活性炭材料对低浓度瓦斯的变压吸附性能研究
发布时间：2022-02-11 12:32
煤层气（瓦斯）是一种具有极大经济价值的清洁能源,我国煤层气地质资源量排名世界前三,具有现实可开发价值的煤层气地质资源量达到4万亿立方米。但是瓦斯在抽采过程中会混入大量空气,从而变为大量难以直接利用的低浓度瓦斯。这些低浓度瓦斯必须要经过分离和提纯后才能达到运输和使用要求。低浓度瓦斯中含有大量的氮气,氮气性质与甲烷性质相近,因此,低浓度瓦斯的脱氮技术是制约其规模化利用的关键因素。变压吸附技术由于装置可靠性高、操作灵活、能耗小、经济成本低等优点,在煤层甲烷分离浓缩方面具有很好的可行性。本论文以活性炭（AC）作为主要研究对象,通过实验研究了活性炭吸附剂对CH4/N2的穿透特性和选择吸附性能,并考察了其对于低浓度瓦斯混合气的模拟单柱变压吸附性能,在此基础上提出了不同浓度瓦斯的最佳分离提纯条件,并筛选出适合工业化的活性炭吸附剂。选取一系列具有不同碘值的煤基活性炭,对其进行结构表征和穿透性能测试。结果表明:AC-1000的微观结构较好,比表面积可达1234 m2/g,其具有最丰富的孔隙,且表面光滑。同时,结合比表面积、平均孔径、总孔容...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变压吸附法的工作流程
1绪论71.3.2.2表面氧化改性表面氧化改性指活性炭材料在特定条件下被氧化剂氧化从而增加其表面含氧酸性官能团的数量[46]和表面孔的数量从而提高其吸附选择性能。一般的改性方法通常是将活性炭材料浸泡在特定浓度的强酸溶液中从而完成活性炭材料的炭化1.3.2.3负载金属改性负载金属改性在特定温度条件下将金属离子还原至低阶金属离子或者单质[47]。该方法可以丰富活性炭表面的官能团数量，从而增强负载金属改性活性炭对大部分物质的吸附性能。1.3.3活性炭的应用在当今人类的生活中，活性炭的应用非常广泛而普及。在国防军事、环境保护、电力电子、能源化工、食品卫生与安全、航空航天等绝大部分轻重工业领域都有活性炭应用的示例。目前，活性炭的应用方向主要包括气体分离提纯、空气分离富氧、氢气/甲烷的储存、净化室内空气以及吸附净化有机废气等。因此，活性炭的应用具有十分广阔的前景和市场[48]。1.4主要吸附理论（MajorAdsorptionTheory）吸附等温线（Adsorptionisotherm），是指在一定的温度条件下，吸附质分子在两相界面上进行吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。对于吸附剂而言，吸附线等温线可以大致评价其吸附能力的强弱。图1-2为吸附等温线的类型，左图为Ⅰ型等温线，吸附曲线表现为Ⅰ型等温线的吸附剂含有大量的微孔；右图为Ⅳ型等温线，吸附曲线对应该类型等温线的吸附剂则含有一定数量的介孔，当压力升高时，若有拖尾现象发生，则说明吸附剂材料还含有一定数量的大孔[49]。图1-2吸附等温线的分类Figure1-2Classificationofadsorptionisothermalline吸附模型是通过对实验数据进行数学拟合得到一系列相关吸附选择参数来
研究路线
【参考文献】：
期刊论文
[1]活性炭纤维在吸附领域的研究进展[J]. 王静松. 化工管理. 2020(13)
[2]超级电容器用葛根基活性炭的制备及性能研究[J]. 黄兴兰,廖小东,王瑨,李愿杰. 电源技术. 2020(01)
[3]活性炭吸附再生工艺的实际应用[J]. 傅小强. 节能与环保. 2019(12)
[4]植物基活性炭的制备及吸附应用研究进展[J]. 申朋飞,朱颖颖,李信宝,夏振国,陈耿. 化工进展. 2019(08)
