高压气态CO_(2)吸附/解吸作用对烟煤的孔隙结构影响研究

为探明高压CO_(2)吸附/解吸作用对煤孔隙结构的影响,结合低温N_(2)和低压CO_(2)吸附试验,对比分析了高压CO_(2)吸附/解吸前后贫煤、1/3焦煤和气煤的孔隙结构变化。结果表明,高压CO_(2)吸附/解吸作用对煤的孔隙形状无明显影响。吸附态气体和游离态气体的共同作用控制煤纳米孔的孔隙尺寸变化。在高压CO_(2)的吸附/解吸过程中,贫煤和1/3焦煤所承受的吸附态气体引起的吸附膨胀作用以及游离态气体的压缩作用强于游离态气体的“扩容”效应,导致高压CO_(2)吸附/解吸作用后贫煤和1/3焦煤的总比表面积分别减小5.63%和4.98%,总微孔体积分别减小3.72%和7.40%;气煤所受游离态气体的“扩容”效应强于吸附态气体的吸附膨胀效应和游离态气体的压缩效应,导致高压CO_(2)吸附/解吸作用后的总比表面积和总微孔体积分别增加5.89%和13.72%。高压CO_(2)吸附/解吸作用后,3种烟煤滞后环面积均减小,孔径分布峰值点均向更小孔径移动,孔径尺寸整体有所减小,微孔体积分数分别增加0.73百分点、1.48百分点和4.81百分点,孔径分布更均匀,孔隙连通性增强。

基于压汞、低温N_2吸附和CO_2吸附的构造煤孔隙结构表征

我国煤层受多期次构造运动影响构造煤普遍发育,构造煤孔隙大小分布尺度较广(毫米～纳米级),孔隙结构较为复杂。不同尺度的孔隙结构控制着煤层气的吸附-解吸(孔隙表面)、扩散(纳米级孔隙)与渗流(微米～毫米级孔隙)等过程,是影响煤层气储存与运移的重要因素。为研究构造煤不同尺度孔隙结构的分布特征与演化规律,在潞安矿区采集4种破坏类型煤样,利用压汞法、低温N_2吸附法及CO_2吸附法分别测试了煤样的孔隙分布特征,对比分析了各测试方法的优势孔径段,提出利用CO_2吸附法表征构造煤微孔(<2 nm)、低温N_2吸附法表征介孔(2～50 nm)、压汞法表征大孔结构(>50 nm)的孔隙结构多尺度联合表征方法。实验结果表明所采煤样的孔容和孔比表面积均主要分布在微孔阶段,在0. 6 nm左右时的孔隙孔容量和孔比表面积达到最大,其中微孔容占总孔容的70%以上,微孔孔比表面积占总孔比表面积的99%以上,煤中孔容和孔比表面积分布存在微孔>大孔>介孔的规律。分析构造煤孔隙特征与煤体破坏类型的关系,随煤破坏程度增加,孔容和孔比表面积逐渐增高,大孔孔容比及介孔孔容比逐渐增大,微孔孔容比逐渐减小;孔容增幅主要体现在大孔阶段,比表面积增幅则主要体现在微孔阶段。其中大孔演化主要受控于角砾孔、碎粒孔及摩擦孔等外生孔,介孔演化受控于煤的大分子堆叠结构及分子间距,微孔演化主要受控于煤中芳香层片大小及排列方式。

不同煤级煤对CH_4、N_2和CO_2单组分气体的吸附

文章通过对长焰煤、气煤、焦煤和无烟煤分别吸附CH4、N2和CO2单组分气体的研究,探讨了不同煤 级煤吸附3种单组分气体的特征以及相互间的差异性,发现CO2/CH4和CH4/N2值随煤级和平衡压力的变化而变 化,并非简单的2倍关系。之后评价了几种常用吸附模型模拟煤吸附不同气体的效果,所选模型包括Langmuir方 程、BET方程、D—A方程和D—R方程,优选出了更适合于描述煤吸附气体行为的吸附模型。研究结果表明,n=1 时的D—A方程更适合于描述煤吸附CH4行为,Frendulich方程和Henry方程则适合于描述低煤级煤吸附N2行为, 而所选用的模型都不能合理解释无烟煤吸附CO2的等温线在高压时出现的上翘现象。研究成果在煤层气的资源 评价、产能预测、注气提高煤层气采收率技术以及CO2在煤层中的封存技术等领域具有一定的科学意义。

CH_4,N_2,CO_2在椰壳活性炭内的吸附平衡及扩散

使用高精密质量吸附仪IGA-100B对可用的吸附剂进行吸附分离实验。选取椰壳活性炭K01,测定了CH4、N2、CO2在其上于298、308、323K温度下的吸附等温线和吸附动力学曲线,由此分析了3种气体的吸附性能、热力学及动力学扩散性质,从而得到不同温度下CH4、N2、CO2之间的平衡分离系数(α)和扩散系数(D)之比。结果表明,椰壳活性炭K01可以实现不同温度下CH4/N2、CO2/N2的平衡分离;两种气体的动力学分离与压力和温度有关,在298K压力较低时,可能实现N2与CH4的动力学分离;而在298K和323K时,在较宽的压力范围内,可能实现N2和CO2的动力学分离。

