AlPO-18分子筛膜在N2/CH4体系中的分离性能研究

采用廉价的N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)为结构导向剂,通过2次水热合成法,在大孔管状莫来石支撑体上成功制备出具有N2/CH4分离性能且重复性良好的AlPO-18分子筛膜.对合成的AlPO-18分子筛膜进行了不同单气体的渗透性能测试;考察了测试压力及温度对N2、CH4在AlPO-18分子筛膜上的气体渗透行为影响.在303 K及0.1 MPa压差测试条件下,性能最佳的AlPO-18分子筛膜对N2的渗透速率及N2/CH4的理想选择性分别为0.91×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1和7.9.

Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜的制备及其在CH_(4)/N_(2)分离中的应用

以聚醚嵌段聚酰胺(Pebax)为聚合物基体,以铬基金属有机框架MIL-100(Cr)为填充粒子,采用溶剂挥发法制备了系列Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜,并用于CH_(4)/N_(2)分离研究。结果表明,固相法合成的MIL-100(Cr)的BET为1808m~2/g,在0.1MPa下对CH_(4)的吸附量为0.5mmol/g,对N_(2)的吸附量为0.28mmol/g,说明MIL-100(Cr)对CH_(4)具有高亲和力。随着MIL-100(Cr)纳米粒子的加入,Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜的CH_(4)/N_(2)渗透选择性呈现先增大后减小的趋势,CH_(4)渗透率基本保持不变;当MIL-100(Cr)添加量为15%(wt,质量分数)时,混合基质膜的CH_(4)渗透性能保持在20Barrer,CH_(4)/N_(2)选择性能达到3.71。

基于碳分子筛的变压吸附分离N_2/CH_4混合气的试验

采用BELSORP-max型BET分析仪测试绘制了298K、0~100KPa下N2、CH4纯组分在碳分子筛上的吸附等温线;并使用单塔变压吸附装置测试绘制了N2/CH4混合气中CH4的动态吸附穿透曲线;考察了在碳分子筛上吸附压力和停留时间对N2/CH4混合气分离的影响.结果表明：吸附压力设为1.2MPa、停留时间735s是比较合适的吸附分离条件;在吸附初期,CH4优于N2先穿透床层.

烟煤制备成型活性炭及其PSA浓缩CH_4/N_2中CH_4的性能研究

以重庆烟煤为原料,采用碳化-活化-气相沉积工艺制备了变压吸附(PSA)浓缩CH4/N2中CH4用的成型活性炭,考察了制备工艺条件对活性炭浓缩CH4/N2中CH4效果的影响。用低温液氮吸附方法对活性炭的孔结构进行了表征。实验结果表明,制备的成型活性炭在单循环五步PSA过程的抽真空步骤可使CH4的浓度较原料气提高20.0%(体积分数)左右。对浓缩效果为20%(体积分数)的AC-1活性炭进行了表征,其BET比表面积为580m2/g,微孔孔容为0.14cm3/g,孔径分布主要集中在2.0～4.0nm。

煤层气回收及CH_4/N_2分离PSA材料的研究进展

我国煤层气蕴藏丰富,在面临能源危机时代煤层气可作为天然气能源的有效补充。本文介绍了低浓煤层气回收即CH4/N2分离几种常见技术:低温技术、水合物技术、溶解技术、膜分离和变压吸附技术(PSA)的分离原理、技术开发和研究的现状,并分析了各项技术目前存在的问题。讨论了多孔材料,如活性炭、碳分子筛、沸石分子筛和新型金属有机骨架材料(MOFs)等对CH4/N2吸附分离效果的研究进展,由于MOFs材料的吸附性能随温度或压力的改变出现飞跃,预示了其在PSA领域广阔的应用前景。

