含氧煤层气VPSA脱氧及CMS制备研究

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本文主要包括两方面内容,一是采用真空变压吸附(VPSA)的方法安全有效的脱除含氧煤层气中的氧气;二是初步研究适用于含氧煤层气脱氧的炭分子筛(CMS)的制备方法。本文对五种商业炭分子筛进行XRD表征和元素分析,以确定它们的微观晶型和元素组成,排除微观结构差异性对CMS脱氧性能的影响。为了确定何种tCMS更适合用于变压吸附法煤层气脱氧,通过对CMS的O2/N2/CH4动力学选择性系数的测定和以这几种CMS为吸附剂进行空分研究,分析结果发现CMS-5为最佳吸附剂,其对02/N2和O2/CH4的选择性系数分别为3.15和无穷大。以CMS-5为吸附剂,在一种新型的两塔真空变压吸附装置上进行氧气浓度为12%左右的模拟煤层气脱氧的研究。实验考查了真空变压吸附流程下吸附时间、置换时间、置换压力、入口流量和均压时间对脱氧效果的影响。结果表明在操作条件为吸附时间80s,置换时间40s,置换压力0.33MPa,入口流量850mL/min,均压时间3s时,经脱氧后的产气中的氧浓度为0.3%,甲烷浓度达到52.3%,相比原料气提高了10.2%。废气中甲烷浓度为2.7%,甲烷回收率达到95.5%,废气和产气中甲烷浓度都在爆炸极限之外。为了制备出适用于含氧煤层气脱氧的两塔VPSA流程中的吸附剂,本文选用苯作为沉积剂,采用化学气相碳沉积(CVD)的方法对实验室制备的活性炭前驱体进行调孔制备CMS做了初步研究。采用两种方法进行气相碳沉积制备CMS:通过一步碳沉积法制备具有一定空分性能的CMS,考察了沉积时间、苯流速、沉积温度对沉积效果的影响,确定最佳操作条件分别为沉积时间30min、苯流速1.5mL/min,沉积温度850℃,此时CMS变压吸附空分产气中氮气浓度为96%;进而提出了加入缓释剂和苯同时进行沉积,考察了缓释剂流量和沉积时间对沉积效果的影响,在缓释剂流速为19.72mL/h,沉积时间32min时,CMS空分过程产气中氮气浓度为97%。虽然制备出CMS的空分效果不太理想,但是通过碳沉积制备的CMS的空分性能呈现出先提高后降低的较为明显的变化规律,为进一步实验制备用于煤层气脱氧的炭分子筛提供一个依据和铺垫。
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