X沸石/活性炭复合材料在煤层气中CH 4 /N 2 分离的应用研究
发布时间：2021-09-16 19:22
煤层气（俗称瓦斯,CMB）是储存于煤层中的一种非常规天然气,也是一种新型高效的洁净能源,其主要成分为N2和少量CO2,大量抽空排放不仅浪费资源而且还会造成严重的温室效应,因此合理开发利用煤层气意义重大。我国煤层气储量约37万亿立方米居世界第三,若能大量开采利用将缓解我国燃气短缺的局面。由于CH4和N2不易分离,成为阻碍煤层气有效开发利用的难点。变压吸附分离技术（PSA）作为煤层气开采利用最合适的技术,其核心就是需要一种吸附分离比较高的吸附剂。本文主要研究新型吸附剂X沸石/活性炭复合材料（X/AC）在CH4/N2分离中的应用,通过碳沉积和表面改性对复合材料进行修饰以期实现高效分离CH4和N2。本文的主要研究内容和实验结论如下：1.以活化后的样品活性炭（AC）作为碳基质,采用CH4在1123-1173K进行气相碳沉积对AC进行孔径调节,然后再通过凝胶、老化和晶化等步骤制备出X/AC复合材料。借助XRD、气体吸附仪等表征手段,发现1173K下沉积2h时X/AC的孔径分布集中在0.45-0.55nm范围内,在100KPa和298K条件下对CH4/N2的平衡分离比达到3.1。2.利用葡萄糖分子（...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 选题背景
1.2 煤层气简介
1.2.1 煤层气开发利用的意义
1.2.2 煤层气的应用
1.2.3 煤层气的利用现状
1.3 煤层气分离提纯技术
1.3.1 低温精馏法
1.3.2 水合物法
1.3.3 膜分离法
1.3.4 变压吸附分离法
1.4 PSA吸附剂
1.4.1 活性炭
1.4.2 碳分子筛
1.4.3 沸石分子筛
1.4.5 ETS-4
1.4.6 沸石/活性炭复合材料的研究现状
1.5 论文选题目的及意义
第二章 实验部分
2.1 实验原料与试剂
2.1.1 原料
2.1.2 主要试剂
2.2 X沸石/活性炭复合材料的制备方法
2.3 CH_4高温气相沉积调孔
2.4 用葡萄糖溶液和蔗糖溶液进行液相碳沉积调孔
2.5 离子交换
2.6 样品表征
2.6.1 X射线衍射分析(XRD)
2.6.2 比表面积与孔体积表征
2.6.3 扫描电镜(SEM)
2.6.4 CH_4和N_2吸附量的测定
2.6.5 CO_2-TPD表征分析
2.6.6 红外光谱(IR)表征分析
2.6.7 Boehm滴定表征分析
2.7 吸附
2.7.1 吸附类型
2.7.2 吸附等温线
2.8 等温吸附模型
2.8.1 Langmiur吸附模型
2.8.2 Freundlich吸附模型
第三章 甲烷高温气相沉积调孔
3.1 考察沉积时间
3.1.1 X射线衍射(XRD)
3.1.2 孔结构表征
3.1.3 CH_4和N_2在吸附性能表征
3.2 考察沉积温度
3.2.1 X射线衍射(XRD)
3.2.2 CH_4和N_2吸附性能表征
3.2.3 孔结构参数表征
3.3 小结
第四章 液相沉积
4.1 葡萄糖碳沉积
4.1.1 浓度的影响
4.1.3 沉积次数的影响
4.2 低浓度葡萄糖溶液不同浸渍次数的影响
4.2.1 X射线衍射(XRD)
4.2.2 孔结构表征
4.2.3 CH_4和N_2吸附性能表征
4.2.4 扫描电镜(SEM)
4.2.5 红外光谱(IR)测定
4.2.6 CO_2-TPD的测定
4.3 蔗糖碳浸渍作用
4.3.1 浸渍浓度的影响
4.3.2 浸渍次数的影响
4.4 小结
第五章 离子交换对复合材料气体吸附性能的影响
5.1 考察H-X对复合材料吸附性能的影响
5.1.1 X射线衍射(XRD)
5.1.2 孔结构表征
5.1.3 CH_4和N_2吸附性能表征
5.1.4 CO_2-TPD及Boehm滴定法
5.1.5 高压下气体吸附性能表征
5.1.6 不同压力下吸附动力学表征
5.2 不同阳离子溶液交换的影响
5.2.1 X射线衍射(XRD)
5.2.2 孔结构表征
5.2.3 CH_4和N_2吸附性能表征