CH_4/N_2在炭分子筛上的吸附动力学

测定了253～333K下CH4和N2纯组分在炭分子筛颗粒上的吸附动力学数据及CH4和N2纯组分及其混合体系333K下在炭分子筛固定床上的穿透曲线,选择Fick扩散模型对数据进行了模拟。结果表明:吸附初期N2的扩散系数大于CH4,此时吸附剂优先吸附N2;炭分子筛固定床表现出对N2的优先吸附选择性,可以实现出口直接富集CH4的目的,且CH4浓度要求在99%以上时,收率可达75.6%。

无烟煤制备颗粒活性炭及其PSA分离CH_4/N_2性能

为高效利用矿井煤层气,以重庆无烟煤为原料,采用简单的空气预氧化-碳化工艺制备了变压吸附(PSA)分离CH4和N2混合气体(CH4/N2)所用的颗粒活性炭(GAC)吸附剂,采用穿透和PSA实验研究了制备工艺条件对GAC分离CH4/N2的效果及其影响,利用低温液氮吸附和透射电镜(TEM)方法对GAC进行孔结构表征,利用傅立叶红外(FTIR)方法进行表面性质的表征.结果表明:在适宜条件范围制备的GAC对低浓度CH4的CH4/N2分离效果较好;采用单循环五步PSA过程可使CH4的体积分数较原料气提高20%～30%;制备的GAC孔结构以微孔为主,对CH4/N2的选择性高的有效孔径占较大比例,其表面形成的含氧官能团有利于CH4/N2分离.

CO_2/CH_4/N_2在SAPO-17上的吸附分离性能研究

使用水热合成法,在473K下晶化96 h合成了SAPO-17,通过XRD、SEM等表征手段对分子筛的结构和形貌进行了分析。此外,对273K和300K温度下单组分等温吸附曲线进行了分析。首次使用SAPO-17分子筛对CO2/CH4/N2体系进行吸附分离性能研究,根据吸附等温线求解了亨利常数。结果表明,CO2和分子筛的相互作用要远远强于CH4以及N2与分子筛的相互作用,SAPO-17分子筛能够有效地分离CO2/CH4和CO2/N2。

煤层气中CH_4/N_2分离工艺研究进展

介绍了近期针对煤层气中CH4/N2体系的分离工艺研究进展。论述目前应用于CH4/N2体系分离的主要方法,包括低温精馏、变压吸附和膜分离工艺,探讨了各种方法在不同工艺条件下的分离效果,以及在实际应用中的特点和技术上的改进,展望了未来的研究发展方向。

活性炭的微孔结构对其选择性吸附CH_4/N_2混合气中CH_4的影响

活性炭因其具有较高的选择吸附性和吸附容量已被广泛应用于CH4/N2的吸附分离研究,影响活性炭选择吸附性和吸附容量的主要物理参数之一是其微孔结构,准确地表征活性炭的微孔结构并阐明其与活性炭选择性吸附CH4/N2混合气中CH4的内在联系至关重要。为此,结合常温气体吸附法和分子探针技术,采用吸液驱气法表征了6种活性炭的微孔孔径分布,结合动态法测量得到CH4/N2分离因子,并借此分析了活性炭的微孔结构对其选择性吸附CH4/N2混合气中CH4的影响。结果表明:①与77K条件下N2吸附法测试结果相比,吸液驱气法能够测量到活性炭中更小尺寸的孔;②活性炭样品微孔孔径分布不同,其CH4/N2分离因子也不相同;③活性炭孔径小于0.48nm的微孔对其选择性吸附混合气CH4/N2中的CH4起着非常重要的作用。结论认为,吸液驱气法可为研发吸附分离CH4/N2的吸附剂提供更为准确的基础数据。

