收藏本站
《大连理工大学》 2010年 博士论文
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

焦炉煤气中氢气和甲烷的吸附分离

刘艳娜  
【摘要】: 煤在炼焦过程中生成焦炭的同时得到副产品焦油和焦炉煤气。焦炉煤气中含有约50%的H2和30%的CH4,是一种含量丰富的氢气源,因此从焦炉煤气中分离氢气是焦炉煤气的一个重要应用途径。目前工业分离焦炉煤气中氢气主要采用变压吸附的方法,其中吸附剂是变压吸附的基础与核心。本文在研究商用分离焦炉煤气吸附剂的基础上,对现有广泛应用的活性炭和5A分子筛吸附剂进行制备和改性,并尝试利用新型吸附剂ETS-4的独特结构,使氢气和甲烷得到高效分离。 采用静态容积法分别测定了焦炉煤气中主要成分CH4、H2、N2、CO、CO2在商用吸附剂活性炭和5A分子筛上的的吸附平衡等温线,并利用Clausius-Claperyron方程计算各气体组分在不同吸附剂上的等量吸附热;通过模拟焦炉煤气吸附床的动态穿透曲线,得到操作过程中各组分的吸附特点及吸附床压力、原料气的流速对各组分气体吸附的影响。结果表明:对两种吸附剂来说,五种气体的平衡吸附量大小顺序均为:CO2CH4CON2H2,其中CO2的吸附量明显的大于其它四种气体;随着温度的增加,吸附量逐渐减小;其中CO2,CH4,CO,N2的吸附等温线均呈现为Ⅰ型等温线,H2的吸附等温线呈直线型。等量吸附热随吸附量变化有波动,但变化幅度并不大,说明这两种吸附剂表面吸附能比较均一,在吸附过程中可以忽略吸附质分子间的作用。从动态穿透曲线可以看出,随着原料气流量的减小和吸附压力的增加,气体在吸附床上的穿透时间延长,吸附剂对气体的吸附能力也逐渐增加。 采用次烟煤制备活性炭,考察制备参数如活化剂与原料的比例(碱煤比)、活化温度及活化时间等对活性炭孔结构的影响,并将其应用于CH4和H2的吸附分离,得到适合于CH4和H2吸附及分离的条件;对商用活性炭进行十二烷基磺酸钠和MgO的表面改性,考察改性后官能团的变化以及对CH4和H2的吸附分离能力。结果表明采用次烟煤制备活性炭时,当活性炭的孔径聚集在0.7-2 nm的超微孔范围内时,孔容积越大,甲烷的吸附量越大,CH4/H2的理想分离因子越大;适合于甲烷吸附及分离氢气与甲烷的活性炭最佳制备条件是:碱煤比为5,活化温度800℃,活化时间为90 min;适合于氢气吸附的活性炭最佳制备条件是:碱煤比为4,活化温度800℃,活化时间为60 min。经十二烷基磺酸钠和MgO改性后,CH4和H2的吸附量及CH4/H2理想分离因子均随十二烷基磺酸钠和Mg(NO3)2浓度的增加呈先增加后减小的趋势,且在浓度为2%和0.5 mol/L时达到最大;一定量的表面改性有助于活性炭吸附分离CH4和H2。 在A型分子筛合成体系中添加水溶性高聚物聚乙二醇PEG-1000合成了平均粒径为200-400 nm的亚微米A型分子筛;通过添加两性有机硅烷三甲氧基硅丙基二甲基十八烷基氯化铵(TPOAC)制备多级孔道A型分子筛。上述两种分子筛经过Sr2+交换得到了亚微米级及多级孔道的SrA吸附剂。经XRD、SEM、TEM、N2吸附及激光粒度等表征,确定产物具备亚微米级颗粒及多级孔道特征。通过静态吸附实验对制备的亚微米SrA、多级孔道SrA及工业级5A吸附剂的甲烷和氢气静态吸附量比较,结果表明,亚微米SrA及多级孔道SrA吸附剂的甲烷和氢气吸附量均高于工业级5A吸附剂,亚微米SrA吸附剂具有最大的甲烷和氢气吸附量。 采用水热合成法制备出外貌为丝状聚集体,形状类似于两个花椰菜头连在一起的NaETS-4微孔钛硅分子筛,并进行Sr2+离子交换。NaETS-4和SrETS-4的热重分析及XRD表征表明,分子筛经Sr2+离子交换后其热稳定性显著提高。采用脉冲色谱法将制备的NaETS-4及SrETS-4应用于氢气和甲烷的分离,结果表明CH4和H2在分子筛内部的传质主要受微孔扩散阻力的影响,而外膜传质阻力和大孔扩散阻力的影响较小;对NaETS-4来说,随着活化温度的升高,甲烷分子的亨利系数和扩散速率减小;经Sr2+离子交换后,甲烷和氢气分子的在吸附剂中的亨利系数增加,扩散速率减小,且随着活化温度的升高,CH4和H2的动力学选择系数增加,当活化温度为310℃时,动力学扩散选择系数达8.91,显示出了SrETS-4吸附剂很大的优势和开发应用前景。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 谢建林,郭勇义,吴世跃;常温下煤吸附甲烷的研究[J];太原理工大学学报;2004年05期
