上的吸附平衡。碳基吸附剂选择SAC-02活性炭、GS(2D)单层石墨烯和GS(3D)层状石墨烯;MOFs为由溶剂热法制备的MOF-5(S)、HKUST-1、ZIF-8以及由机械球磨得到的MOF-5(M)。试样首先由77K下氮气的吸附等温线确定孔大小及分布(PSD)、比表面积和微孔容积,然后在温度283~303K、压力0~0.1MPa测试甲烷的吸附平衡数据,并由Henry定律常数计算甲烷在试样上的极限吸附热。结果表明,碳基吸附剂的比表面积和微孔容积为影响其甲烷吸附量的关键因素;相对于MOF-5(S),MOF-5(M)的比表面积和微孔容积增大且PSD集中于微孔。设计ANG用MOFs应考虑ANG储存的压力范围。     

低浓度煤层气脱附吹扫过程的数值模拟

运用Aspen Adsorption软件数值模拟了体积比为3:7的甲烷和氮气组成的低浓度煤层气的脱附吹扫过程,得到了甲烷的脱附吹扫曲线和吸附床层轴向浓度分布,考察了压力、吹扫速率和吸附剂对脱附吹扫过程的影响。结果表明:活性炭作吸附剂、293K、300kPa、流速2×10~(-7)kmol/s条件下,甲烷出口含量模拟值与实验值吻合良好,甲烷的饱和负载量和氮气的初始负载量分别为6.75×10~(-4)kmol/kg和3.65×10~(-4)kmol/kg,脱附吹扫时间为760s时,吸附剂实现完全再生;脱附吹扫时间随压力变小而缩短,吹扫压力为500k Pa、300kPa和100kPa时的甲烷脱附吹扫时间分别为1208s、634s和436s;吹扫速率越大,脱附吹扫曲线越陡峭;活性炭比分子筛的的脱附吹扫时间更短。     

家用天然气活性炭吸附储存的试验研究

为开发适用于家庭环境的吸附式天然气（ANG）储罐,选择比表面积为2 074 m²/g的SAC-02椰壳活性炭作吸附剂和附设有U形换热管的钢制压力容器为储存容器,在室温及3.5 MPa条件下,比较了充放气体积流率以及U形管内引入冷却水或热水后对ANG储罐吸附床温度及充放气总量的影响。结果表明：充放气体积流率大于10 L/min时,再增大体积流率对ANG储罐中心温度的影响变小;在U形管内循环30 ℃的冷却水和60 ℃的热水可抑制ANG储罐中心区域的温度波动,同时也可提高总充放气量。对比试验结果发现,充放气体积流率增大,ANG储罐吸附床的温度波动幅度增大,但ANG储罐中心上升到温度幅值所需要的时间缩短;在相同的充放气体积流率时,冷却水或热水的引入不影响ANG储罐吸附床中心区域上升或下降到幅值的时间,也不影响有实际意义的充放气过程的持续时间;民用ANG储罐可采取自来水作为充放气过程中的冷却或加热介质。     

无黏结剂整体式沸石分子筛的制备及其催化应用进展

为了获得适宜形状和尺寸的分子筛,工业上合成的粉末或颗粒状沸石分子筛一般需要加入黏结剂来制备成整体式结构,但黏结剂的加入会覆盖沸石分子筛活性位点,堵塞部分孔道,甚至引发一系列的副反应。因此,开发具有良好性能的无黏结剂整体式沸石分子筛是目前研究的热点方向之一。笔者系统地介绍了无黏结剂整体式沸石分子筛的2种合成方法：直接合成法和黏结剂转化法;以及无黏结剂整体式沸石分子筛的3种成型技术：固载化技术、自成型技术和3D打印技术。概述了无黏结剂整体式沸石分子筛在废气净化、石油化工和生物燃料转化等催化领域的相关应用,并对其未来发展趋势进行了展望。     