CH_4和N_2在炭分子筛及13X沸石上的吸附分离

采用静态体积法测试了298.15K,313.15K和328.15K时,CH_4和N_2在太西煤基炭分子筛(T-CMS)及13X沸石上的吸附量,并使用Langmuir模型对吸附量数据进行了线性拟合,分析了拟合参数饱和吸附量qm和吸附平衡常数b值的变化.结果表明:随着温度的升高,CH_4在T-CMS上的饱和吸附量qm稍有减少,但变化不大,N_2在T-CMS上的饱和吸附量qm呈增大趋势;CH_4和N_2在13X沸石上的饱和吸附量qm均呈减小趋势,CH_4和N_2在T-CMS及13X沸石上的吸附平衡常数b值均随温度的升高而减小;CH_4和N_2在T-CMS上的分离系数均大于其在13X沸石上的分离系数,分离系数均随温度升高而减小.吸附热力学分析表明,CH_4和N_2在T-CMS上的等量吸附热平均值分别为27.30kJ/mol和22.43kJ/mol,而在13X沸石上的等量吸附热平均值分别为12.96kJ/mol和10.41kJ/mol,两种吸附剂对CH_4的吸附作用均强于其对N_2的吸附作用,且均属于物理吸附.

变压吸附分离CH_4/N_2的分子筛吸附剂进展

综述了国内外变压吸附(PSA)分离CH4/N2所采用的分子筛吸附剂,包括沸石分子筛(ZMS)与碳分子筛(CMS)的研究和应用状况;介绍了ZMS和CMS的种类及其PSA分离CH4/N2的原理和效果;详细阐述了不同种类ZMS的组成、孔结构与其PSA分离CH4/N2效果之间的关系;分析了各种不同分子筛PSA分离CH4/N2中的优势与不足。具有动力学分离效应的分子筛型吸附剂在分离CH4/N2的PSA过程中具有能耗费用低、分离效果较好的优势,因此加强其研发将是今后的发展趋势。

真空变压吸附分离CH4/N2/O2实验、模拟与安评

针对CH_4/N_2/O_2混合物脱氧效果差以及安全性低等问题,采用实验室自制活性炭为吸附剂,通过数值模拟和实验进行了双塔真空变压吸附(VPSA)分离25%CH_4/59%N_2/16%O_2混合物的工艺研究。通过考察进料流量和置换流量对甲烷产品纯度和回收率的影响,实验验证了数值模型的准确性。在模拟和实验的基础上,对VPSA工艺全流程进行了系统的安全性分析,并针对存在安全隐患的过程,提出一种更为安全的VPSA工艺流程。研究结果表明,通过双塔VPSA可以获得甲烷纯度为51.36%的产品气,甲烷回收率可达85.65%,存在安全隐患的过程主要集中在吸附、均压和终升压步骤,通过原料气的惰化过程,可以实现VPSA工艺的安全操作。

应用CH4／N2指标估算塔里木盆地天然气热成熟度

通过对塔里木盆地满加尔凹陷低成熟煤岩在开放在线程序升温体系的热模拟实验,获得煤岩在不同温度点的热分解产物CH4、CO和N2,并对模拟后残留产物进行了镜质体反射率测试,建立了镜质体反射率与对应受热温度之间的关系。煤岩镜质体反射率与热温度之间的二阶关系表达为:Ro=0.0014×T+0.109,r=0.9931(Ro<0.6%);Ro=0.0067×T-1.5855,r=0.9996(Ro>0.6%)。通过上述方程建立CH4/N2值与煤岩镜质体反射率之间的对应关系,并利用CH4/N2值对塔里木盆地库车坳陷天然气热成熟度进行了预测。预测结果与实际地质分析结果相吻合,说明CH4/N2值可以作为塔里木盆地煤成气热成熟度预测指标应用于油气勘探中。

N_2-CH_4膨胀天然气液化流程影响因素分析

使用Hysys软件对N2-CH4膨胀制冷液化工艺进行模拟计算,分析了天然气压力、混合气预冷温度、混合气预冷压力和混合气中组分的组成等参数对该流程混合气的制冷能力和主要设备功耗的影响。结果表明,提高天然气压力,控制混合气中甲烷摩尔分数在50%左右时,能增强混合气的制冷能力,减少主要设备的功耗。而降低混合气的预冷温度和增加混合气的预冷压力,都会增加系统的功耗。

