低浓度煤层气脱附吹扫过程的数值模拟.pdfVIP

学兔兔 62 天然气化工(C，化学与化工) 2015年第40卷 麓 辱霉 低浓度煤层气脱附吹扫过程的数值模拟 唐 红，张 力，王 煤 (四川大学 化学工程学院，四川I 成都 610065) 摘要：运用Aspen Adsorption软件数值模拟了体积比为3：7的甲烷和氮气组成的低浓度煤层气的脱附吹扫过程，得到了甲 烷的脱附吹扫曲线和吸附床层轴向浓度分布，考察了压力、吹扫速率和吸附剂对脱附吹扫过程的影响。结果表明：活性炭作吸 附剂、293K、300kPa、流速2x10。7kmoYs条件下，甲烷出口含量模拟值与实验值吻合良好，甲烷的饱和负载量和氮气的初始负载 量分别为6．75x104kmol／kg和3．65x10。kmol／kg，脱附吹扫时间为760s时，吸附剂实现完全再生；脱附吹扫时间随压力变小而缩 短，吹扫压力为500kPa、300kPa和100kPa时的甲烷脱附吹扫时间分别为1208s、634s和436s；吹扫速率越大，脱附吹扫曲线越 陡峭；活性炭比分子筛的的脱附吹扫时间更短。 关键词：甲烷；脱附吹扫；Aspen Adsorption；低浓度煤层气；模拟 中图分类号：TQ028．15；TD712．67 文献标识码：A 文章编号：1001．9219(2015)06．62．04 变压吸附(PSA)方法能有效分离气体，已广泛 等 试验研究了在初始阶段构造煤层瓦斯气体解 用于各领域，我国的煤层气资源十分丰富，开发利 吸，通过分析影响因素，得到了气体解吸曲线。本文 用意义深远，净化后的排放煤层气可看成主要是甲 采用Aspen Adsorption软件，在比较了计算值与实 烷和氮气的混合气体『】1，其中多数煤层气中的甲烷 验值对模型和算法进行验证的基础上，对用活性炭 含量较低，如果直接排放，既浪费资源又污染环 PSA分离低浓度煤层气中的甲烷和氮气的脱附吹 境。PSA技术作为富集低浓度煤层气中甲烷的重 扫进行了模拟，研究了脱附吹扫阶段甲烷和氮气含 要手段，近年来研究较多。施海珊等『2]研究了低浓度 量的变化规律，考察了吹扫压力、气体吹扫速率和 煤层气的吸附过程，考察了压力、温度和传质系数 不同吸附剂对甲烷脱附吹扫的影响。 对甲烷和氮气吸附的影响。Olajossy AI3 在278K和 1 数学模型与参数 300kPa下通过真空变压吸附(VPSA)富集煤层气中 甲烷，将甲烷体积分数从55．2％提高至96％～98％， 1．1 模型假设 回收率达到86％-91％。Zhang[41和Dait~等通过大量 气体在整个过程中为理想气体，甲烷和氮气的 实验研究，得到煤样在不同吸附平衡压力下保持不 初始体积比为3：7，甲烷吸附达到其饱和吸附量；脱 变以及气体解吸量与时间之间的关系，成功建立气 附吹扫过程温度保持恒定；原料吹扫气为甲烷吸附 体解吸模型。杨华伟等[61实验研究并模拟了VPSA 后的纯氮气，吸附剂填充均匀，气体在吸附塔内的 分离甲烷氮气，将甲烷体积分数从30％富集到80％ 流动为活塞流，忽略轴向扩散影响，浓度仅沿轴向 - 98％，回收率达到65％～96％。曹俊雅等[71对2段 变化。 PSA分离过程进行了模拟。相对于吸附，对脱附过