变压吸附浓缩煤层气吸附剂的选择实验.pdfVIP

2010年8月 矿 业安全 与环保 第37卷第4期 变压吸附浓缩煤层气吸附剂的选择实验 刘应书，郭广栋，杨 雄 ，李永玲，张 辉，孟 宇 (北京科技大学 气体分离工程研究所 ，北京 100083) 摘 要：测量 了5种活性炭在298，308，318K时对CH 和N 的平衡吸附量并绘出相应的吸附等温 线。结合5种活性炭的特性参数以及其对 CH 和N 的吸附量，分析了影响活性炭对 CH 和N 的吸附 量的因素。以Langmuir吸附方程关联实验数据，计算出5种活性炭在不同温度下对CH 和N 的分离 因子。研究结果可为选择变压吸附浓缩煤层气的吸附剂提供参考。 关键词：煤层气；活性炭；PSA；吸附等温线；分离因子 中图分类号 ：TD712 ．67 文献标志码：B 文章编号：1008—4495(2010)04—0004—04 我国是煤炭大国，煤层气 (瓦斯)的储量十分丰 同温度下吸附剂对CH 和N：的吸附性能，分别测量 富。据估算，我国2000m以内的浅层煤层气资源 了5种活性炭在 298，308，318K下对 CH 和 N 的 量大约为3O万亿 ～35万亿m ，与天然气的资源总 吸附等温线；二是使用吸附仪分析吸附剂的主要特性 量差不多，居世界第三位。然而我国煤层气的开采利 参数，研究其对吸附剂吸附CH 和N：能力的影响。 用率却很低，目前我 国每年因采煤排放的煤层气在 1．1 吸附等温线测量 180亿 m 以上，占世界采煤排放煤层气总量的 1／3， 采用恒定容积法 测量吸附剂对 CH 和N 的 居世界第一l】J。煤层气的主要成分是 CH ，如此多 平衡吸附量，其原理是取一定量的吸附剂，使其吸附 的CH 被排放到大气当中，不仅浪费了宝贵的资源， 一 定量的气体，测量吸附平衡之后剩余气体的量，吸 还严重污染 了环境。CH 是造成环境温室效应 的 附前后的差值即为被吸附气体的量 J。如 图1所 3种主要气体(CH、CO，和氟利昂)之一，如果以原 示，储气罐容积为 ，吸附罐内放人一定量(m)的吸 子为基准，CH 的温室效应是 CO 的25～30倍，以 附剂，并用氦取代确定其中自由空间的体积 。待 重量为基准则达70倍。此外 ，CH 还能消耗大气平 吸附剂充分脱气之后，将储气罐与吸附罐置于温度 流层 中的臭氧，其对臭氧层的破坏能力是 CO 的 为 的恒温水槽之 中。关闭阀3，向储气罐 中通人 7倍 J，因此分离和回收煤层气中的CH ，意义十分 一 定压力P 的气体 (N 或 CH)，然后打开阀3，使 重大。在研究中煤层气可被看成是 CH一空气体 吸附剂吸附气体，待其吸附平衡之后，记录下此时的 系，其中CH 和N 的临界温度都很低 ，物理性质又 压力P。则吸附剂在温度 和压力P 下的平衡吸 相近，因而较难分离 ]J。变压吸附是煤层气 CH 浓 附量q为 缩的主要方法之一 ，而制约变压吸附技术分离 CH q：——— 一 L(1) 和N，的主要因素就是吸附剂。变压吸附的分离效 果主要取决于所用吸附剂的性能，而 目前所采用 的 吸附剂一般较难满足CH ／N，的吸附分离要求 ， 所以寻找对 CH 和N，具有高选择吸附性的吸附剂 是变压吸附浓缩瓦斯的关键。通过实验研究几种不 同活性炭的特性参数以及对CH 和N，的吸附性能， 为变压吸附浓缩煤层气吸附剂的选择提供依据。 1 实验研究 实验主要包括两个方面的内容，一是研究在不