為了評價碳分子篩的吸附分離性能,在四塔變壓吸附裝置上進行了CH4/N2混合氣濃縮分離試驗,研究了BM1404碳分子篩對不同濃度的CH4/N2混合氣的提濃效果,以及不同吸附時間、成品氣排氣流量對CH4濃度、回收率和原料氣處理量的影響。結(jié)果表明:吸附時間為150 s,成品氣排氣流量為4.20 m L/min時,分離效果最佳,可以將煤層氣中的CH4含量從35%提濃到68.10%,回收率達到67.30%;BM1404碳分子篩是一種適于CH4/N2混合氣變壓吸附分離的吸附劑,可以將體積分數(shù)18%甲烷直接提濃到45.25%,將體積分數(shù)35%甲烷平均提濃到68.10%,將體積分數(shù)71%甲烷平均提濃到86.80%,對低中高濃度煤層氣均有較佳的濃縮分離效果。 

【文章來源】：煤炭科學技術(shù). 2015,43(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

變壓吸附試驗裝置

擠腫由甘怯τ糜諉翰閆?蠧H4/N2分離的專用功能型吸附劑，其原理是基于分子篩特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，CH4、N2兩種氣體在分子篩上擴散速率的不同而實現(xiàn)分離，N2擴散速率較慢，大部分被分子篩吸附，CH4擴散速率較快，優(yōu)先于N2穿過吸附床層，到達吸附塔頂排出，從而實現(xiàn)CH4濃度的提升。2.2吸附時間對分離效果的影響為準確表征不同吸附時間對樣品吸附分離性能的影響，將吸附壓力控制在0.6MPa，塔頂產(chǎn)品氣流量控制在2.50L/min，混合氣體為35%CH4/65%N2，不同吸附時間下樣品吸附分離性能如圖2所示。圖2不同吸附時間對CH4/N2分離性能的影響從圖2可以看出，隨著吸附時間的延長，成品氣濃度呈先增加后減小的趨勢，廢氣濃度呈現(xiàn)先逐步降低后增加的趨勢。成品氣濃度和廢氣濃度差值越大，表明樣品的分離效果越好，更易實現(xiàn)氣體的分離。在吸附時間為150s時，吸附分離性能最佳，此時成品氣體積分數(shù)最大達到68.17%，廢氣體積分數(shù)最低達到14.01%。出現(xiàn)這種趨勢的原因可能與碳分子篩對N2的吸附容量有關(guān)，當吸附時間小于150s時，吸附柱內(nèi)的碳分子篩對N2的吸附容量未達到飽和，仍具有較強的吸附能力，因而隨著時間的延長，碳分子篩對N2的吸附量逐步增加，體現(xiàn)為塔頂成品氣中CH4濃度逐步增加，廢氣中CH4濃度逐步降低，在150s時，碳分子篩的吸附容量達到或接近平衡吸附容量，因而成品氣CH4濃度達到最大，隨后，繼續(xù)延長吸附時間，碳分子篩吸附床層被穿透，因而CH4濃度降低。從成品氣濃度和廢氣濃度能夠判斷產(chǎn)品的分離性能，但判斷是否具有經(jīng)濟性，回收率和處理量是不可忽視的考核指標。圖2表明，隨著吸附時間的延長，回收率呈先增加后減小的趨勢，在150s時，達到最大為72.4

2015年第2期煤炭科學技術(shù)第43卷綜合分析各個指標，可知混合氣體為35%CH4/65%N2時，吸附壓力控制在0.6MPa，吸附時間控制在150s，樣品的吸附分離性能最佳，具有較高的吸附分離性能和經(jīng)濟性。2.3成品氣排氣流量對分離效果的影響根據(jù)圖2的試驗條件，單獨改變成品氣排氣流量，得到樣品的吸附分離性能指標，如圖3所示。圖3不同成品氣排氣流量對CH4/N2分離性能的影響從圖3可看出，隨成品氣排氣流量的增加，成品氣濃度逐漸降低，廢氣濃度逐漸升高，排氣流量的增加不利于塔頂甲烷濃度的提高，分離效果變差。這可能是由于成品氣排氣流量的增加，導致吸附塔內(nèi)氣體線速度增加，混合氣體中N2來不及被吸附，就隨混合氣體從塔頂排出，導致塔頂CH4濃度逐漸降低，由于吸附床內(nèi)N2的吸附量降低，導致解吸排出的廢氣中CH4濃度逐步升高。圖3亦表明，回收率和處理量均隨成品氣排氣流量的增加逐步提高，說明排氣流量增加，有利于提高變壓吸附工藝的經(jīng)濟性。但成品氣濃度過低，將不符合工藝要求，所以應(yīng)在保證成品氣濃度的情況下，適當增加成品氣排氣流量。綜上分析，當成品氣排氣流量在4.20L/min時，分離性能指標總體最優(yōu)。2.4不同濃度煤層氣濃縮分離效果為了分析分子篩樣品的吸附分離性能，在上述最優(yōu)吸附時間和成品氣排氣流量下，針對不同濃度的CH4/N2混合氣進行了變壓吸附評價試驗，以獲得碳分子篩樣品對不同濃度混合氣的分離提純能力。1)在甲烷體積分數(shù)為18%，吸附時間為150s、成品氣排氣流量為4.20L/min時，變壓吸附裝置穩(wěn)定運行2h，待各個檢測口氣體濃度穩(wěn)定后，觀察成品氣和廢氣濃度的變化情況，如圖4a所示�？梢钥闯�，樣品可以將體積分數(shù)18%甲烷直接提濃到平均45.25%，廢氣濃度比較穩(wěn)定，平均在

【參考文獻】：
期刊論文
[1]變壓吸附氣體分離用煤基炭分子篩的制備研究進展[J]. 姚偉靜,辜敏,鮮學福,林文勝.  化工進展. 2009(04)
[2]煤層氣中CH4/N2分離工藝研究進展[J]. 郭璞,李明.  化工進展. 2008(07)
[3]變壓吸附濃縮甲烷/氮氣中甲烷的研究進展[J]. 劉克萬,辜敏,鮮學福.  現(xiàn)代化工. 2007(12)
[4]煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J]. 朱志敏,沈冰,蔣剛.  礦產(chǎn)綜合利用. 2006(06)
[5]炭分子篩概述[J]. 吳明鉑,鄭經(jīng)堂,王茂章,樊彥貞.  炭素技術(shù). 1997(06)
[6]變壓吸附分離氣體原理和工業(yè)應(yīng)用[J]. Fran K G.Wiessner,顧榮而.  深冷技術(shù). 1991(06)



本文編號：3097303