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。

CH_4、N_2和CO_2在碳纤维分子筛上的吸附分离特征

矿井瓦斯中CH4与N2和CO2的有效分离是解决低浓度瓦斯回收利用的技术关键.为此,利用自制的吸附装置,研究了CH4、N2、CO2及其两相混合物在沥青基碳纤维分子筛(ACF-MS)上的吸附、分离特征.结果表明,单组分吸附时,ACF-MS对CO2具有较高的吸附量,CH4次之,N2最低.1:1mol两相混合气体吸附时,ACF-MS对CO2/N2有较好的吸附分离作用,对CH4/N2和CH4/CO2的分离效果较差.

氨改性介孔SiO_2用于CO_2/N_2变压吸附分离

在323.15,K下,以月桂酸为结构导向剂(SDA)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷为助结构导向剂和硅酸乙酯为硅源,采用阴离子表面活性剂法直接合成氨改性介孔SiO2(AMS)用于CO2/N2变压吸附分离.对样品进行低温N2吸附脱附、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)表征,然后用动态法测量其CO2、N2穿透曲线并计算吸附量.结果发现,在323.15,K、常压下合成吸附剂AMS对CO2/N2的吸附量分别为0.60,mmol/g和0.03,mmol/g.采用抽真空的方法对吸附剂进行再生,发现75%以上的吸附态CO2能够解吸,经过多次吸附/解吸循环CO2吸附特性不变.同时利用Aspen adsim软件对吸附过程进行模拟,模拟结果与实验数据吻合良好.

模板法多孔炭的制备及CH_4/N_2/CO_2吸附分离

以糠醇为碳源,模板法两次浸渍制备多孔炭,采用XRD、SEM、FTIR、N_2吸附-脱附等方法对其进行表征,利用磁悬浮天平测量了CH_4,N_2,CO_2的吸附等温线,并对吸附等温数据进行Langmuir拟合,由Henry常数预测多孔炭对混合体系的平衡选择性。表征结果显示,多孔炭孔分布较窄,具有丰富的孔结构,在一定程度上复制了分子筛的孔道结构,且表面呈现一定的极性,有利于CH_4,N_2,CO_2的吸附和分离。实验结果表明,CH_4,N_2,CO_2的平衡吸附量大小的顺序为:CO_2>CH_4>N_2,Langmuir模型拟合相关系数均大于0.993,拟合效果较好,可用Langmuir理论解释气体在多孔炭孔结构及表面的吸附行为,制备的多孔炭适用于烟道气中CO_2的吸附与分离及煤层气等非常规天然气的提纯,但对垃圾填埋气的分离效果不显著。

ZnCl_2活化制备N掺杂多孔碳材料及其CO_2吸附性能研究

以聚吡咯(Ppy)为原料,采用ZnCl2为活化剂制备N掺杂多孔碳材料,研究了不同ZnCl2和Ppy的质量配比(活化温度500℃)对多孔碳材料的孔隙结构和表面化学性质的影响。通过氮气吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对样品进行了孔隙结构和表面化学性质的表征。采用变压吸附法研究了样品对CO2的吸附性能。结果表明,材料具有丰富的微孔孔道结构,随着ZnCl2/Ppy质量比增加,比表面积达到最大值1276m2/g,最大N掺杂量为10.17%(质量分数),在常温常压下CO2最大吸附量达到149mg/g。

NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP在非瓣膜性HFrEF患者中的表达及对短期预后的预测价值

目的探讨N端脑钠肽前体(NT-proBNP)、血小板吸附蛋白2(TSP-2)、超敏C反应蛋白(hs-CRP)在非瓣膜性射血分数降低心力衰竭(HFrEF)患者中的表达及对短期预后预测价值。方法选取2018年1月至2021年12月郑州大学第一附属医院收治的120例非瓣膜性HFrEF患者为HFrEF组,60例非瓣膜性射血分数保留心力衰竭(HFpEF)患者为HFpEF组,60例心功能正常心力衰竭(HF)患者为对照组。对比三组NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP水平;根据心功能分级将HFrEF组患者分为心功能Ⅱ级、心功能Ⅲ级组、心功能Ⅳ级组,并对比三组NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP水平;分析NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP各指标之间的相关性;根据随访结果将HFrEF组患者分为预后良好组和预后不良组,并比较两组患者NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP水平;分析影响HFrEF患者预后的多因素;分析NT-proBNP、TSP-2对HFrEF患者的短期预后预测价值。结果三组NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP水平为:HFrEF组>HFpEF组>对照组,差异有统计学意义(P<0.05);120例非瓣膜性HFrEF患者中,心功能Ⅱ级38例(31.67%)、心功能Ⅲ级46例(38.33%)、心功能Ⅳ级36例(30.00%);三组NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP水平为:心功能Ⅳ级组>心功能Ⅲ级组>心功能Ⅱ级组,差异有统计学意义(P<0.05);非瓣膜性HFrEF患者血清NT-proBNP与TSP-2、hs-CRP呈正相关(P<0.05);120例非瓣膜性HFrEF患者中,预后良好79例(65.83%)、预后不良41例(34.17%);患者NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP水平为:预后不良组>预后良好组,差异有统计学意义(P<0.05);Logistic回归分析结果显示,NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP高表达是非瓣膜性HFrEF患者预后不良的危险因素(P<0.05);NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP单独与联合预测非瓣膜性HFrEF患者预后的AUC为0.779、0.907、0.898、0.948,联合预测的AUC高于NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP,差异有统计学意义(P<0.05)。结论NT-proBNP、TSP-2、hs-CRP在非瓣膜性HFrEF患者中高表达,三指标联合检测能较好预测患者短期预后。

