低浓度瓦斯提纯的柱式分离法基础研究

发布时间：2020-08-24 15:52

【摘要】：我国煤矿资源丰富,煤层气(俗称瓦斯)也有着丰富的储量。在煤矿瓦斯开采过程中,相当一部分抽采瓦斯浓度极低,限制了它的应用,同时对环境保护和资源有效利用有很大的影响。学者们进行了大量实验和实践研究,发明了多种分离提纯气体的方法,如深冷法、膜分离法和吸附法等。但目前所用的方法在使用条件和操作难度方面仍有所欠缺。本文采用柱式分离法分离提纯低浓度瓦斯,通过实验对比分析两种固定相吸附剂(碳分子筛和5A分子筛),利用填充柱吸附分离低浓度瓦斯,并通过气相色谱仪从不同定量环体积、不同填充柱温度和不同气体浓度三个角度出发分析低浓度瓦斯的分离情况。研究成果将会为得到较高浓度的瓦斯气体提供理论指导。首先,通过对5A分子筛和碳分子筛的基本表征、比表面积和吸附剂性能的研究,选择适合用作柱式分离法固定相的吸附剂。本文对两种吸附剂进行了X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)、比表面积和孔径分布分析、高压吸附等温线测试和静态高压选择吸附性能测试,同时,还使用自主搭建的吸附脱附微反应装置对两种吸附剂进行常压吸附性能测试。研究显示,5A分子筛表现出了高结晶度、较完整的晶型和大小均匀、规整的晶粒,并且5A分子筛对氮气的吸附解吸速率优于甲烷,更适合于柱式分离法,同时5A分子筛价格低廉,更具有经济效益。其次,使用氦气作为载气,通过改变柱分离过程中的条件参数(如定量环体积、填充柱温度和气体浓度),对低浓度瓦斯混合气体在5A分子筛填充柱中的分离情况进行实验及过程机理分析。实验结果表明,在只改变定量环体积,其他条件不变的情况下,随体积的不断增大,氮气和甲烷的分离界限趋向于不明显,至甲烷的谱峰完全被氮气峰盖住,可以得到在此条件下欲使气体浓度加倍单次能够分离的最大气体量。同样,通过改变温度,得到最优化的提纯分离条件。此外,实验还记录了CH_4/He和He/N_2的色谱图,拟合两个色谱图里的曲线与CH_4/N_2实际测得的曲线结果相差不大。最后,利用气相色谱吸附分离分析的原理,设计了一种用于极低浓度抽采瓦斯的甲烷吸附浓缩系统,为工业上矿井低浓度抽采瓦斯的浓缩提纯提供了一种思路。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712;O652.6
【图文】：

瓦斯,热交换介质,蓄热特性,气体

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氧化技术,气流,平行壁面,催化特性

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路线图,研究技术,路线,分离法

硕士学位论文要有理论分析和实验室研究。首先，通过对其基本表征，比表面积和吸附剂性能的研究，选择出适合用作柱式分离法固定相的吸附剂。然后通过对柱式分离法分离提纯低浓度瓦斯的吸附分离过程进行实验和分析，对不同实验气体进行气相色谱分析，得到数据，并将数据进行对比分析和总结，得出结果。1.3.2 技术路线

【参考文献】