炭化对活性炭孔结构及甲烷吸附性能的影响

在惰性气氛下对以石油焦为原料,以KOH为活化剂制得的超级活性炭进行了二次炭化处理,并考察了处理前后超级活性炭的孔结构变化及不同压力下该活性炭对甲烷的吸附行为。结果发现：活性炭经1200℃下二次炭化处理后其BET比表面积及孔容有所下降,孔径分布变窄;其对甲烷孤质量吸附量下降,对甲烷的体积吸附量在较低压力下（＜3MPa）稍有增加,而在较高压力下（＞3MPa）时明显减少。     

甲烷在成型前后活性炭上吸附的初步试验

通过对比试验,分析成型对活性炭储存甲烷特性的影响。首先,应用丙烯酸甲酯乳胶黏合剂对活性炭SAC-02成型,在温度区间268.15～338.15 K、压力范围0～15 MPa测试甲烷的吸附等温线;通过确定吸附量和等量吸附热,比较甲烷在成型前后活性炭上的吸附平衡。其次,测试储罐吸附床中心在室温、4个压力（6.5 MPa、5.5 MPa、4.5 MPa和3.5 MPa）下快速充放气过程的温度变化,分析成型对吸附过程热效应的影响。结果表明,成型活性炭的密度增大、比表面积减小、单位质量吸附剂上的甲烷吸附量减小;甲烷在成型前后活性炭上的等量吸附热均处于13～20.5kJ·mol^-1;成型活性炭吸附床中心温度在充放气过程中的变化幅度和变化速率均增大。比较试验结果时发现,选用黏合剂成型须综合考虑其对吸附床热导率、传质阻力及吸附剂微观结构的影响。     

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。     

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%。     

吸附强化的甲烷水蒸汽重整制氢反应特性

在实验室固定床反应器上研究了采用复合催化剂的吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢反应,对吸附强化制氢反应条件进行了考查,得到了实验室条件下的最佳反应条件为温度600～640 ℃,压力0.2 MPa,水碳比4～5.在600 ℃,0.2 MPa,水碳比5的条件下,吸附强化段H2含量高达95.39%,吸附强化段CH4转化率达到81.37%,相对于理论平衡值的吸附强化因子达到26.76%.     

甲烷水合物在冰粉石英砂混合物中生成的动力学

在自行搭建的实验台上利用恒压预冷法研究了6.9MPa下温度分别为273K，269K，263K时甲烷水合物在冰粉（154～300微米 ）与石英砂（154～300微米 ）混合物中的生成过程。结果表明冰粉的转化率 随温度的降低而降低，273K时 约为65%，269K时 约为51%,263K时 约为42%。在此基础上，深入分析了混合物中甲烷水合物的生成机理，将反应过程分为石英砂的吸附转化阶段和甲烷气的扩散控制阶段；并建立了定量的动力学模型，计算出冰粉石英砂混合物中甲烷水合物生成的活化能约为70.1KJ•mol-1。     

羧酸改性HKUST-1提高甲烷吸附容量

为提高吸附材料对甲烷的吸附容量,采用溶剂热法合成了金属有机骨架材料HKUST-1,并进行了改性研究。HKUST-1的优化合成工艺条件为：原料摩尔比n（Cu（NO₃）₂·3H₂O）：n（H₃BTC）：n（DMF）：n（C₂H₅OH）：n（H₂O）=1.7：1：46：60：100,晶化温度为80℃,晶化时间24 h。合成HKUST-1在25℃、3.5 MPa下的甲烷吸附容量为11.9 mmol/g。乙酸改性HKUST-1可以提高甲烷吸附容量,当反应母液中V_HAc/V_solvent=5.8%时,合成HAc-HK-1（5.8%）的甲烷吸附容量达到12.6 mmol/g。分子模拟结果表明,加入乙酸可以调控HKUST-1晶体孔道结构,增大比表面积和孔容,提高甲烷吸附容量。     

非耦联吸附塔新变压吸附工艺的实验研究

通过提氢实验研究一种新的变压吸附工艺.变压吸附流程的主要特征是通过中间均压罐打开吸附塔之间由均压步骤形成的耦联,从而实现了各塔操作的独立性,并提供了降低吸附压力的可能性.以H₂/N₂/CH₄（60/10/30）混合气模拟石油炼厂干气,进行低吸附压力（≤1 MPa）条件下的提氢操作.针对已有变压吸附工艺的不足和新流程特征,确定了新流程的变压吸附循环时序.分别采用普通活性炭（OAC）和高比表面活性炭（SAC）与5A沸石分子筛（ZMS-5A）的组合吸附剂,研究了不同吸附压力下的变压吸附分离效果,证明此种变压吸附新工艺在1 MPa以下、甚至0.4 MPa的低吸附压力下运行,亦可在较高的回收率下达到99.99%的高氢气纯度,并且显示出更强的对偶然性故障的应变能力.     