[5]能源革命背景下中国煤层气产业发展风险因素及策略研究[J]. 张永胜,牛冲槐. 科学管理研究. 2019(02)
[6]变压吸附法提纯煤层气中甲烷研究进展[J]. 张进华,曲思建,王鹏,李雪飞,李兰廷,车永芳,李小亮. 洁净煤技术. 2019(06)
[7]海藻基微孔碳材料的储甲烷性能[J]. 王昀,贲腾. 高等学校化学学报. 2018(10)
[8]不同种类酸改性椰壳活性炭吸附分离CO2和CH4[J]. 宋雪,倪诸希,王里奥,詹欣源,曾韵敏,李一夫. 环境科学与技术. 2018(07)
[9]中国煤层气开采现状分析[J]. 冯云飞,李哲远. 能源与节能. 2018(05)
[10]硝酸和硝酸铈铵协同氧化改性木质活性碳纤维[J]. 高伟,赵广杰. 材料导报. 2018(09)
博士论文
[1]中国区域人为源甲烷排放清单构建与特征分析[D]. 杜鸣溪.西北农林科技大学 2018
[2]煤矿乏风瓦斯变压吸附分离吸附剂的研究[D]. 马东祝.北京工业大学 2013
[3]吸附法浓缩煤层气甲烷研究[D]. 刘聪敏.天津大学 2010
[4]二氧化碳与氮气或甲烷混合物的吸附分离[D]. 薛全民.天津大学 2009
[5]煤层甲烷变压吸附浓缩的研究[D]. 杨明莉.重庆大学 2004
硕士论文
[1]花状纳米磷酸钛对铀（Ⅵ）、钍（Ⅳ）、铕（Ⅲ）和铯（Ⅰ）吸附性能研究[D]. 肖哲.东华理工大学 2019
[2]变压吸附空分用椰壳基炭分子筛的制备与评价[D]. 王禹.大连理工大学 2019
[3]MOFs复合材料和ZIFs材料的CH4/N2选择吸附性能研究[D]. 丁威.中国矿业大学 2019
[4]活性炭对轻烃类VOCs吸附行为研究[D]. 张晓露.华东理工大学 2018
[5]吸附穿透柱曲线的模拟和拟合[D]. 罗梦婷.浙江师范大学 2018
[6]沸石/活性炭复合材料的阳离子交换对甲烷/氮气吸附分离性能的影响[D]. 杨程.太原理工大学 2017
[7]磁性污泥—花生壳基复合活性炭的制备及其吸附性能研究[D]. 张玉磊.西南交通大学 2017
[8]双回流真空变压吸附分离CO2/N2实验和模拟研究[D]. 李冬冬.天津大学 2017
[9]粉煤灰合成A型沸石及其对CO2和CH4吸附的研究[D]. 马旭.重庆大学 2017
[10]煤基炭分子筛的制备及其变压吸附分离CH4/N2研究[D]. 王德超.西安科技大学 2016
本文编号：3620287
【文章来源】：中国矿业大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变压吸附法的工作流程
1绪论71.3.2.2表面氧化改性表面氧化改性指活性炭材料在特定条件下被氧化剂氧化从而增加其表面含氧酸性官能团的数量[46]和表面孔的数量从而提高其吸附选择性能。一般的改性方法通常是将活性炭材料浸泡在特定浓度的强酸溶液中从而完成活性炭材料的炭化1.3.2.3负载金属改性负载金属改性在特定温度条件下将金属离子还原至低阶金属离子或者单质[47]。该方法可以丰富活性炭表面的官能团数量，从而增强负载金属改性活性炭对大部分物质的吸附性能。1.3.3活性炭的应用在当今人类的生活中，活性炭的应用非常广泛而普及。在国防军事、环境保护、电力电子、能源化工、食品卫生与安全、航空航天等绝大部分轻重工业领域都有活性炭应用的示例。目前，活性炭的应用方向主要包括气体分离提纯、空气分离富氧、氢气/甲烷的储存、净化室内空气以及吸附净化有机废气等。因此，活性炭的应用具有十分广阔的前景和市场[48]。1.4主要吸附理论（MajorAdsorptionTheory）吸附等温线（Adsorptionisotherm），是指在一定的温度条件下，吸附质分子在两相界面上进行吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。