5.5 小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间发表相关论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]低浓瓦斯浓缩用碳分子筛的制备研究[J]. 赵海华,李广学,任少阳,彭飞,马钊,董安周,段艳文. 广东化工. 2014(20)
[2]2001—2013年我国煤矿瓦斯爆炸事故基本特征与发生规律探讨[J]. 刘建胜,王晓蕾. 中州煤炭. 2014(09)
[3]炭分子筛的结构和表面性质对其吸附分离CH4/N2和CO2/N2的影响[J]. 张薄,辜敏,鲜学福. 功能材料. 2012(20)
[4]中国常规与非常规天然气资源潜力及发展前景[J]. 李建忠,郑民,张国生,杨涛,王社教,董大忠,吴晓智,瞿辉,陈晓明. 石油学报. 2012(S1)
[5]水合物法快速脱除天然气中二氧化碳[J]. 聂江华,樊栓狮,郎雪梅,王燕鸿. 现代化工. 2011(S2)
[6]甲烷沉积法对甲烷/氮气分离炭分子筛性能的研究[J]. 张香兰,周玮,张英,张祥,张雷杰,石好亮. 化学工业与工程. 2011(05)
[7]粘结剂对颗粒活性炭PSA分离CH4/N2性能的影响[J]. 刘立恒,辜敏,鲜学福,喻江涛. 材料研究学报. 2011(03)
[8]煤基碳分子筛的制备及CH4/N2分离性能研究[J]. 张进华,车永芳,李兰廷,梁大明,段超,何正刚. 洁净煤技术. 2011(02)
[9]对用于活性炭表面含氧官能团分析的Boehm滴定法的几点讨论[J]. 毛磊,童仕唐,王宇. 炭素技术. 2011(02)
[10]煤层气回收及CH4/N2分离PSA材料的研究进展[J]. 杨江峰,赵强,于秋红,董晋湘,李晋平. 化工进展. 2011(04)
博士论文
[1]煤层气提浓耦合工艺及优化[D]. 张高博.华南理工大学 2013
[2]全球天然气供需格局研究[D]. 李秀慧.中国地质大学（北京） 2013
[3]吸附法浓缩煤层气甲烷研究[D]. 刘聪敏.天津大学 2010
[4]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]沸石X（LSX）活性炭复合材料的制备及其气体吸附性能研究[D]. 司呈明.太原理工大学 2011
[2]由煤矸石和沥青为原料制备FAU沸石/活性炭复合材料[D]. 谭建冬.太原理工大学 2010
[3]煤矸石制备活性炭—沸石型体复合材料及其性能研究[D]. 杜雄伟.太原理工大学 2008
本文编号：3397153
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 选题背景
1.2 煤层气简介
1.2.1 煤层气开发利用的意义
1.2.2 煤层气的应用
1.2.3 煤层气的利用现状
1.3 煤层气分离提纯技术
1.3.1 低温精馏法
1.3.2 水合物法
1.3.3 膜分离法
1.3.4 变压吸附分离法
1.4 PSA吸附剂
1.4.1 活性炭
1.4.2 碳分子筛
1.4.3 沸石分子筛
1.4.5 ETS-4
1.4.6 沸石/活性炭复合材料的研究现状
1.5 论文选题目的及意义
第二章 实验部分
2.1 实验原料与试剂
2.1.1 原料
2.1.2 主要试剂
2.2 X沸石/活性炭复合材料的制备方法
2.3 CH_4高温气相沉积调孔
2.4 用葡萄糖溶液和蔗糖溶液进行液相碳沉积调孔
2.5 离子交换
2.6 样品表征
2.6.1 X射线衍射分析(XRD)
2.6.2 比表面积与孔体积表征
2.6.3 扫描电镜(SEM)
2.6.4 CH_4和N_2吸附量的测定
2.6.5 CO_2-TPD表征分析
2.6.6 红外光谱(IR)表征分析
2.6.7 Boehm滴定表征分析
2.7 吸附
2.7.1 吸附类型
2.7.2 吸附等温线
2.8 等温吸附模型
2.8.1 Langmiur吸附模型
2.8.2 Freundlich吸附模型
第三章 甲烷高温气相沉积调孔
3.1 考察沉积时间
