活性炭的制備及其變壓吸附濃縮CH-,4--N-,2-中CH-,4-的性能研究.pdf

1、煤層氣中的甲烷(CH4)是一種清潔能源與重要的化工原料，但也是一種主要的溫室氣體與煤礦安全事故的重要隱患。對煤層氣的綜合開發(fā)利用，有利于改善和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障煤礦安全生產(chǎn)、減少大氣污染。煤層氣利用的關(guān)鍵是甲烷的濃縮與凈化。抽采煤層氣的主要成分是甲烷、氮?dú)?N2)、氧氣(O2)，由于氮?dú)夂图淄榈男再|(zhì)相似而成為最難分離的成份，因此CH4/N2的分離是煤層氣濃縮的最為關(guān)鍵技術(shù)。采用變壓吸附(PSA)技術(shù)分離濃縮CH4/N2中的CH4，其關(guān)鍵

2、是吸附劑。
　　 論文以廉價(jià)的煙煤與無煙煤為原料，制備了濃縮CH4/N2中CH4的活性炭吸附劑，系統(tǒng)的研究了制備工藝及對應(yīng)條件參數(shù)，并對活性炭PSA濃縮CH4/N2中的CH4性能進(jìn)行了研究。研究了制備的活性炭的吸附選擇性及其微結(jié)構(gòu)。自行研制了一套PSA分離性能測試裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置不僅可用于吸附劑分離性能的測試，還可用于多組分氣體PSA分離過程以及滲流過程的研究。
　　 采用了碳化-活化、碳化-沉積、碳化-活化-沉積以及空

3、氣預(yù)氧化等工藝制備了活性炭吸附劑，詳細(xì)討論了碳化溫度、碳化時(shí)間、活化溫度、活化時(shí)間、沉積溫度、沉積時(shí)間以及空氣預(yù)氧化溫度和預(yù)氧化時(shí)間等工藝條件參數(shù)對吸附劑分離效果的影響。制備的活性炭對CH4表現(xiàn)出吸附選擇性，因此，采用制各的活性炭PSA分離濃縮CH4/N2中的CH4是基于平衡分離原理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：無煙煤較煙煤制備的活性炭分離效果好，采用空氣預(yù)氧化-碳化工藝，以無煙煤為原料制備的活性炭其分離系數(shù)aCH4/N2達(dá)3.41，在單循環(huán)五步PS

4、A過程的抽真空步驟CH4濃度可提高30.0％，CH4回收率可達(dá)29.1％，其制備條件為預(yù)氧化溫度430℃、預(yù)氧化時(shí)間1h、碳化溫度950℃、碳化時(shí)間2h。以煙煤為原料，采用碳化-活化-氣相沉積工藝制備的活性炭，在單循環(huán)五步PSA過程的抽真空步驟CH4濃度可提高20.0％，其對應(yīng)制備條件為碳化溫度800℃、碳化時(shí)間1～2h、活化溫度800～850℃、活化時(shí)間1～2h、沉積溫度775℃、沉積時(shí)間0.5h、苯用量為30ml。
　　 研

5、究表明對于煙煤，活化與碳沉積過程是關(guān)鍵步驟，其中活化溫度與沉積溫度因素最為重要，而碳化過程影響相對次要；對于無煙煤，碳化與活化過程是關(guān)鍵步驟，碳沉積過程可不采用，其中碳化溫度與活化溫度因素最為重要。
　　 CH4/N2分離效果最好的活性炭吸附劑比表面積為562m2/g，微孔孔容達(dá)0.25cm3/g，微孔孔徑分布主要集中在10(A)以下，以5～6(A)的孔占多數(shù)。分析結(jié)果表明影響分離效果最關(guān)鍵的因素是吸附劑的微孔孔容或中孔孔容，其