空气中低含量甲烷的变压吸附分离

【摘要】： 煤矿空气中因含有少量低浓度的甲烷常会引发煤矿中恶性爆炸事故,给人的生命和财产带来巨大的损失。脱除煤层气中的甲烷主要是将甲烷从空气中分离出来。但甲烷氮气体系的分离一直被认为是一项很困难的工作。本文主要针对甲烷氮气体系的分离以及用变压吸附方法从模拟的煤层气中分离甲烷作了研究。实验中选用的吸附剂为本实验室自制活性炭TJU01。首先考察了实验压力、温度等条件对甲烷氮气体系分离因子的影响。发现压力降低有利于分离因子的提高;而温度在19-25℃的室温附近变化时对分离因子的影响不大。在25℃,100kPa的实验条件下TJU01对甲烷氮气的分离因子可达到8以上。接下来模拟放空煤层气配制甲烷含量约为1.3%的甲烷-空气混合气,通过单塔甲烷的穿透吹扫曲线的比较找出适合两塔变压吸附的实验条件,包括吸附时间、脱附时间、处理量、操作压力等。最后通过两塔变压吸附实验,考察了上述实验条件的可行性,同时对变压吸附中几个主要的参数作了研究,包括均压时间、放空时间、冲洗比,最终确定了一组可以脱除放空煤层气中甲烷的实验条件,在该条件下可使分离后的空气中完全不含有甲烷。 【关键词】：甲烷/氮气 变压吸附 吸附分离 穿透曲线
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X51
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 文献综述7-18
• 1.1 研究意义7-8
• 1.2 吸附分离8-10
• 1.2.1 吸附类型8-9
• 1.2.2 吸附分离9
• 1.2.3 吸附分离机理9-10
• 1.3 吸附测定方法10-11
• 1.3.1 静态实验10
• 1.3.2 动态实验10-11
• 1.4 脱附测定方法11-12
• 1.4.1 降压解吸11
• 1.4.2 升温解吸11
• 1.4.3 真空解吸11
• 1.4.4 冲洗解吸11-12
• 1.5 变压吸附（Pressure Swing Adsorption）12-17
• 1.5.1 传统PSA工艺12-14
• 1.5.2 变压吸附工艺的改进14-17
• 1.6 实验方法17-18
• 第二章 实验部分18-38
• 2.1 实验准备18-22
• 2.1.1 吸附剂18
• 2.1.2 使用气体18-19
• 2.1.3 配制混合气19-20
• 2.1.4 配制实验用气体20
• 2.1.5 色谱分析20-22
• 2.2 主要实验装置22-23
• 2.3 动态法实验的可靠性23-26
• 2.3.1 等温操作24
• 2.3.2 床层无压降24-25
• 2.3.3 活塞流25
• 2.3.4 稀释的混合气25-26
• 2.3.5 气固相之间浓度可瞬间达到平衡26
• 2.4 穿透曲线26-28
• 2.5 分离因子的计算28-30
• 2.6 床层自由体积的确定30-32
• 2.6.1 静态法实验装置30-31
• 2.6.2 实验过程31-32
• 2.7 吸附量n_k的准确性32
• 2.8 变压吸附实验32-33
• 2.9 变压吸附操作时序33
• 2.10 冲洗比的定义33-34
• 2.11 实验条件及实验操作34-37
• 2.11.1 实验条件34
• 2.11.2 实验操作34-37
• 2.12 主要实验设备37-38
• 第三章 结果与讨论38-61
• 3.1 分离因子的计算38-47
• 3.1.1 压力对分离因子的影响38-42
• 3.1.2 温度对分离因子的影响42-44
• 3.1.3 吸附丙烷后的分离因子44-47
• 3.2 单塔穿透及吹扫实验47-55
• 3.2.1 单塔穿透实验47-51
• 3.2.2 单塔吹扫实验51-53
• 3.2.3 吸附时间、脱附时间、处理量、实验压力的确定53-55
• 3.3 变压吸附实验55-61
• 3.3.1 均压时间的确定55-56
• 3.3.2 放空时间的确定56-57
• 3.3.3 冲洗比的确定57-58
• 3.3.4 稳定性实验58-61
• 第四章 结论61-62
• 参考文献62-66
• 附录A 符号说明66-67
• 附录B 脱附程序67-76
• 附录C 吸附程序76-85
• 附录D 数据总结85-93
• 致谢93

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