变压吸附技术分离CH_4/N_2气体混合物

采用变压吸附技术进行CH4 /N2 气体混合物的分离研究 ,以提高混合气中CH4 的浓度 .在单柱变压吸附装置上进行了变压吸附过程实验 ;考察了各步压力。

变压吸附法净化含N_2气体中微量CO的脱附过程

对N2/CO混合气中的CO在NA型吸附剂上的动态吸附和脱附行为进行研究.使用单塔吸附装置测定CO在不同分压和停留时间条件下的动态吸附量,考察降压过程中CO浓度随床层压力的变化特征,确定合适的脱附方法和条件.结果表明:0.9min是比较合适的停留时间;在床层利用率为80%条件下,顺放的气体可以达到产品气体积分数不超过5mL/m3的要求;抽真空并使用200mL/minN2吹扫是合适的脱附再生方式.三塔的变压吸附结果表明,在常温下,反复吸附与脱附再生,可以达到吸附净化含N2气体中微量CO的效果.

不同CH_4/N_2吸附模型拟合效果比较及吸附热力学分析

为给煤层气中甲烷与氮气的变压吸附分离提供相关的模型和热力学数据,采用静态体积法测试了温度298.15、313.15、328.15 K时,CH4/N2在自制炭分子筛上的吸附量,使用Langmuir等9个吸附模型对吸附量进行了非线性拟合,通过比较各吸附模型的拟合精度,得出最优化体积填充模型DA拟合效果最好,经验方程Freundlich模型拟合效果最差,Langmuir、Sips和Toth等模型拟合效果适中,同种模型对于N_2的拟合程度好于CH_4。同时对各模型的拟合参数进行了分析,BET方程不适合描述CH_4、N_2在该炭分子筛上的吸附,Langmuir、Toth、E-L等模型中饱和吸附量qm均随温度的升高而减小,且温度变化对于N_2的饱和吸附量影响较大;E-L模型、Toth模型和Sips模型中反映吸附剂表面能量不均匀性的参数n随着温度的升高而增大,F-L模型中分形维数D的增大表明温度升高增加了炭分子筛表面不均一性。吸附热力学分析表明,该炭分子筛对于CH_4、N_2的平均等量吸附热分别为11.80、9.06 k J/mol,均属于物理吸附;随着吸附量的增大,N_2的等量吸附热变化范围大于CH_4。

煤对N_2-O_2混合气体吸附规律的试验研究

为研究空气代替N2驱替煤层瓦斯的可行性,基于高压容量法,研究了煤对不同浓度配比的N2-O2混合气体的竞争吸附特性,得到试验煤样对N2-O2混合气体竞争吸附规律以及煤对混合气体中O2的吸附规律。研究表明:煤对N2-O2二元混合气体的吸附常数介于煤对单组分的N2与O2的吸附常数之间,并且随着N2浓度的提高,吸附常数也逐渐增大,趋近于煤对单组分的N2的吸附常数;煤对混合气体中O2的吸附量处于很低水平,试验测试点范围内最大吸附量仅为1mL/g,并没有达到自燃的界限。根据试验结果可知,用空气代替N2驱替煤层瓦斯是可行的。

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。

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。

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.

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。

低硅/铝比X型分子筛(Li,Ca)-LSX的制备及其N_2吸附性能

以钠型低硅/铝比X型分子筛(Na-LSX)为原料,采用离子交换技术得到混合型低硅/铝比的(Li,Ca)-LSX分子筛,利用ICP-AES、TG和N2吸附-脱附多种表征手段,详细考察和比较了Na-LSX分子筛经过Li+与Ca2+交换前后的结构和性能变化。结果表明,LSX分子筛中阳离子的交换由易到难的顺序为Ca2+、Li+、Na+。影响分子筛对N2吸附性能的主要因素是其中阳离子大小和分布,以及阳离子与N2分子的结合力;它们首先影响分子筛的水含量和织构性能,最终影响分子筛对N2分子的吸附能力。

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。