甲烷-氫氣吸附模型及存儲(chǔ)過(guò)程熱效應(yīng)研究.pdf

1、活性炭等碳基材料的吸附存儲(chǔ)氫氣/天然氣在各類存儲(chǔ)方法中具有潛在的應(yīng)用前景，但在實(shí)際中面臨能量存儲(chǔ)密度低、吸附過(guò)程熱效應(yīng)等問(wèn)題，針對(duì)上述問(wèn)題本文展開(kāi)如下方面研究：
　　超臨界溫度氣體吸附平衡模型分析?；谠跍囟葏^(qū)間268.15K-338.15K、壓力范圍0-12.5MPa測(cè)試的甲烷在比表面積為12g200m×的Ajax活性炭上的吸附平衡數(shù)據(jù)，比較-1Langmuir、Langmuir-Freundlich和Toth方程的預(yù)測(cè)精度，并

2、由確定的絕對(duì)吸附量標(biāo)繪了甲烷在Ajax活性炭上的等量吸附熱。結(jié)果表明，Toth方程在整個(gè)實(shí)驗(yàn)壓力范圍0-10MPa內(nèi)的預(yù)測(cè)結(jié)果最為準(zhǔn)確，但Langmuir-Freundlich方程在較高壓力區(qū)域具有較高的預(yù)測(cè)精度；甲烷吸附相密度隨平衡溫度和壓力變化，由絕對(duì)吸附量確定的甲烷在Ajax活性炭上的平均等量吸附熱為.1572molkJ×-1，小于由過(guò)剩吸附量標(biāo)繪的結(jié)果。
　　分析溫度變化對(duì)氫在活性炭上等量吸附熱的影響。選用比表面積為207

3、42gm×的椰殼-1型SAC-02活性炭，在溫度區(qū)間77.15K-293.15K，壓力范圍0-11MPa，由Setaram PCT Pro E&E測(cè)試氫在其上的吸附平衡數(shù)據(jù)。引用Ozawa對(duì)吸附相作過(guò)熱液體的假設(shè)確定絕對(duì)吸附等溫線，并在不同溫度區(qū)間由等量吸附線標(biāo)繪，確定等量吸附熱。結(jié)果表明，氫在SAC-02活性炭上的等量吸附熱隨溫度升高而增大，等量吸附熱在整個(gè)測(cè)試溫度范圍內(nèi)平均值為molkJ×-1。必須選用活性炭吸附儲(chǔ)氫溫度區(qū)域吸附數(shù)據(jù)

4、的等量吸附線標(biāo)繪，才能確定用于分析吸附過(guò)程熱效應(yīng)的等量吸附熱。
　　ANG吸附系統(tǒng)充放氣試驗(yàn)。為開(kāi)發(fā)適用于家庭環(huán)境的吸附式天然氣（ANG）儲(chǔ)罐，以家用ANG吸附儲(chǔ)罐為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了容積為1.5L并配有螺旋換熱管與徑向多孔管的圓筒狀吸附儲(chǔ)罐。選擇比表面積為20742gm×的SAC-02椰殼活性炭作吸附劑，在室溫、-115L/min流率及平衡壓力3.5MPa條件下，比較測(cè)試了徑向多孔充放氣及螺旋換熱管中循環(huán)水溫度變化對(duì)儲(chǔ)罐吸附床溫度

5、分布、總充放氣量及有效充放氣效率的影響。結(jié)果表明，徑向多孔管充放氣有利于進(jìn)一步緩解吸附熱效應(yīng)；在螺旋換熱管內(nèi)通循環(huán)水可有效緩解吸附熱效應(yīng)；循環(huán)冷卻水溫度越低，甲烷的存儲(chǔ)量越大。循環(huán)加熱水的溫度越高，甲烷放氣量也就越大。
　　充氣過(guò)程熱量分析和Simulink模擬。在充氣過(guò)程中作等溫絕熱、甲烷為理想氣體、活性炭為均勻連續(xù)介質(zhì)、吸附床有均勻初始溫度和初始?jí)毫?、罐壁與外界絕熱、活性炭顆粒傳質(zhì)阻力忽略的假設(shè)下，在303K、3.5MPa和1