改性煤变压吸附浓缩煤层气中甲烷的研究

发布时间：2017-03-17 10:06

  本文关键词：改性煤变压吸附浓缩煤层气中甲烷的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文采用ASAP2010 比表面积、孔径测试仪测定了松藻无烟煤和中梁山焦煤孔隙结构特征与煤样粒度的关系;采用酸碱化学改性和有机亲烃物理改性分别对中梁山煤样和松藻煤样分别进行了改性,并对改性前后的煤样进行了表面吸附性能表征;采用实验室研制的双柱自控变压吸附实验系统分别以中梁山改性前后煤样、松藻改性煤和活性炭为吸附剂进行了变压吸附浓缩低浓度煤层气中甲烷的实验;根据表征数据及实验室条件建立了以BET 方程为等温吸附模型的等温非线性柱动力学穿透曲线模型,采用目前流行的数学软件MATLAB7.0 通过有限差分法对其进行了求解。 煤孔隙结构等表面参数与粒径的关系研究发现,两种煤样的孔隙体积、极限容积及BET 表面积都随着粒径的减小而递增;其比表面积分布及孔隙体积分布也随着粒径的改变发生了不同程度的改变。通过求取各个粒径煤样的分形维数,得到了粒径与分形维数的关系,结果表明煤样分形维数与其粒径的关系不大。 采用十二烷基硫酸钠、盐酸和氢氧化钠分别对粒径大于40 目的松藻煤样和中梁山煤样进行了有机亲烃改性和酸碱改性。中梁山煤样采用酸碱化学改性后,使得其平均孔径变大,除去了酸溶物和碱溶物,增加了对甲烷和氮气的吸附能力,尤其是对甲烷的吸附量的显著增加。松藻煤样通过十二烷基硫酸钠亲烃改性后,增加了煤样表面的非极性,减少了其表面的酸性官能团,使其大孔的分布比例减小,但是极限孔容增加,也不同程度的增加了对甲烷及氮气的吸附能力。 采用ASAP2010 比表面积、孔径测试仪测定了甲烷在低温下的吸附等温曲线。煤样在改性以后,特别是经酸碱改性后的煤样,对甲烷的吸附量增加非常显著,这主要是因为酸碱化学改性使其孔隙结构和表面官能团数量发生了变化,而这种变化是有利于甲烷吸附的。 使用中梁山改性前后煤样、松藻改性煤和活性炭为吸附剂通过变压吸附浓缩分离方法对模拟煤层气进行了分离。结果表明:对于低浓度的煤层气而言,通过酸碱改性后的中梁山煤样经一次循环后可使混合气中甲烷的浓度从21.60%到53.04%;而通过十二烷基硫酸钠亲烃改性后的松藻煤样也能使混合气中甲烷的浓度从19.96%提高到37.32%;采用活性炭进行变压吸附,使得模拟煤层气中甲烷的浓度从30.75%增加到了59.52%。中梁山改性煤样和活性炭的净化率分别为145.56%和93.56%。这说明中梁山酸碱改性煤样在提纯低浓度煤层气实验中优于活性炭。 通过进行对中梁山改性煤样在不同流速下的穿透实验,得到了该煤样的吸附柱
【关键词】：煤 变压吸附 甲烷 表面分形 表面改性 穿透曲线 柱动力学模型
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TD845
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-10
• 1 总论10-18
• 1.1 研究目的和意义10
• 1.2 煤层气的开发和利用现状10-11
• 1.2.1 煤层气净化提纯技术10-11
• 1.2.2 变压吸附技术的利用现状11
• 1.3 吸附剂及其研究方法11-18
• 1.3.1 吸附剂的分类12-13
• 1.3.2 吸附剂的研究方法13-14
• 1.3.3 煤吸附煤层气的研究现状14-15
• 1.3.4 煤吸附煤层气的机理15
• 1.3.5 吸附理论的研究现状15-18
• 2 煤孔隙结构特征的研究18-32
• 2.1 概述18-19
• 2.2 孔隙结构特征的测试方法19-20
• 2.2.1 煤样采集及处理19
• 2.2.2 实验仪器及实验条件19
• 2.2.3 实验步骤19-20
• 2.3 煤样的孔容和孔径分布20-26
• 2.3.1 吸附等温线20-22
• 2.3.2 煤孔隙分类22-24
• 2.3.3 煤样的孔容分布24-25
• 2.3.4 煤样的比表面积分布25-26
• 2.4 煤孔隙的分形特征研究26-32
• 2.4.1 煤分形维数的确定28-29
• 2.4.2 煤样粒径对分形维数的影响29-32
• 3 煤样改性及其表面吸附性能表征32-41
• 3.1 概述32-33
• 3.2 多孔物质表面改性方法及其特点33-35
• 3.3 煤样改性试验35-39
• 3.3.1 改性煤样的制备35
• 3.3.2 改性煤样的吸附性能表征35-39
• 3.4 煤样改性前后的分形维数39-41
• 4 模拟的煤层气吸附过程的柱动力学研究41-48
• 4.1 概述41-42
• 4.2 穿透曲线的测定42-43
• 4.2.1 实验装置42
• 4.2.2 穿透曲线的试验方法42-43
• 4.3 实验数据及分析43
• 4.4 模拟煤层气穿透的数学模型43-46
• 4.4.1 吸附柱动力学模型基本假设43-45
• 4.4.2 模型求解45-46
• 4.5 模拟分析46-48
• 4.5.1 空塔流速对吸附的影响46-47
• 4.5.2 N_2 做稀释气时CH_4 的穿透曲线计算及讨论47-48
• 5 模拟煤层气的变压吸附试验48-54
• 5.1 变压吸附原理48-49
• 5.2 实验设备与实验方法49-50
• 5.2.1 实验设备49
• 5.2.2 试验方法49-50
• 5.2.3 工艺流程及工艺条件50
• 5.3 数据处理50-51
• 5.4 结果与讨论51-54
• 5.4.1 模拟煤层气的提纯净化效果51
• 5.4.2 PSA 装置上吸附剂性能的比较51-54
• 6 结论及建议54-56
• 6.1 主要结论54
• 6.2 建议54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文60-61
• 独创性声明61
• 学位论文版权使用授权书61

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王长元;王正辉;陈孝通;;低浓度煤层气变压吸附浓缩技术研究现状[J];矿业安全与环保;2008年06期

2 徐龙君;鲜学福;杨明莉;;煤矿区煤层气浓缩净化方面的基础研究[J];中国煤层气;2005年04期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 刘立恒;褐煤基颗粒活性炭的绿色制备及其变压吸附分离CH_4/N_2的性能研究[D];重庆大学;2011年

2 范庆虎;含氮氧煤层气液化装置中关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

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中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 邹德均;正丙醇脱高硫高灰煤中有机硫的研究[D];重庆大学;2006年

2 雷利春;煤矿乏风中低浓度甲烷的变压吸附提纯[D];大连理工大学;2010年

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本文编号：252716