甲烷在高比表面积活性炭上吸附性能的研究

以中温沥青作为粘结剂,研究了石油焦基高比表面积活性炭的成型工艺对其甲烷吸附性能的影响。结果发现：随着粘结剂添加量的增大,成型活性炭对甲烷的质量吸附量逐渐减小,而体积吸附量差别不大;成型压力对成型活性炭的甲烷吸附性能没有明显影响;随着活化温度的提高和活化时间的延长,成型活性炭对甲烷的质量吸附量逐渐增多,而体积吸附量的变化不大;添加粘结剂沥青38％、88℃下炭化1．0hr后于88℃下活化1．5hr所得的高比表面积成型活性炭在299K、3．5MPa下对于甲烷的体积吸附量为170V／V,5．5MPa下的体积吸附量为237V／V。     

炭化对活性炭孔结构及甲烷吸附性能的影响

在惰性气氛下对以石油焦为原料 ,以 KOH为活化剂制得的超级活性炭进行了二次炭化处理 ,并考察了处理前后超级活性炭的孔结构变化及不同压力下该活性炭对甲烷的吸附行为 .结果发现 :活性炭经 1 2 0 0℃下二次炭化处理后其 BET比表面积及孔容有所下降 ,孔径分布变窄 ;其对甲烷的质量吸附量下降 ,对甲烷的体积吸附量在较低压力下 ( <3MPa)稍有增加 ,而在较高压力下 ( >3MPa)时明显减少     

CH4-N2在自支撑颗粒型Silicalite-1上的吸附分离及PSA模拟

纯硅分子筛Silicalite-1原粉（Si/Al>470）在6 MPa压力下制成自支撑颗粒状吸附剂，经XRD和77 K氮气吸脱附表征表明自支撑颗粒型的Silicalite-1保留了原粉的晶体结构和比表面。静态重量法测试了273/298/313 K下CH₄和N₂在其上的吸附等温线，利用理想吸附溶液理论（IAST）法计算了吸附剂对CH₄/N₂的选择性。动态气体穿透实验测试了颗粒型Silicalite-1吸附剂对不同浓度CH₄/N₂混合气的分离效果，结果表明该吸附剂更适合于低浓度甲烷（20%/80% CH₄/N₂）的富集脱氮。通过总传质模型利用数值模拟预测了颗粒型Silicalite-1吸附剂的变压吸附分离（PSA）富集低浓度煤层气中甲烷的效果。模拟结果显示20%/80%的CH₄/N₂混合气经一次提浓，CH₄浓度可以提升至37%~41%，回收率达到60%~92%；30%/70%的CH₄/N₂混合气经一次提浓，CH₄浓度可以提升至50%~53%，回收率达到58%~92%。     

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%。     

液态二氧化碳置换整形甲烷水合物过程特性

通过可视化水合物反应装置和影像设备,研究了注入液态CO2分解CH4水合物同时原位生成气体水合物并保持整块水合物结构稳定的完整过程,验证了水合物分解和生成同时进行的第二类原位置换过程的可行性. 通过控制压力实现在CO2?CH4混合水合物四相区(水合物?水?液相?气相)的CH4置换过程,得到富CH4气体产物. 通过分析气相色谱和测定产气量得到CH4产气特性和CO2对CH4水合物的置换率. 结果表明,低压有利于获得较优的置换效果,4.5 MPa下的置换过程较5 MPa时产气量提高14.6%,甲烷水合物置换率提高13.7%.     

