分子筛对CH_4/空气混合气的变压吸附分离研究

为提高煤层气变压吸附浓缩效果,以一种商品分子筛为对象,研究了该分子筛在小型四塔变压吸附装置上的CH4/空气混合气浓缩分离效果,分析了吸附时间、吸附压力以及原料气浓度对混合气浓缩效果的影响。结果表明,吸附时间过长或吸附压力过高,均不利于获得较好的产品气浓度及回收率。吸附时间180 s,吸附压力300 k Pa时,试验商品分子筛对CH4/N2的浓缩分离效果最佳。其中,10%浓度原料气提浓至30.56%,提高约20%,产品气中CH4回收率达到94.45%,对原料气的处理量达到67.77 m3/(t·h);35%浓度原料气提浓至76.33%,提高约40%,产品气中CH4回收率达到69.68%,对原料气的处理量达到68.99 m3/(t·h);65%原料气提浓至89.18%,提高约25%,产品气中CH4回收率达到87.22%,对原料气的处理量达到83.36 m3/(t·h)。     

煤层气变压吸附用炭分子筛的制备研究

为解决煤层抽放气中CH4/N2的分离问题,以椰壳炭化料为原料,采用炭化、活化和炭沉积相结合的方法,以苯为沉积剂,改变工艺条件,制备了不同性能的炭分子筛,研究了炭分子筛前驱体的种类、苯流量对炭分子筛分离效果的影响,结果表明,在炭化温度450℃,炭化时间40 min,活化温度850℃,活化时间120 min时制备的炭分子筛前驱体,进一步制成炭分子筛对CH4/N2的分离效果最好;在750℃,沉积时间30 min,苯流量0.45 m L/min时制备的炭分子筛对CH4/N2的分离效果最好。     

碳分子筛变压吸附提纯沼气的性能

选择碳分子筛,以CH₄和CO₂为原料气,对变压吸附法提纯沼气中生物甲烷的分离性能进行了研究。采用高精度智能重量分析仪IGA-100测定了25℃下CH₄、CO₂和N₂纯组分气体在碳分子筛上的吸附平衡等温线,计算了3种气体在碳分子筛内的扩散速率CO₂>N₂>CH₄。使用单塔变压吸附装置测量了动态吸附穿透曲线,考察了吸附压力、气体流量和少量氮气等因素对吸附分离的影响,并对吸附机理做了初步探讨。实验结果表明,在吸附压力为0.4MPa、气体流量为200mL/min时,在碳分子筛上CO₂穿透吸附量为35.9mL/g,CH₄穿透吸附量为5.4mL/g,CO₂/CH₄分离系数高达12.6,可直接从吸附塔顶富集纯净的CH₄,而且碳分子筛可以通过抽真空完全再生,是一种理想的吸附材料;在有少量氮气存在的实验条件下,由于碳分子筛对CH₄和N₂具有动力学分离效应,仍能在塔顶富集高浓度的CH₄。     

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%。     

低浓度煤层气变压吸附浓缩试验研究

为研究自制碳分子筛对低浓度煤层气的浓缩性能,分别使用自制碳分子筛及活性炭为吸附剂、采用变压吸附对CH_4浓度为25%的低浓度煤层气进行提浓,考察了吸附压力、吸附时间等工艺参数对提浓效果的影响,对碳分子筛和活性炭吸附剂的提浓效果进行了比较。结果表明:随吸附压力的提高,提浓效果存在峰值,较优的吸附压力为200 k Pa;吸附时间增加,提浓效果先快速提高,吸附时间继续增加提浓效果缓慢下降,最佳吸附时间为120 s。自制碳分子筛吸附剂具有浓缩效果好、产品气浓度稳定的优势。     

煤层气浓缩用碳分子筛的研制及性能研究

为评价分析碳分子筛(Carbon Molecular Sieves,CMS)产品性能,以酚醛树脂废料为主要原料,通过添加助剂,采用炭化/气相沉积一体化工艺,制备了专用于煤层气提浓的BM碳分子筛(记为BMCMS)。采用CO_2吸附法、加压热重法及四塔变压吸附法对BMCMS及商业碳分子筛(记为JCCMS)的孔隙结构、CH_4和N_2的吸附容量、速度以及对煤层气的实际分离性能等进行研究。结果表明,BMCMS碳分子筛的孔隙以0.85 nm以下微孔为主,主要分布在0.4~0.65 nm,其比例占整个孔隙的66%以上,高于JCCMS的65%;碳分子筛的孔隙直径为N_2分子的1.1~1.8倍时,该类孔隙适宜吸附N_2,而对CH_4的吸附具有阻碍作用;当用于PSA浓缩抽采煤层气时,可将煤层气中CH_4浓度提高25.6%,实际运行指标优于JCCMS。     