对于吸附剂而言，吸附线等温线可以大致评价其吸附能力的强弱。图1-2为吸附等温线的类型，左图为Ⅰ型等温线，吸附曲线表现为Ⅰ型等温线的吸附剂含有大量的微孔；右图为Ⅳ型等温线，吸附曲线对应该类型等温线的吸附剂则含有一定数量的介孔，当压力升高时，若有拖尾现象发生，则说明吸附剂材料还含有一定数量的大孔[49]。图1-2吸附等温线的分类Figure1-2Classificationofadsorptionisothermalline吸附模型是通过对实验数据进行数学拟合得到一系列相关吸附选择参数来
研究路线
【参考文献】：
期刊论文
[1]活性炭纤维在吸附领域的研究进展[J]. 王静松. 化工管理. 2020(13)
[2]超级电容器用葛根基活性炭的制备及性能研究[J]. 黄兴兰,廖小东,王瑨,李愿杰. 电源技术. 2020(01)
[3]活性炭吸附再生工艺的实际应用[J]. 傅小强. 节能与环保. 2019(12)
[4]植物基活性炭的制备及吸附应用研究进展[J]. 申朋飞,朱颖颖,李信宝,夏振国,陈耿. 化工进展. 2019(08)
[5]能源革命背景下中国煤层气产业发展风险因素及策略研究[J]. 张永胜,牛冲槐. 科学管理研究. 2019(02)
[6]变压吸附法提纯煤层气中甲烷研究进展[J]. 张进华,曲思建,王鹏,李雪飞,李兰廷,车永芳,李小亮. 洁净煤技术. 2019(06)
[7]海藻基微孔碳材料的储甲烷性能[J]. 王昀,贲腾. 高等学校化学学报. 2018(10)
[8]不同种类酸改性椰壳活性炭吸附分离CO2和CH4[J]. 宋雪,倪诸希,王里奥,詹欣源,曾韵敏,李一夫. 环境科学与技术. 2018(07)
[9]中国煤层气开采现状分析[J]. 冯云飞,李哲远. 能源与节能. 2018(05)
[10]硝酸和硝酸铈铵协同氧化改性木质活性碳纤维[J]. 高伟,赵广杰. 材料导报. 2018(09)
博士论文
[1]中国区域人为源甲烷排放清单构建与特征分析[D]. 杜鸣溪.西北农林科技大学 2018
[2]煤矿乏风瓦斯变压吸附分离吸附剂的研究[D]. 马东祝.北京工业大学 2013
[3]吸附法浓缩煤层气甲烷研究[D]. 刘聪敏.天津大学 2010
[4]二氧化碳与氮气或甲烷混合物的吸附分离[D]. 薛全民.天津大学 2009
[5]煤层甲烷变压吸附浓缩的研究[D]. 杨明莉.重庆大学 2004
硕士论文
[1]花状纳米磷酸钛对铀（Ⅵ）、钍（Ⅳ）、铕（Ⅲ）和铯（Ⅰ）吸附性能研究[D]. 肖哲.东华理工大学 2019
[2]变压吸附空分用椰壳基炭分子筛的制备与评价[D]. 王禹.大连理工大学 2019
[3]MOFs复合材料和ZIFs材料的CH4/N2选择吸附性能研究[D]. 丁威.中国矿业大学 2019
[4]活性炭对轻烃类VOCs吸附行为研究[D]. 张晓露.华东理工大学 2018
[5]吸附穿透柱曲线的模拟和拟合[D]. 罗梦婷.浙江师范大学 2018
[6]沸石/活性炭复合材料的阳离子交换对甲烷/氮气吸附分离性能的影响[D]. 杨程.太原理工大学 2017
[7]磁性污泥—花生壳基复合活性炭的制备及其吸附性能研究[D]. 张玉磊.西南交通大学 2017
[8]双回流真空变压吸附分离CO2/N2实验和模拟研究[D]. 李冬冬.天津大学 2017
[9]粉煤灰合成A型沸石及其对CO2和CH4吸附的研究[D]. 马旭.重庆大学 2017
[10]煤基炭分子筛的制备及其变压吸附分离CH4/N2研究[D]. 王德超.西安科技大学 2016
本文编号：3620287
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