甲烷+氨水体系水合物生成条件实验测定及计算

甲烷在氨水体系中生成水合物的实验数据对于开发水合法回收合成氨驰放气工艺以及操作条件的确定具有重要意义。本文测定了氨摩尔分数为1.018、3.171、5.278氨水溶液中甲烷气体水合物的生成条件。结果表明：氨的加入对甲烷水合物的生成起着明显抑制作用,而且随着氨浓度的增加,生成压力越高。采用Chen-Guo模型对甲烷在氨水中生成水合物的数据进行了计算,得到了较为满意的计算结果,平均误差为2.71%,说明Chen-Guo模型能够较好地预测该类体系的水合物的生成条件。     

Enrichment of CO from syngas with Cu(I)Y adsorbent by five-bed VPSA

Cu(I)Y adsorbent was prepared by reduction of Cu(II)Y which was prepared by ion exchange between the NaY zeolite and a solution of Cu(II) chloride. The dynamic adsorption capacity of Cu(I)Y for CO was calculated by adsorption breakthrough curve measured on a fixed bed at 30°C and 0.006 MPa (g) of CO partial pressure. The calculated CO adsorption capacity was 2.14 mmol/g, 37.5 times as much as that of NaY zeolite. The adsorption breakthrough curve experiment was also simulated with Aspen Adsorption software and the results were approximately consistent with experimental results. Then a five-bed VPSA process for separating CO from syngas on this adsorbent was dynamically simulated with Aspen Adsorption software with the adsorption pressure of 0.68 MPa (g) and the desorption pressure of -0.075 MPa (g). The results showed that CO was enriched from 32.3% to 95.16%–98.12%, and its recovery was 88.47%–99.44%.     

Experimental analysis of the efficiency on charge/discharge cycles in natural gas storage by adsorption

The use of vessels filled with activated carbon to store and transport natural gas (NG) at moderate pressures (about 3.5 MPa) and ambient temperature (about 298 K) has been studied as a potential alternative to compressed natural gas at high pressures (ca. 20 MPa). The present study provides an experimental investigation of charge and discharge cycles of natural gas in a prototype storage vessel filled with activated carbon and analyses the effect of the gas composition on the adsorption capacity. The adsorption properties were evaluated by measuring isotherms for each component of NG in a magnetic suspension balance. The selectivities of the main constituents of natural gas in relation to methane were determined and the influence of the pressure on the selectivity was also observed. Although NG is composed mainly of methane (ca. 90% vol.), our experimental results indicate that the preferential adsorption of the heavier hydrocarbons and CO₂ should be properly taken into account for the evaluation of the behavior of adsorbed natural gas systems along several charge and discharge cycles.     

低压天然气轻烃回收工艺

通过对现有低压天然气(0.3～1.6MPa)轻烃回收方法比较, 提出一种新的改进吸附回收工艺, 降低生产消耗, 提高轻烃的收率。本工艺采用两段变温变压吸附(T-PSA)方法相结合, 第一段T-PSA主要脱除原料气中水分, 第二段T-PSA主要回收原料气中的轻烃, 回收的轻烃以压力不低于1.6MPa的液相混烃作为产品, 保证烃露点要求, 满足储运安全。本工艺具有较高的轻烃收率, 丙烷和丁烷收率均大于94%, 较目前常采用的深冷回收方法和一段变温吸附法的轻烃收率提高了30%～40%, 带来明显的经济效益, 同时本工艺较外冷回收方法, 操作弹性更大, 适用性更强, 特别适合小规模生产或需要经常搬迁的生产环境。因此, 改进吸附回收工艺非常值得推广应用。     

Preparation of powdered activated carbon from rice husk and its methane adsorption properties

Success of adsorbed natural gas (ANG) storage process is mainly based on the characteristics of the adsorbent, so various synthesized adsorbents were analyzed for methane adsorption on a thermodynamic basis. Activated carbon from rice husk (AC-RH) was synthesized and its methane adsorption capacities were compared with phenol based activated carbons (AC-PH₂O and AC-PKOH). The adsorption experiments were conducted by volumetric method under various constant temperatures (293.15, 303.15, 313.15 and 323.15 K) and pressure up to 3.5MPa. Maximum methane adsorption was observed in AC-RH as its surface area is higher than the other two adsorbents. The experimental data were correlated well with Langmuir-Fruendlich isotherms. In addition, isosteric heat of adsorption was calculated by using Clausius-Clapeyron equation.