含氧煤層氣VPSA脫氧及CMS制備研究.pdf

1、本文主要包括兩方面內(nèi)容，一是采用真空變壓吸附(VPSA)的方法安全有效的脫除含氧煤層氣中的氧氣;二是初步研究適用于含氧煤層氣脫氧的炭分子篩(CMS)的制備方法。
　　本文對(duì)五種商業(yè)炭分子篩進(jìn)行XRD表征和元素分析，以確定它們的微觀晶型和元素組成，排除微觀結(jié)構(gòu)差異性對(duì)CMS脫氧性能的影響。為了確定何種CMS更適合用于變壓吸附法煤層氣脫氧，通過對(duì)CMS的O2/N2/CH4的動(dòng)力學(xué)選擇性系數(shù)的測(cè)定和以這幾種CMS為吸附劑進(jìn)行空分研究，分

2、析結(jié)果發(fā)現(xiàn)CMS-5為最佳吸附劑，其對(duì)O2/N2和O2/CH4的選擇性系數(shù)分別為3.15和無窮大。以CMS-5為吸附劑，在一種新型的兩塔真空變壓吸附裝置上進(jìn)行氧氣濃度為12％左右的模擬煤層氣脫氧的研究。實(shí)驗(yàn)考查了真空變壓吸附流程下吸附時(shí)間、置換時(shí)間、置換壓力、入口流量和均壓時(shí)間對(duì)脫氧效果的影響。結(jié)果表明在操作條件為吸附時(shí)間80s，置換時(shí)間40s，置換壓力0.33MPa，入口流量850mL/min，均壓時(shí)間3s時(shí)，經(jīng)脫氧后的產(chǎn)氣中的氧濃度

3、為0.3％，甲烷濃度達(dá)到52.3％，相比原料氣提高了10.2％。廢氣中甲烷濃度為2.7％，甲烷回收率達(dá)到95.5％，廢氣和產(chǎn)氣中甲烷濃度都在爆炸極限之外。
　　為了制備出適用于含氧煤層氣脫氧的兩塔VPSA流程中的吸附劑，本文選用苯作為沉積劑，采用化學(xué)氣相碳沉積(CVD)的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室制備的活性炭前驅(qū)體進(jìn)行調(diào)孔制備CMS做了初步研究。采用兩種方法進(jìn)行氣相碳沉積制備CMS:通過一步碳沉積法制備具有一定空分性能的CMS，考察了沉積時(shí)間、

4、苯流速、沉積溫度對(duì)沉積效果的影響，確定最佳操作條件分別為沉積時(shí)間30min、苯流速1.5mL/min，沉積溫度850℃，此時(shí)CMS變壓吸附空分產(chǎn)氣中氮?dú)鉂舛葹?6％;進(jìn)而提出了加入緩釋劑和苯同時(shí)進(jìn)行沉積，考察了緩釋劑流量和沉積時(shí)間對(duì)沉積效果的影響，在緩釋劑流速為19.72mL/h，沉積時(shí)間32min時(shí)，CMS空分過程產(chǎn)氣中氮?dú)鉂舛葹?7％。雖然制備出CMS的空分效果不太理想，但是通過碳沉積制備的CMS的空分性能呈現(xiàn)出先提高后降低的較為明