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碳分子筛对CH 4 /N 2 混合气的变压吸附分离试验

发布时间:2021-03-24 07:10
  为了评价碳分子筛的吸附分离性能,在四塔变压吸附装置上进行了CH4/N2混合气浓缩分离试验,研究了BM1404碳分子筛对不同浓度的CH4/N2混合气的提浓效果,以及不同吸附时间、成品气排气流量对CH4浓度、回收率和原料气处理量的影响。结果表明:吸附时间为150 s,成品气排气流量为4.20 m L/min时,分离效果最佳,可以将煤层气中的CH4含量从35%提浓到68.10%,回收率达到67.30%;BM1404碳分子筛是一种适于CH4/N2混合气变压吸附分离的吸附剂,可以将体积分数18%甲烷直接提浓到45.25%,将体积分数35%甲烷平均提浓到68.10%,将体积分数71%甲烷平均提浓到86.80%,对低中高浓度煤层气均有较佳的浓缩分离效果。 

【文章来源】:煤炭科学技术. 2015,43(02)北大核心

【文章页数】:4 页

【部分图文】:

碳分子筛对CH 4 /N 2 混合气的变压吸附分离试验


变压吸附试验装置

吸附时间,分离性能,碳分子筛


挤肿由甘怯τ糜诿翰闫?蠧H4/N2分离的专用功能型吸附剂,其原理是基于分子筛特殊的孔隙结构,CH4、N2两种气体在分子筛上扩散速率的不同而实现分离,N2扩散速率较慢,大部分被分子筛吸附,CH4扩散速率较快,优先于N2穿过吸附床层,到达吸附塔顶排出,从而实现CH4浓度的提升。2.2吸附时间对分离效果的影响为准确表征不同吸附时间对样品吸附分离性能的影响,将吸附压力控制在0.6MPa,塔顶产品气流量控制在2.50L/min,混合气体为35%CH4/65%N2,不同吸附时间下样品吸附分离性能如图2所示。图2不同吸附时间对CH4/N2分离性能的影响从图2可以看出,随着吸附时间的延长,成品气浓度呈先增加后减小的趋势,废气浓度呈现先逐步降低后增加的趋势。成品气浓度和废气浓度差值越大,表明样品的分离效果越好,更易实现气体的分离。在吸附时间为150s时,吸附分离性能最佳,此时成品气体积分数最大达到68.17%,废气体积分数最低达到14.01%。出现这种趋势的原因可能与碳分子筛对N2的吸附容量有关,当吸附时间小于150s时,吸附柱内的碳分子筛对N2的吸附容量未达到饱和,仍具有较强的吸附能力,因而随着时间的延长,碳分子筛对N2的吸附量逐步增加,体现为塔顶成品气中CH4浓度逐步增加,废气中CH4浓度逐步降低,在150s时,碳分子筛的吸附容量达到或接近平衡吸附容量,因而成品气CH4浓度达到最大,随后,继续延长吸附时间,碳分子筛吸附床层被穿透,因而CH4浓度降低。从成品气浓度和废气浓度能够判断产品的分离性能,但判断是否具有经济性,回收率和处理量是不可忽视的考核指标。图2表明,随着吸附时间的延长,回收率呈先增加后减小的趋势,在150s时,达到最大为72.4

排气流量,分离性能,成品


2015年第2期煤炭科学技术第43卷综合分析各个指标,可知混合气体为35%CH4/65%N2时,吸附压力控制在0.6MPa,吸附时间控制在150s,样品的吸附分离性能最佳,具有较高的吸附分离性能和经济性。2.3成品气排气流量对分离效果的影响根据图2的试验条件,单独改变成品气排气流量,得到样品的吸附分离性能指标,如图3所示。图3不同成品气排气流量对CH4/N2分离性能的影响从图3可看出,随成品气排气流量的增加,成品气浓度逐渐降低,废气浓度逐渐升高,排气流量的增加不利于塔顶甲烷浓度的提高,分离效果变差。这可能是由于成品气排气流量的增加,导致吸附塔内气体线速度增加,混合气体中N2来不及被吸附,就随混合气体从塔顶排出,导致塔顶CH4浓度逐渐降低,由于吸附床内N2的吸附量降低,导致解吸排出的废气中CH4浓度逐步升高。图3亦表明,回收率和处理量均随成品气排气流量的增加逐步提高,说明排气流量增加,有利于提高变压吸附工艺的经济性。但成品气浓度过低,将不符合工艺要求,所以应在保证成品气浓度的情况下,适当增加成品气排气流量。综上分析,当成品气排气流量在4.20L/min时,分离性能指标总体最优。2.4不同浓度煤层气浓缩分离效果为了分析分子筛样品的吸附分离性能,在上述最优吸附时间和成品气排气流量下,针对不同浓度的CH4/N2混合气进行了变压吸附评价试验,以获得碳分子筛样品对不同浓度混合气的分离提纯能力。1)在甲烷体积分数为18%,吸附时间为150s、成品气排气流量为4.20L/min时,变压吸附装置稳定运行2h,待各个检测口气体浓度稳定后,观察成品气和废气浓度的变化情况,如图4a所示。可以看出,样品可以将体积分数18%甲烷直接提浓到平均45.25%,废气浓度比较稳定,平均在

【参考文献】:
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本文编号:3097303

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