Separation of methane and nitrogen using ionic liquidic zeolites by pressure vacuum swing adsorption

The separation of methane (CH₄) and nitrogen (N₂) is a significant challenge to the enrichment and utilization of low concentration CH₄ due to the similarity in the physical and chemical properties of the two molecules. In this work, we investigated the separation of CH₄ from N₂ using 100 kg of a new ionic liquidic zeolite (ILZ) material in a 6-bed pilot-scale pressure swing adsorption process. Feed gases with CH₄ concentrations of 5.0% and 16.1% were upgraded to 11.5% and 34.6%, respectively, with CH₄ recoveries higher than 80%. The pilot test results were used to anchor a numerical model that then allowed the efficient investigation of multiple operational parameters including desorption pressure and feed gas flow rates. The numerical model produced CH₄ concentrations for both product streams consistent with those measured in the pilot experiments, with root mean square deviations below 2%. The modeling results revealed that sufficiently low desorption pressures can unexpectedly lead to lower heavy product purities under limited feed gas flow conditions. Furthermore, the optimum feed gas flow rate under which maximum heavy product purity is achieved increases with lower desorption pressure. The maximum CH₄ concentrations increased from 31.8% to 41.5%, as desorption pressures decreased from 22.8 to 12.2 kPa for optimum feed flow rates between 78.2 and 105.5 mol/h. We also demonstrate a method of process optimization based on the bed capacity ratio, ℂ, which provides a scale-independent measure of the degree to which the column is being used effectively. By varying feed flow rate and/or desorption pressure, ℂ values between 0.2 and 0.8 were explored, with maxima in the combined separation performance metric (methane recovery) × (methane purity) occurring for values of ℂ in the range 0.29–0.36. This separation performance optimization by adjusting ℂ provides an effective strategy for integrating and understanding the impact of multiple operating parameters.     

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。     

真空变压吸附沼气净化过程的仿真研究

真空变压吸附(VPSA)是一种气体分离技术,该技术运用在沼气净化过程还存在较多的问题,针对该过程吸附塔出口浓度出现的浓度峰问题,运用线性推动力模型(LDF)与Langmuir等温方程对其建立了数学模型,模拟分析了缓冲罐中杂质浓度对吸附步骤出口浓度的影响。结果表明:相同吸附时间下,随着吸附压的降低,二均降结束时会有更多的杂质进入缓冲罐,而缓冲罐中的杂质又会通过一均升步骤进入吸附塔,最终使得吸附步骤出口浓度曲线出现波峰,从而影响了吸附塔出口CH₄含量。通过模型的分析,吸附时间随着吸附压不断降低而缩短,可以有效控制杂质进入缓冲罐,从而使吸附塔出口CH₄含量提高。     

分子筛变温吸附干燥乙炔工艺在电石法PVC生产中的应用

介绍了分子筛变温吸附干燥乙炔的原理、工艺流程、投资及消耗情况。对分别采用混合脱水工艺和分子筛变温吸附干燥工艺的2套40万t/a PVC装置的运行情况进行了比较,结果显示分子筛干燥乙炔工艺可减少触媒消耗,增加经济效益355.44万元/a。     

煤分子结构对煤层气吸附与扩散行为的影响

对煤的芳香单元延展度、芳香单元堆砌层数以及包括不同缺陷和含氧官能团类型的表面结构对煤层气吸附与扩散的影响进行了研究。采用Monte Carlo模拟方法及分子动力学模拟方法分别得到了煤层气的吸附量与扩散系数,模拟温度为303 K,压力为10 MPa。研究结果表明,单位质量的煤对甲烷的吸附量随着芳香单元堆砌层数的增加而降低,缺陷和含氧官能团的存在不利于甲烷的吸附。甲烷的扩散随着芳香单元延展度的增加呈现出一个N形的复杂变化过程,单缺陷和羰基的存在有利于煤层气的扩散,煤结构中大的裂隙更有利于煤层气的扩散。最后,基于煤层气的微观影响因素和宏观运移行为提出了煤颗粒径向不均质的煤层气扩散微观模型。     