2 郭亮;彭晓峰;吴占松;;甲烷在成型纳米活性炭中的吸附动力学特性[J];化工学报;2008年11期
3 郑青榕;蔡振雄;陈武;戴乐阳;廖海峰;;甲烷在成型前后活性炭上吸附的初步试验[J];化工学报;2009年S1期
4 周来;冯启言;秦勇;;CO_2和CH_4在煤基质表面竞争吸附的热力学分析[J];煤炭学报;2011年08期
5 陈来元,徐竹生,张涛,李新生,林励吾;甲烷在Mo/HZSM-5催化剂上的脱氢聚合反应[J];物理化学学报;1995年07期
6 刘艳娜;靳立军;朱盛维;胡浩权;;煤基活性炭的制备及CH_4/H_2分离性能[J];煤炭转化;2010年02期
7 ;气敏半导体材料催化性能的研究[J];中国科学技术大学学报;1978年01期
8 琦;;用甲烷制造金刚石的尝试[J];化学通报;1985年01期
9 林治田;由水和二氧化碳制取甲烷[J];现代化工;1986年02期
10 陈烈强;;甲烷变换过程的用能分析研究[J];广州化工;1986年04期
11 刘志钧;关于煤的吸附甲烷容量的研究[J];煤矿安全;1988年10期
12 黑泽庆二,朱连山;地球深部天然瓦斯——论天然瓦斯的起源[J];矿业安全与环保;1990年05期
13 邵淑敏,席光康,王君容,李胜林,杨学柱,王金合,周志强,贺添喜,于宝霞;甲烷在Ni表面及La薄膜上激活解离化学吸附[J];物理化学学报;1992年06期
14 晨雁;;从甲烷制取汽油的新工艺[J];应用化工;1993年03期
15 王文兴,谢英,林子瑜,王慧;甲烷光化学反应机理模式模拟研究[J];中国环境科学;1995年05期
16 Vello A.Kuuskraa;李红梅;;全球非常规天然气资源[J];国外油气勘探;1995年06期
17 徐振刚,张振勇;甲烷排放源及减排对策[J];洁净煤技术;1999年03期
18 S.哈帕拉尼,S.欧阳 ,雷湘沁;测定煤的气体扩散特性的新技术[J];中国煤层气;1999年01期
19 郑武;谢晓丽;;广州地区水稻田甲烷排放量测定[J];广州环境科学;2000年03期
20 卢林松;日本勘探近海甲烷水合物[J];海洋石油;2002年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 白杰;刘盛林;谢素娟;徐龙伢;林励吾;;甲烷芳构化反应中Mo/MCM-22和Mo/ZSM-5催化剂的比较[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
2 张安杰;朱爱民;李小松;石川;;介质阻挡放电条件下甲烷部分氧化制甲醇的研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
3 孙艳;周亚平;周理;;复合储气材料对氢、甲烷混和气体的储放气研究[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年
4 张涯远;蒋政;张世超;朱庆山;;超临界干燥对La_(0.8)Sr_(0.2)FeMn_(1.5)Al_(9.5)O_(19-δ)六铝酸盐性能的影响[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
5 张诺伟;黄传敬;高晓晓;翁维正;万惠霖;;甲烷部分氧化制合成气Co/MgO/HZSM-5催化剂的研究[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
6 高晓晓;黄传敬;张诺伟;翁维正;万惠霖;;Ca调变的Co/Al_2O_3催化剂上甲烷部分氧化制合成气[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