Ti改性活性炭分离CH_4/N_2的实验研究

针对甲烷气体(煤矿乏风瓦斯)的富集与分离,研究了活性炭吸附材料(AC)的Ti改性方法,讨论了对CH4/N2分离性能的影响.结果表明:Ti改性炭活性在1 100℃、N2保护焙烧后孔径分布更均一;CH4的吸附量达到34.4 mL/g,比未改性的活性炭和160℃水热方法 Ti改性的活性炭增加了51.5%;CH4常压穿透曲线的穿透点比未改性的活性炭和160℃水热方法 Ti改性的活性炭分别滞后了41%和50%.

Sr改性椰壳炭吸附分离CH_4/N_2的试验研究

针对甲烷气体(煤矿乏风瓦斯)的富集与分离,研究Sr改性椰壳炭在变压吸附和变温吸附过程中的性能。结果表明:1)Sr改性椰壳炭的比表面积明显减小,主要是由于Sr在椰壳炭表面的负载导致孔道堵塞和高温焙烧产生的孔道坍塌;2)在常温变压吸附测试中,Sr改性椰壳炭对CH4的吸附量急剧降低,Sr(NO3)2改性椰壳炭下降了62%,SrCO3改性椰壳炭下降了67%,分离系数也由原来的4.7分别下降至3.0和2.7;3)在程序升温脱附测试中,Sr改性椰壳炭对CH4和N2的吸附峰都减弱,但S(CH4)/S(N2)从1.0升至3.2和4.4;4)Sr改性椰壳炭适合变温吸附分离CH4/N2。

受限空间N_2对CH_4最大爆炸压力的影响实验与模拟研究

为了研究N_2对CH_4最大爆炸压力的影响,选取单组分N_2,根据CH_4燃烧化学动力学原理,利用20 L球形定容弹实验研究了N_2对一定浓度的CH_4最大爆炸压力的影响;应用CHEMKIN模拟软件,选取相同的工况条件,对混合气体爆炸进行了数值模拟,并将实验数据与数值模拟数据进行对比。研究结果表明:在邻近CH_4爆炸界限浓度时,随着CH_4浓度的升高,起爆时间也随之增加;在CH_4爆炸上限浓度附近,最大爆炸压力随CH_4浓度升高而降低,在CH_4爆炸下限浓度附近,最大爆炸压力随CH_4浓度升高而升高;最大爆炸压力实验数据与数值模拟数据的变化趋势相似,但数值上偏差较大,并对产生偏差的原因进行了分析。

变压吸附分离CH_4/N_2用沸石分子筛的研究进展

为了实现低浓度煤层气中CH4/N2高效、经济的变压吸附分离,对变压吸附分离CH4/N2用沸石分子筛进行了分类,主要包括:A型和X型、离子交换型、钛硅分子筛及其他类型。总结了国内外学者利用沸石分子筛在变压吸附分离CH4/N2中实验及研究工作,认为研究重点应放在提高沸石分子筛的吸附量及稳定性方面,同时展望了沸石分子筛在变压吸附分离煤层气CH4/N2的应用前景。

采用碳分子筛变压吸附法分离N_2/CH_4混合气的试验

采用BELSORP-max型BET分析仪测试绘制了298 K、0-100 k Pa下N2、CH4纯组分在碳分子筛上的吸附等温线,并使用单塔变压吸附装置测试绘制了N2/CH4混合气中CH4的动态吸附穿透曲线,研究了不同吸附压力和停留时间对N2/CH4混合气分离的影响。结果表明：吸附压力设为1.2 MPa、停留时间735 s是比较合适的吸附分离条件;在吸附初期,CH4首先穿透吸附床层,其次才是N2。