掺氢天然气的氢气分离提纯技术浅析

针对掺氢天然气的氢气分离提纯技术,重点调研了变压吸附、膜分离及电化学氢分离技术的各自特点,提出了应用于掺氢天然气的氢气分离提纯技术方案:具有占地和成本优势的快速变压吸附提纯技术,适宜处理小规模掺氢天然气,在氢能产业发展近中期阶段可以成为研究重点;碳分子筛膜分离技术具有分离成本低和产品氢纯度高的优势,针对氢能产业发展远期阶段的大规模应用开展布局研究具有重要意义;掺氢天然气在分离提纯前的预处理,需重点关注低碳烃和硫的脱除,应分别考虑对后续工艺稳定运行的影响和能耗大小;分离提纯后的非氢气体回注管网,应重点关注气源管线的压力和避免非氢气体压缩以降低氢气分离提纯成本。

基于碳分子筛吸附剂的CH_(4)/N_(2)变压吸附工艺研究

变压吸附(PSA)法是一种用于CH_(4)/N_(2)混合气分离的成熟技术,现有研究多集中于CH_(4)含量(体积分数,下同)较低(10%~50%)的混合气的分离提纯,需要针对CH_(4)含量较高(≥70%)的CH_(4)/N_(2)混合气,开发出以碳分子筛为主要吸附剂的PSA技术。利用PSA静态测试与单塔模拟实验筛选出了分离系数高、吸附容量高的碳分子筛,再采用多塔模拟实验确定与之配套的工艺条件,通过改变吸附时间、吸附压力及工艺步序等参数得到了最佳工艺条件。结果表明,采用5-1-2/V工艺步序,吸附压力为0.5 MPa,吸附70 s,两次均压,一均压时间60 s,二均压时间10 s,逆放至常压,逆放20 s,抽真空70 s至真空度-0.092 MPa为最佳多塔模拟工艺条件,在该条件下可将产品气中CH_(4)含量提高至天然气管道输送要求(CH_(4)含量≥95%,N_(2)含量≤5%),CH_(4)收率达到68%。

Cu(Ⅰ)/AC(HZSM)吸附剂的制备及变压吸附CO的性能研究

选择活性炭(AC)或分子筛(HZSM-5)为吸附剂载体,采用等体积浸渍法制备Cu(Ⅰ)/AC(HZSM)吸附剂,利用比表面积(BET)及H2程序升温还原(H2-TPR)表征手段,结合固定床评价了装置,研究了载体类型、预处理方法以及还原温度对吸附剂性能的影响。结果表明,以活性炭为载体时吸附性能优于分子筛为载体时的吸附性能;水洗处理降低了吸附剂的吸附能力;吸附剂原位活化还原温度过低不利于Cu2+→Cu+的还原,350℃时吸附剂的吸附性能最好。

CH_4/CO_2混合气中CH_4的变压吸附法提纯试验

选择几种商业化的分子筛,在常温(25℃)、低压(0.2 MPa)下,进行CH4与CO2混合气的动态吸附分离性能试验。结果表明:3A和4A分子筛对CO2的吸附量很小,而5A和13X分子筛都能较好地分离CH4与CO2。混合气在13X分子筛上的分离系数要高于5A分子筛,表明13X分子筛对CH4与CO2的分离效果更好。但5A和13X分子筛使用一次之后,都不能通过抽真空法完全再生,原因是吸附剂被吸附质毒化,红外光谱可以解释这一原因。5A和13X分子筛要成为产业化沼气净化的吸附剂,再生性能还需要进一步提高。

CH_4/N_2混合气在炭分子筛上的变压吸附分离

测量了CH4/N2混合气在一种炭分子筛固定床上的穿透曲线;研究了该炭分子筛对CH4的提浓效果,以及原料气流速和吸附压力对分离效果及CH4回收率的影响。结果表明:在吸附初期,该炭分子筛选择性吸附N2,吸附床出口基本检测不到N2,合理地控制吸附时间可使吸附床出口气中CH4浓度达到96%以上;原料气流速对分离效果的影响大于压力的影响,且流速太大不利于CH4/N2混合气的分离;随着流速和压力的增加,CH4的回收率减小。

低温吸附法分离氢同位素

液氮温度下用分子筛Y在自行设计的单塔变压吸附装置上进行氢氘气体分离的研究,考察了流量与压力对分离效果的影响,在气体总压力0.40 MPa、总流量129.79 cm3/min与吸附床长度1.0 m时氢氘气体之间的分离因子可达到1.52。然而压力为0.013 9 MPa与0.017 5 MPa时D2与H2在分子筛Y上的平衡吸附量比值仅分别为1.18和1.17。结合平衡吸附和动态分离之间的差异,表明吸附法能够有效分离氢同位素气体的机理是基于动力学效应。

煤层气在活性炭和炭分子筛上变压吸附分离

变压吸附分离是有效的气体分离提纯方法,采用合适的吸附剂可对煤层气(CH4/N2混合气体)进行高效分离,节约能耗。在单床吸附装置上测量了CH4/N2混合气体在3种活性炭和4种炭分子筛吸附柱上的穿透曲线,并进行实验研究再生条件对吸附剂分离性能的影响。实验结果表明,7种吸附剂均对CH4/N2混合气具有一定程度的分离能力,且高温真空再生后吸附效果更好;但仍需开发出更有效的吸附剂。