3.1.1 X射线衍射(XRD)
3.1.2 孔结构表征
3.1.3 CH_4和N_2在吸附性能表征
3.2 考察沉积温度
3.2.1 X射线衍射(XRD)
3.2.2 CH_4和N_2吸附性能表征
3.2.3 孔结构参数表征
3.3 小结
第四章 液相沉积
4.1 葡萄糖碳沉积
4.1.1 浓度的影响
4.1.3 沉积次数的影响
4.2 低浓度葡萄糖溶液不同浸渍次数的影响
4.2.1 X射线衍射(XRD)
4.2.2 孔结构表征
4.2.3 CH_4和N_2吸附性能表征
4.2.4 扫描电镜(SEM)
4.2.5 红外光谱(IR)测定
4.2.6 CO_2-TPD的测定
4.3 蔗糖碳浸渍作用
4.3.1 浸渍浓度的影响
4.3.2 浸渍次数的影响
4.4 小结
第五章 离子交换对复合材料气体吸附性能的影响
5.1 考察H-X对复合材料吸附性能的影响
5.1.1 X射线衍射(XRD)
5.1.2 孔结构表征
5.1.3 CH_4和N_2吸附性能表征
5.1.4 CO_2-TPD及Boehm滴定法
5.1.5 高压下气体吸附性能表征
5.1.6 不同压力下吸附动力学表征
5.2 不同阳离子溶液交换的影响
5.2.1 X射线衍射(XRD)
5.2.2 孔结构表征
5.2.3 CH_4和N_2吸附性能表征
5.5 小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间发表相关论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]低浓瓦斯浓缩用碳分子筛的制备研究[J]. 赵海华,李广学,任少阳,彭飞,马钊,董安周,段艳文. 广东化工. 2014(20)
[2]2001—2013年我国煤矿瓦斯爆炸事故基本特征与发生规律探讨[J]. 刘建胜,王晓蕾. 中州煤炭. 2014(09)
[3]炭分子筛的结构和表面性质对其吸附分离CH4/N2和CO2/N2的影响[J]. 张薄,辜敏,鲜学福. 功能材料. 2012(20)
[4]中国常规与非常规天然气资源潜力及发展前景[J]. 李建忠,郑民,张国生,杨涛,王社教,董大忠,吴晓智,瞿辉,陈晓明. 石油学报. 2012(S1)
[5]水合物法快速脱除天然气中二氧化碳[J]. 聂江华,樊栓狮,郎雪梅,王燕鸿. 现代化工. 2011(S2)
[6]甲烷沉积法对甲烷/氮气分离炭分子筛性能的研究[J]. 张香兰,周玮,张英,张祥,张雷杰,石好亮. 化学工业与工程. 2011(05)
[7]粘结剂对颗粒活性炭PSA分离CH4/N2性能的影响[J]. 刘立恒,辜敏,鲜学福,喻江涛. 材料研究学报. 2011(03)
[8]煤基碳分子筛的制备及CH4/N2分离性能研究[J]. 张进华,车永芳,李兰廷,梁大明,段超,何正刚. 洁净煤技术. 2011(02)
[9]对用于活性炭表面含氧官能团分析的Boehm滴定法的几点讨论[J]. 毛磊,童仕唐,王宇. 炭素技术. 2011(02)
[10]煤层气回收及CH4/N2分离PSA材料的研究进展[J]. 杨江峰,赵强,于秋红,董晋湘,李晋平. 化工进展. 2011(04)
博士论文
[1]煤层气提浓耦合工艺及优化[D]. 张高博.华南理工大学 2013
[2]全球天然气供需格局研究[D]. 李秀慧.中国地质大学（北京） 2013
[3]吸附法浓缩煤层气甲烷研究[D]. 刘聪敏.天津大学 2010
[4]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]沸石X（LSX）活性炭复合材料的制备及其气体吸附性能研究[D]. 司呈明.太原理工大学 2011
[2]由煤矸石和沥青为原料制备FAU沸石/活性炭复合材料[D]. 谭建冬.太原理工大学 2010
[3]煤矸石制备活性炭—沸石型体复合材料及其性能研究[D]. 杜雄伟.太原理工大学 2008
本文编号：3397153
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3397153.html
最近更新
教材专著
