MODELING AND NUMERICAL SIMULATION OF ONBOARD MOLECULAR SIEVE OXYGEN GENERATION SYSTEM

A mathematical model for simulating concentric-bed and other components of molecular sieve oxygen concentrator is established. In the model, the binary Langmuir equilibrium adsorption equation is adopted to describe the adsorption performance of the adsorbent, the linear driving force (LDF) model is used to describe the mass transfer rate, and the thermal effect during adsorption is considered. The finite difference method is used in simulation and comparison. Numerical results have a reasonable agreement with the experimental research.

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%。

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。

变压吸附分离CH_(4)/N_(2)用碳分子筛的制备及其分离性能研究

CH_(4)/N_(2)分离是高效利用天然气、煤层气、油田气、沼气和垃圾填埋气的关键技术。现有研究多集中于分离提纯CH_(4)浓度较低(10%~50%,体积分数,下同)的混合气体。在CH_(4)浓度较高(75%)的CH_(4)/N_(2)混合气体中,以提高碳分子筛对CH_(4)的提浓效果为主要目标,分别对碳分子筛的制备改性和变压吸附测试工艺条件进行了研究。结果显示,以苯为沉积剂,在最优沉积条件(沉积温度为645°C,沉积时间为60 min)下制备的碳分子筛对N_(2)的吸附量为5.980 mL/g,对应的N_(2)/CH_(4)分离系数达到6.970;以上述最优条件制备的碳分子筛为吸附剂,以吸附压力0.3MPa、吸附时间60s,顺放、逆放、抽真空解吸为最佳单塔变压吸附工艺条件,产品气CH_(4)浓度可提升至90%左右,产品气CH_(4)收率达到80%以上。

LiLSX制氧分子筛及其金属离子交换改性的研究现状

LiLSX制氧分子筛是当前公认的性能最好的变压吸附(PSA)分离空气制氧分子筛材料。随着锂离子电池在电动汽车及储能领域的大规模应用,与锂元素相关的化工产品的价格快速飙升,LiLSX分子筛材料也变得十分昂贵,这就促使人们开始探索提升PSA制氧用分子筛的性能以及降低成本的方法。在LiLSX分子筛的晶胞中,N_(2)(和O_(2))只能与位置3(SIII/SIII’)处的阳离子相互作用,而与其他位置上的金属离子很难发生吸附作用。基于此,研究者对LiLSX分子筛进行改性,用其他离子取代位置1(SI/SI’)和位置2(SII/SII’)的锂离子,以降低锂离子的含量,并制备了大量改性分子筛材料。但从综合成本和性能看,目前仍未能研发出性能优于LiLSX的制氧分子筛材料。

变压吸附制氧在高原地区再生铅回收领域的应用

铅冶炼工艺中易产生硫、铅、砷等污染,对环境造成极大影响,而富氧侧吹熔池直接熔炼技术则可提高生产效率、降低能耗、节约成本、减少污染。其中氧气由真空变压吸附制氧(VPSA)设备获取。变压吸附制氧具有工艺流程简单、投资小、能耗低、产量纯度可调、灵活性好等多方面优势,在国内低海拔地区的应用较为稳定,而在高原地区应用不佳,北大先锋研发的纯度80%的变压吸附制氧设备解决了这一难题。本文介绍了再生铅回收领域中富氧侧吹熔池熔炼直接炼铅和变压吸附制氧的工艺流程、特点,以及变压吸附制氧技术在高原地区该领域的具体应用。通过采用高效PU-8型锂基制氧分子筛及两塔吸附流程,配以适宜的鼓气系统、脱附系统、压氧系统、放空系统,VPSA制氧站弥补了2500 Nm 3/h的用氧缺口,解决了燃烧不充分的问题,提高了烟尘燃烧效率,节省焦炭约10%,降低成本约8%,满足高原地区再生铅行业用户的用氧需求。

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。

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。

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)。

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。

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。

变压吸附气体分离用煤基炭分子筛的制备研究进展

阐述了国内外应用于变压吸附分离气体的煤基炭分子筛吸附剂制备研究进展,总结了以褐煤、烟煤、无烟煤为原料,制备炭分子筛所采用的不同工艺方法及其特点;详细讨论了主要的制备工艺条件对煤基炭分子筛结构和分离性能的影响。

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。

炭分子筛概述

阐述了炭分子筛分离的原理，并分别从其制备原料、制备方法、产品用途等方面综述了近年来炭分子筛的新进展。

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。

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。

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。

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。