不同CH 4 /N 2 吸附模型拟合效果比较及吸附热力学分析
发布时间：2020-12-18 18:29
为给煤层气中甲烷与氮气的变压吸附分离提供相关的模型和热力学数据,采用静态体积法测试了温度298.15、313.15、328.15 K时,CH4/N2在自制炭分子筛上的吸附量,使用Langmuir等9个吸附模型对吸附量进行了非线性拟合,通过比较各吸附模型的拟合精度,得出最优化体积填充模型DA拟合效果最好,经验方程Freundlich模型拟合效果最差,Langmuir、Sips和Toth等模型拟合效果适中,同种模型对于N2的拟合程度好于CH4。同时对各模型的拟合参数进行了分析,BET方程不适合描述CH4、N2在该炭分子筛上的吸附,Langmuir、Toth、E-L等模型中饱和吸附量qm均随温度的升高而减小,且温度变化对于N2的饱和吸附量影响较大;E-L模型、Toth模型和Sips模型中反映吸附剂表面能量不均匀性的参数n随着温度的升高而增大,F-L模型中分形维数D的增大表明温度升高增加了炭分子筛表面不均一性。吸附热力学分析表明,该炭分子筛对于CH4、N...
【文章来源】：煤炭科学技术. 2016年09期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
炭分子筛的氮气吸附－脱附等温线
?饺攘ρХ治觯?云谖?溲刮?教崤ǖ团?度煤层气提供基础的模型数据和热力学数据。1试验原料和方法1.1试验原料试验所用气体CH4纯度为99.95%，N2纯度为99.99%。炭分子筛(CMS)为课题组自制，以脱除灰分后的太西无烟煤为炭质原料，采用炭化－活化－气相碳沉积工艺制备，采用ASAP2020型自动物理吸附仪，通过测定低温氮气吸附－脱附等温曲线(图1)，以BET法计算其比表面积，由相对压力p/p0=0.99时的吸附量计算总孔容［16］，t－plot法计算微孔孔容［17］，DFT法计算孔径分布［18］，孔径分布如图2所示。计算得炭分子筛总孔容为1.012cm3/g，微孔孔容为0.567cm3/g，平均孔径为0.855nm。图1炭分子筛的氮气吸附－脱附等温线Fig.1Adsorption－desorptionisothermsofN2onCMS图2炭分子筛的孔径分布Fig.2PoresizedistributionofCMS1.2吸附量测试吸附量测试采用3H－2000PH2型高温高压吸附仪，测试重复性误差小于±2%，通过程序设置，可自行达到试验所需的压力、温度条件，通过程序输出不同压力下的平衡吸附量数据。测试前，将样品干燥24h后对其进行预处理，预处理温度为250℃，真空度0.1mPa，脱气12h，消除已吸附气体的影响，分别测试298.15、313.15、328.15K时，0～0.3MPa条件下，CH4和N2纯组分气体在炭分子筛上的吸附量，绘制吸附等温线，如图3所示。由图3可知，在相同温度下，同种气体的吸附量随温度的升高而减小;在相同压力下，CH4的吸附量大于N2的吸附量。分析其原因，一是由于两者的分子半径的差异，CH4具有相对较高的极化率25.9×10－25cm3，而N2的极化率为17.4×10－25cm3;二是气体临界温度越低，气体越难被吸附，在3个测试条件下，N2偏
2016年第9期煤炭科学技术第44卷图3不同温度下CH4和N2在CMS上的吸附等温线Fig.3AdsorptionisothermsofCH4andN2onCMSatdifferenttemperatures2吸附等温线的拟合模型2.1模型方程简介通常可从等温线的模型拟合参数得出吸附剂的某些性质，因此应尽量采用参数有物理意义的吸附等温线模型拟合试验数据［8］。笔者采用的9种吸附模型见表1。表1中，模型6—模型9中测试温度、压力下的饱和蒸气压p0，由于在试验温度298.15、313.15、333.15K时甲烷的吸附温度已经处于临界温度之上，临界条件下的饱和蒸气压便失去了物理意义，因此采用Dubinin建立的超临界条件下虚拟饱和蒸气压的经验计算公式［25］:p0=pc(T/Tc)2(1)其中:pc为临界压力;T为试验温度;Tc为临界温度。甲烷的Pc取值为4.62MPa，Tc取值为190.6K;氮气的Pc取值为3.39MPa，Tc取值为126.1K。194
【参考文献】：
期刊论文
[1]变压吸附分离CH4/N2用沸石分子筛的研究进展[J]. 杨志远,王德超,刘娇萍. 洁净煤技术. 2015(06)
[2]页岩气超临界吸附的Dubibin-Astakhov改进模型[J]. 熊健,刘向君,梁利喜,雷梦. 石油学报. 2015(07)
[3]CH4/N2在炭分子筛上的吸附平衡与扩散模型[J]. 王鹏,石耀琦,马正飞,刘晓勤. 高校化学工程学报. 2014(03)
[4]基于沸石ZSM-5的CH4/N2/CO2二元体系吸附平衡[J]. 沈文龙,李嘉旭,杨颖,李平,于建国. 化工学报. 2014(09)
[5]甲烷在石墨烯与活性炭上的吸附平衡[J]. 王晓华,郑青榕,高帅. 集美大学学报(自然科学版). 2013(06)
[6]页岩甲烷吸附等温线拟合模型对比分析[J]. 杨峰,宁正福,孔德涛,彭攀,赵华伟. 煤炭科学技术. 2013(11)
[7]CO2/CH4/N2在沸石13X-APG上的吸附平衡[J]. 孔祥明,杨颖,沈文龙,李平,于建国. 化工学报. 2013(06)