吸附式天然气储罐充放气过程的试验研究

为研制替换家庭用LPG储罐的吸附式天然气(ANG)储罐进行了对比试验。针对ANG技术在应用过程中涉及如何管理吸附热效应的问题,选择比表面积为2 074m2/g的SAC-02椰壳活性炭,容积为1.5L的柱状钢制压力容器,在15L/min的充放气流率下,测试并分析了循环换热水管布置形式、循环水温度及充放气方式变化对储罐吸附床中心温度和储罐累积充/放气量的影响。结果表明,储罐中心在布置螺旋形换热水管后的温度变化幅度比布置U形换热水管时减少约10℃,储罐总充/放气量相应增加18%和14%;储罐换热水管循环常温自来水就能有效抑制储罐吸附床的温度波动;选用多孔管充/放气可使储罐中心温度上升/下降的幅度分别减小15℃和10℃,但会造成储罐总的充放气量下降2%和7%。家庭用ANG储罐可选用自来水冷却/加热吸附床,在选择换热管和充放气时需兼顾其对储罐总充/放气量的影响。     

甲烷在活性炭上的吸附平衡及充气试验

为探索缓解家庭用ANG储罐在使用过程中受热效应影响的热管理措施,在温度区间263.15K～313.15K、压力范围0MPa～8MPa,测试了甲烷在比表面积为2074m2.g-1的SAC-02椰壳活性炭上的吸附平衡数据,并由Toth方程确定了相应的绝对吸附等温线。其次,在室温、3.5MPa、5L.min-1～25L.min-1的甲烷流率下,对装填有390g活性炭、中心区域布置U型换热管的储罐进行充气试验。结果表明,Toth方程在试验范围内的预测相对误差小于3.25%;储罐吸附床压力的上升速率是影响实际充气流率、吸附床温度变化和充气总量的关键因素;在试验范围内,U型管内循环30℃的冷却水可降低吸附床的平均温度和最大温升约3.6℃和7.3℃,但仅能提高约6.5%的总充气量。Toth方程可用于分析甲烷在活性炭上的吸附平衡,延长储罐吸附床压力上升至充气压力的时间可改善ANG储罐的充气性能。     

喷气燃料储存中生成的胶质化合物的研究

用中性氧化铝吸附和无水乙酸脱附的方法制备了几种喷气燃料的吸附胶质(Adsorptive gum)。通过模拟加速储存试验考察了喷气燃料中生成的吸附胶质。采用色一质联用分析法(GC-MS)和红外光谱分析法(FT-IR)分析了吸附胶质的组成，并探讨了喷气燃料在储存过程中吸附胶质的变化规律。结果表明，变色喷气燃料中的颜色物质全部集中在吸附胶质中，吸附胶质的组成以烷基苯酚类(及其二聚物)和芳香酯类化合物为主。吸附胶质能有效地反映喷气燃料在储存过程中的变质情况，储存中吸附胶质和颜色增加显著，新生成的吸附胶质与储存前燃料中的吸附胶质无显著差别。吸附胶质的产生与喷气燃料在一定条件下的氧化和缩聚反应有关。吸附胶质可能是储存中所产生的不溶物的母体化合物。     

丙烯酸树脂的无皂乳液聚合及增稠性能

以聚乙烯醇为胶体保护剂、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,用过硫酸钾-亚硫酸钠引发丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸丁酯进行无皂乳液聚合,以制备高性能的涂料印花增稠剂。并研究了引发剂、胶体保护剂、丙烯酸丁酯、交联剂的用量等聚合条件对乳液性能的影响。结果表明:引发剂用量增加,增稠剂粘度下降,稳定性提高:采用 PVA 作为胶体保护剂,产物增稠能力强,稳定性好,耐电解质等综合性能均较好;丙烯酸丁酯的加入可提高无皂乳液的稳定性;交联剂用量增加可使增稠剂的粘度出现极大值.当引发剂用量为0.2%,PVA为30%,丙烯酸丁酯为14%,交联单体为0.3%时,乳液的粘度达10 Pa·s,且乳液的稳定性最好。     

天然气中微量组分对吸附剂性能的影响

考察了天然气吸附剂LXC对天然气中微量组分C2H6,C3H8,CO2,N2的吸附和脱附特性及其对CH4吸附能力的影响。实验结果表明,天然气吸附剂LXC吸附CH4,C2H6,C3H8的吸附量依次增大,滞留比依次减小,不可逆吸附性增强;CO2在吸附剂上的吸附量和滞留量较大;N2的可逆吸附与脱附性能较好;天然气中C2H6,C3H8,CO2均能导致吸附剂LXC吸附CH4的能力降低。在20℃、充气压力3.5M Pa、放气压力0.1M Pa的条件下,吸附剂LXC对配制的混合气体经12次连续吸脱附后,其吸附能力下降27.5%。