炭分子筛的研究进展

本文介绍了国内外炭分子筛的发展现状 ,包括炭分子筛的前驱体、制备方法以及应用等。

炭分子筛吸附分离甲烷/氮混合物研究进展

高效浓缩甲烷/氮气混合气中的甲烷是合理利用煤层气、油田气和垃圾填埋气等资源时面临的重要技术难题之一。甲烷与氮气分子存在着微小的、但可操作的动力学直径差异。文中分析了以炭分子筛作为吸附剂,采用变压吸附分离技术分离甲烷/氮气的可行性,对炭分子筛的吸附分离机理、国内外的研究进展以及混合气在炭分子筛吸附床上的吸附动力学模型进行了探讨,并指出了在这一技术应用方面的一些不足。

医用分子筛变压吸附制氧技术的探讨

分子筛制氧机仅仅利用空气就可以生产纯度在90-95%的氧气,近年来各级医院的中心供氧系统愈来愈多的选用了分子筛制氧设备;这种制氧设备的核心技术是让大气通过分子筛利用变压吸附气体分离和提纯技术获取低成本的氧气。其制氧机工艺流程简单、安全、投资少,能耗比较低,符合低品质资源的开发利用的世界潮流。

低浓度煤层气脱氧浓缩工艺技术开发与应用

为了解决低浓度煤层气安全输送利用方面存在的问题,提高低浓度煤层气利用率,依托国家科技重大专项课题,以'十一五'科研成果为基础,研究开发出了可工业化应用的低浓度煤层气脱氧与变压吸附浓缩工艺技术及装备,并利用煤基炭材料研发平台自主研制了高效吸附专用煤基碳分子筛。通过脱氧浓缩,将体积分数20%~30%的低浓度煤层气浓缩至90%以上,O2体积分数降低至1%以下,CH4回收率在90%以上。工艺采用一次增压、二级浓缩的方式,吸附压力为0.3~0.5MPa,运行能耗为0.5~0.6kW·h/m3CNG。浓缩后的气体可加工成压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG)。

医用氧变压吸附制备工艺研究进展

医用氧气属药品,结合医用氧质量要求与变压吸附工艺的工作原理,从分子筛吸附剂改性、多级变压吸附工艺以及变压吸附与膜分离耦合工艺等方面,对医用氧变压吸附制备工艺研究进展进行了综述,提出了存在的问题,展望了医用氧变压吸附制备工艺的发展前景。

煤基碳分子筛的制备及CH_4/N_2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。

基于PLC控制的碳分子筛变压吸附制氧工艺设计

设计了一种碳分子筛(CMS)变压吸附制氧工艺.以碳分子筛为吸附剂,以富氧气体为原料气,基于PLC控制系统,建立变压吸附制氧工艺.由预处理单元、吸附单元、控制单元、动力及管路系统组成的变压吸附制氧工艺可对富氧气体中氧气进行分离.实验表明:所设计的基于PLC控制的CMS变压吸附制氧工艺,实现了变压吸附制氧工艺参数的在线监测、调整与优化,可提高产品气氧气的浓度,用于高纯氧的制备.

气体分离用变压吸附剂的研究进展

介绍了在应用变压吸附生产N2、O2和CO2的生产过程中,沸石分子筛和碳分子筛的吸附分离机理及它们的改性研究,并讨论了国内外目前使用的沸石分子筛和碳分子筛的优缺点,评述了现阶段国内外变压吸附剂的研究现状,进而展望了变压吸附剂的研究和发展趋势。

分子筛变压吸附制氧技术工作原理及医院应用

本文重点介绍了分子筛变压吸附制氧技术的发展历程、工作原理及其优越性和发展前景。它能够很好地替代高压钢瓶,极大地改善了医疗供氧方式。随着分子筛制氧设备广泛应用于医院,其供氧方式的优越性也逐渐显现出来,促进了现代医院的建设。

神府丝炭制备分离CH_4/N_2的炭分子筛工艺及其性能研究

以神府煤丝炭(SFF)为原料,采用炭化-KOH活化-苯气相碳沉积方法制备用于变压吸附分离CH_4/N_2所用的成型炭分子筛(FCMS),活化过程的最优条件为:碱炭质量比=3∶1,活化温度为700℃,活化时间为90 min;碳沉积过程最优条件为:碳沉积温度为800℃,碳沉积时间为5 min,苯流率为3 m L/min,在此条件下,FCMS的碘吸附值和比表面积分别为985.23 mg/g和1 195.52 m2/g,微孔孔容占63.18%。利用FCMS进行了CH_4和N_2吸附量测试和Langmuir吸附模型的拟合,得出CH_4为强吸附组分,CH_4/N_2在FCMS上的分离系数为2.50。单塔穿透实验表明,CH_4在FCMS上的穿透时间延迟了171 s,证实了FCMS吸附甲烷的能力增强。

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。

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。

变压吸附浓缩甲烷/氮气中甲烷的研究进展

介绍了变压吸附(PSA)技术浓缩煤层气、油田气以及垃圾填埋气中甲烷(CH4)的国内外研究和应用状况,分析了吸附剂以及PSA工艺对CH4/N2分离效果的影响,着重讨论了活性炭与碳分子筛(CMS)吸附剂在分离CH4/N2混合物中的应用,指出了目前PSA用于浓缩CH4/N2中CH4研究中存在的不足,并展望了其发展趋势。