[8]ZIF-8吸附剂上CH4/N2的吸附分离性能与热力学性质[J]. 胡江亮,孙天军,任新宇,常丽萍,王树东. 燃料化学学报. 2013(06)
[9]甲烷在活性炭上吸附平衡模型的研究[J]. 高帅,郑青榕. 燃料化学学报. 2013(03)
[10]甲烷吸附储存条件下状态方程的选用[J]. 贾铮,黎海波,于振兴,王鹏,范雪蕾. 油气储运. 2011(07)
本文编号：2924401
【文章来源】：煤炭科学技术. 2016年09期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
炭分子筛的氮气吸附－脱附等温线
?饺攘ρХ治觯?云谖?溲刮?教崤ǖ团?度煤层气提供基础的模型数据和热力学数据。1试验原料和方法1.1试验原料试验所用气体CH4纯度为99.95%，N2纯度为99.99%。炭分子筛(CMS)为课题组自制，以脱除灰分后的太西无烟煤为炭质原料，采用炭化－活化－气相碳沉积工艺制备，采用ASAP2020型自动物理吸附仪，通过测定低温氮气吸附－脱附等温曲线(图1)，以BET法计算其比表面积，由相对压力p/p0=0.99时的吸附量计算总孔容［16］，t－plot法计算微孔孔容［17］，DFT法计算孔径分布［18］，孔径分布如图2所示。计算得炭分子筛总孔容为1.012cm3/g，微孔孔容为0.567cm3/g，平均孔径为0.855nm。图1炭分子筛的氮气吸附－脱附等温线Fig.1Adsorption－desorptionisothermsofN2onCMS图2炭分子筛的孔径分布Fig.2PoresizedistributionofCMS1.2吸附量测试吸附量测试采用3H－2000PH2型高温高压吸附仪，测试重复性误差小于±2%，通过程序设置，可自行达到试验所需的压力、温度条件，通过程序输出不同压力下的平衡吸附量数据。测试前，将样品干燥24h后对其进行预处理，预处理温度为250℃，真空度0.1mPa，脱气12h，消除已吸附气体的影响，分别测试298.15、313.15、328.15K时，0～0.3MPa条件下，CH4和N2纯组分气体在炭分子筛上的吸附量，绘制吸附等温线，如图3所示。由图3可知，在相同温度下，同种气体的吸附量随温度的升高而减小;在相同压力下，CH4的吸附量大于N2的吸附量。分析其原因，一是由于两者的分子半径的差异，CH4具有相对较高的极化率25.9×10－25cm3，而N2的极化率为17.4×10－25cm3;二是气体临界温度越低，气体越难被吸附，在3个测试条件下，N2偏
2016年第9期煤炭科学技术第44卷图3不同温度下CH4和N2在CMS上的吸附等温线Fig.3AdsorptionisothermsofCH4andN2onCMSatdifferenttemperatures2吸附等温线的拟合模型2.1模型方程简介通常可从等温线的模型拟合参数得出吸附剂的某些性质，因此应尽量采用参数有物理意义的吸附等温线模型拟合试验数据［8］。笔者采用的9种吸附模型见表1。表1中，模型6—模型9中测试温度、压力下的饱和蒸气压p0，由于在试验温度298.15、313.15、333.15K时甲烷的吸附温度已经处于临界温度之上，临界条件下的饱和蒸气压便失去了物理意义，因此采用Dubinin建立的超临界条件下虚拟饱和蒸气压的经验计算公式［25］:p0=pc(T/Tc)2(1)其中:pc为临界压力;T为试验温度;Tc为临界温度。甲烷的Pc取值为4.62MPa，Tc取值为190.6K;氮气的Pc取值为3.39MPa，Tc取值为126.1K。194
【参考文献】：
期刊论文
[1]变压吸附分离CH4/N2用沸石分子筛的研究进展[J]. 杨志远,王德超,刘娇萍. 洁净煤技术. 2015(06)
[2]页岩气超临界吸附的Dubibin-Astakhov改进模型[J]. 熊健,刘向君,梁利喜,雷梦. 石油学报. 2015(07)
[3]CH4/N2在炭分子筛上的吸附平衡与扩散模型[J]. 王鹏,石耀琦,马正飞,刘晓勤. 高校化学工程学报. 2014(03)
[4]基于沸石ZSM-5的CH4/N2/CO2二元体系吸附平衡[J]. 沈文龙,李嘉旭,杨颖,李平,于建国. 化工学报. 2014(09)
[5]甲烷在石墨烯与活性炭上的吸附平衡[J]. 王晓华,郑青榕,高帅. 集美大学学报(自然科学版). 2013(06)
[6]页岩甲烷吸附等温线拟合模型对比分析[J]. 杨峰,宁正福,孔德涛,彭攀,赵华伟. 煤炭科学技术. 2013(11)
[7]CO2/CH4/N2在沸石13X-APG上的吸附平衡[J]. 孔祥明,杨颖,沈文龙,李平,于建国. 化工学报. 2013(06)
[8]ZIF-8吸附剂上CH4/N2的吸附分离性能与热力学性质[J]. 胡江亮,孙天军,任新宇,常丽萍,王树东. 燃料化学学报. 2013(06)
[9]甲烷在活性炭上吸附平衡模型的研究[J]. 高帅,郑青榕. 燃料化学学报. 2013(03)
[10]甲烷吸附储存条件下状态方程的选用[J]. 贾铮,黎海波,于振兴,王鹏,范雪蕾. 油气储运. 2011(07)
本文编号：2924401
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