铁离子改性碳分子筛对氮气/甲烷分离性能的研究

针对碳分子筛对氮气/甲烷分离体系分离比低的问题,采用浸渍法以市售空分碳分子筛（CMS）为基体,制备了分离氮气/甲烷的铁离子改性碳分子筛。通过静态吸附量、分离比、吸附动力学及热力学性质考察了铁离子负载量对碳分子筛吸附分离氮气/甲烷性能的影响。结果表明：铁（Ⅲ）的负载减小了CMS的比表面积、微孔体积和孔径,使CMS超微孔的孔径分布呈现更集中的趋势。这种集中性以动力学性能下降为代价,明显提高了碳分子筛对氮气/甲烷的吸附分离比。在303 K、0.7 MPa条件下,综合性能优异的0.3%铁改性CMS具有6.03的氮气/甲烷吸附分离比。     

变压吸附制氧机吸附器结构研究进展

介绍了变压吸附制氧机中吸附器的内部结构、分流板、分子筛布局与装填方式、压料部件与装配等内容,对影响制氧机性能的因素进行了剖析和论述,探讨了变压吸附制氧机设计中关键影响因素和技巧。     

变压吸附法提纯电解氢气生产高纯氢

介绍了变压吸附法制高纯氢的生产工艺及运行状况。     

低浓度煤层气吸附浓缩技术研究与发展

我国是一个多煤少气贫油的国家,煤层气储量约30万亿立方米,由于缺乏先进实用的低浓度煤层气甲烷分离浓缩技术,当前抽采煤层气利用率仅为50%左右。因此,对低浓度煤层气甲烷富集浓缩过程开展研究,可在开发能源的同时减少温室气体的排放,具有重大的应用价值和战略意义。简要介绍了我国煤层气资源开发利用情况,综述了近年来低浓度煤层气吸附浓缩技术研究进展,包括新型吸附材料及先进吸附工艺。对于低浓度煤层气中CH₄/N₂分离,目前文献报道吸附材料的吸附容量及分离系数仍然处于较低水平;受吸附材料的分离性能较差影响,传统变压吸附工艺对低浓度煤层气中CH₄浓缩效果并不理想。最后指出,高吸附容量、高选择性吸附材料及多种方法结合的新型吸附工艺是未来低浓度煤层气吸附浓缩技术的发展方向。     

小型变压吸附制氧的真空解吸实验

通过实验研究了真空环境对小型变压吸附制氧的影响,考察了真空解吸与常压解吸两种条件下,进气压力、产氧量与均压时间对氧气纯度的影响。实验结果表明:真空解吸有利于提高氧气纯度和缩短产氧启动时间;真空解吸条件下,进气压力、产氧量与均压时间的变化对氧气纯度的影响规律与常压解吸时相同,但影响程度减弱。     

变压吸附法回收氢气

介绍了变压吸附法回收氢气的原理、工艺流程、运行方式等,并分析了运行效果和经济效益。     

煤基碳分子筛的制备及CH4/N2分离性能研究

以煤为原料,通过气相碳沉积法制备了CH4/N2变压吸附分离用碳分子筛,研究了苯沉积量对碳分子筛吸附性能的影响。用液氮吸附（77 K）、扫描电镜对碳分子筛孔结构及表面形貌进行了表征,结果表明：制备的碳分子筛（CMS-1）平衡分离系数大于5,比表面积SBET=251.5 m2/g,微孔孔容Vm=0.1178 mL/g,孔径主要分布在0.35~2 nm,能满足CH4/N2变压吸附分离要求。     

真空变压吸附分离含氧煤层气的工艺参数实验研究

针对真空变压吸附富集低浓度含氧煤层气,对工艺参数和吸附塔结构进行了优化试验研究。实验结果标明,在一定的时间范围内,随着吸附时间的延长,解吸气和排放气中甲烷体积分数逐渐增大,而排放气中的氧气体积分数则小幅度降低;反吹步骤可以降低排放气中甲烷和氧气的体积分数,但反吹步骤也会降低解吸气中甲烷的体积分数;保持吸附剂不变,吸附塔高径比由3.7增大到13.3,解吸气中甲烷体积分数增大了2.1%,排放气中甲烷体积分数降低了1%。可以为低浓度含氧煤层气富集的实际应用提供参考。     

碳分子筛吸附氯气的性能研究

采用P-C-T氯气吸附装置对碳分子筛的氯气吸附性能进行了研究.结果表明,碳分子筛可反复多次吸附氯气,并且结构骨架依然存在,稳定性较好.在273℃、0.332 MPa下,氯气吸附质量分数可达35.92％.