7 陈龙;王健康;解启慧;王晓来;;Ni-Co-La-O催化剂上CH_4化学气相沉积法制备多壁碳纳米管[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
8 宋月芹;贺德华;;Ni/ZrO_2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
9 冼萍;潘正现;钟莉莹;;两相UASB反应器处理木薯淀粉废水的启动运行特性研究[A];科学发展观与循环经济学术论文集[C];2004年
10 刘长春;於俊杰;陶炎鑫;蒋政;郝郑平;;柠檬酸法制备Ce_(1-x)Mn_xO_(2-a)固溶体催化剂甲烷催化燃烧的研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘艳娜;焦炉煤气中氢气和甲烷的吸附分离[D];大连理工大学;2010年
2 丁永杰;甲烷洁净高效转化途径的研究[D];华东师范大学;2011年
3 杨华清;Ni、NiH~+、NiO和MgO等活化甲烷的理论研究[D];四川大学;2002年
4 王华;组合多相催化技术及其在甲烷与小分子化合物耦合反应中的应用[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
5 史春开;甲烷低温燃烧反应分子筛负载Pd催化剂[D];厦门大学;2003年
6 夏文堂;硫酸锰溶液深度除钼新工艺及其基础理论研究[D];中南大学;2007年
7 刘振;甲烷经溴氧化途径制备高碳烃催化性能及工艺研究[D];湖南大学;2010年
8 张敏;低粘度季铵型阳离子淀粉的合成与应用研究[D];大连理工大学;2009年
9 薛春瑜;金属—有机骨架材料中流体吸附与扩散的分子模拟研究[D];北京化工大学;2009年
10 杨江峰;基于低浓煤层气CH_4/N_2吸附分离微孔材料的合成及其性能研究[D];太原理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓红;CH_4-CO_2低温转化合成含氧有机物的研究[D];太原理工大学;2002年
2 郭玉高;甲烷在甲醇和烃类混合溶剂中高压溶解度的研究[D];天津大学;2004年
3 荆瑞勇;改性尿素对农田温室气体排放的影响[D];西南农业大学;2005年
4 贾超;纳米铜锡氧化物的制备及催化性能的表征[D];北京化工大学;2005年
5 闫智慧;天然气(CH_4)催化燃烧催化剂的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 宣东;金属负载的HZSM-5上甲烷和丙烷无氧芳构化反应研究[D];浙江大学;2006年
7 黎展毅;折流板反应器厌氧处理住宅小区生活污水试验性研究[D];广东工业大学;2006年
8 师春元;甲烷泄漏检测及扩散研究[D];西南交通大学;2006年
9 尹潇;甲烷制燃料电池氢源催化剂的设计改进[D];华中科技大学;2007年
10 何方方;冷等离子体裂解甲烷制C_2烃的实验研究及动力学模拟[D];四川大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者  陈超;35亿年前微生物就能造甲烷[N];科技日报;2006年
2 新洲;日本利用海藻进行甲烷发电和废热供暖系统实验[N];中国海洋报;2004年
3 王俊鸣;欧美发现目前火星生命重要证据[N];科技日报;2004年
4 记者 陈勇;“卡西尼”在土卫六上看见“疑似湖泊”[N];新华每日电讯;2005年
5 解悦;南工大开发高效菌种让粪便转化成甲烷[N];江苏农业科技报;2009年
6 记者 杨骏;有雨有河,士卫六酷似地球40亿年前[N];新华每日电讯;2005年
7 吕静 王平才;北极甲烷面临解冻危险[N];中国石化报;2009年
8 辛 力;深海甲烷遇暖破冰升空污染大气[N];大众科技报;2003年
9 记者覃守超 通讯员谢文鹏;柳钢实施焦炉煤气氨回收技术改造[N];中国冶金报;2009年
10 本报记者 黄永明;甲烷:气候变化的引爆器[N];南方周末;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978