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真空变压吸附过程捕获烟道气中CO_2的数值模拟
沈春枝; 孙玉柱; 李平; 于建国
【期刊名称】《《华东理工大学学报（自然科学版）》》
【年(卷),期】2011(037)005
【摘要】真空变压吸附(VPSA)过程的影响因素很多,且为一组复杂的非线性关系。
通过计算来了解各变量对过程分离性能的影响有着实验无法替代的作用。
采用沥青基活性碳小球为吸附剂,建立了VPSA过程及其能耗计算的模型,模拟研究了P/F、真空压力和CO2进料浓度对VPSA过程分离性能及其总能耗的影响。
研究结果表明:P/F存在一个最佳值,使得VPSA过程的总能耗最小;随着真空压力的减小,产品气的纯度和回收率均增大,风机能耗减小,真空泵能耗增大,总能耗增大;随着CO2进料浓度的增加,产品气的纯度和回收率均增大,相反地,风机、真空泵及过程总能耗均减小。
【总页数】8页(P524-531)
【作者】沈春枝; 孙玉柱; 李平; 于建国
【作者单位】华东理工大学化学工程联合国家重点实验室上海200237
【正文语种】中文
【中图分类】TQ028
【相关文献】
1.真空变压吸附捕集烟道气中二氧化碳的模拟、实验及分析 [J], 阎海宇;付强;周言;李冬冬;张东辉
2.真空变压变温耦合吸附过程捕集烟道气中CO2的研究 [J], 刘振; 王璐; 李平; 于建国
3.糖厂锅炉烟道气吸附过程数值模拟 [J], 黄世钊; 吴林杰; 向冰; 薛敏华
4.13X-APG沸石真空变压变温耦合工艺吸附捕集烟道气中CO_2 [J], 梁辉;刘振;王璐;李平;于建国
5.季铵盐类化合物水合分离烟道气中CO_2的实验研究 [J], 赵光华
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文章编号：0253-9993（2002）02-0197-04变压吸附技术分离CH 4/N 2气体混合物辜敏1，鲜学福2，张代均3，陈昌国3（1.汕头大学化学系，广东汕头515063；2.重庆大学采矿工程系，重庆400044；3.重庆大学化工学院；重庆400044）摘要：采用变压吸附技术进行CH 4/N 2气体混合物的分离研究，以提高混合气中CH 4的浓度.在单柱变压吸附装置上进行了变压吸附过程实验；考察了各步压力、原料气组成等操作条件对分离过程的影响.关键词：变压吸附（PSA ）；活性炭；CH 4；N 2中图分类号：P618.11；O647.31文献标识码：A收稿日期：2001-08-16基金项目：教育部春晖计划和专门基金支持项目（教外司留［1999］95号）；汕头大学工业催化学科211工程建设项目资助随着人们对煤矿安全、环境保护意识的提高，近年来国内外十分重视煤层气的开发利用.煤层气的有效成分是CH 4，只有当其浓度高达一定值（80%以上），才能作为一种高效、洁净的能源和化工原料，而一般抽放煤层气中CH 4浓度较低（20%45%）.我国是产煤大国，煤层气资源十分丰富，但利用率却极低，其原因之一就在于煤层气中CH 4的提纯分离没有得到解决［1，2］.变压吸附（PSA ）技术是有效的气体分离提纯方法，自20世纪80年代以来已在工业上得到广泛应用［16］.目前大多数工业化的、应用最为成功的变压吸附过程都是弱吸附组分为产品，强吸附组分因其浓度低而没有得到广泛应用.分离提纯煤层气中的CH 4产品，是强吸附组分，这与典型的PSA 工艺在实施过程中每一过程的作用和意义完全相反，对该体系的PSA 提纯分离过程实验和理论研究还很缺乏.本文以CH 4/N 2为研究体系，着重讨论变压吸附操作参数对CH 4分离提纯的影响，结果可用于抽放煤层气中CH 4的提浓.1实验方法1.1实验装置实验所用的单柱PSA 装置是自行设计制作的.装置分为配气系统（Ⅰ）和变压吸附系统（Ⅱ）两个部分（见文献［7］）.采用高压气瓶中的气体配制不同浓度的原料气，然后进入PSA 系统进行分离提纯，得到浓度高于原料气的组分气体，该系统的核心是吸附柱.对于实际抽放的煤层气，在进入系统Ⅱ之前必须进行预净化，除去其中的强吸附杂质，如H 2O ，CO 2.经过预处理除去杂质的煤层气可以看成是CH 4/N 2的混和气［2］.1.2实验方法（1）PSA 过程设置目前，工业应用的PSA 过程采用充压、吸附、均压、置换、顺向降压、逆向降压、清洗、抽真空等操作步骤.根据不同的体系及分离要求，采用上述部分或全部步骤，并有多种组合顺序操作.对于分离提浓CH 4/N 2中的强吸附组分CH 4，是从吸附相获得的，如何增大CH 4在吸附相中的浓度以及所采用的解吸手段是关键，因此在PSA 过程中设置有并流减压、逆向减压以及逆向抽真空步骤.整个PSA 过程如图1所示，包括5个基本步骤：Ⅰ.充气；Ⅱ.高压吸附；Ⅲ.并流减压；Ⅳ.逆向减压；V .抽真空，每个步骤都已工业化.（2）吸附剂的选择实验采用静态体积法对不同的吸附剂进行吸附实验，以筛选能够分离CH 4/N 2的第27卷第2期煤炭学报Vol.27No.22002年4月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY═══════════════════════════════════════════════════════════════Apr.2002图1PSA 过程Fig.1Scheme of PSA process吸附剂，亦即吸附柱的填料.具体实验步骤见文献［2］.（3）变压吸附实验按图1设置的步骤循环操作.在不同的操作条件下，将CH 4/N 2混和气通过PSA 系统，从出口处取样分析，得到产品组分浓度的变化情况.（4）分析方法原料气、产品气的组成分析采用气相色谱仪（国产SP3400）进行.2结果和讨论2.1吸附剂的选择吸附剂的选择是PSA 能否实现分离的关键一步，其基本依据是混合气体及其组分气体的热力学性质，平衡吸附关系和分离系数αCH 4/N 2）.αCH 4/N 2越大，CH 4和N 2分离的可能性越大.从目前常用的吸附剂看，αCH 4/N 2<3，而αCH 4/H 2可以到达14以上［2］（即H 2的提纯相对容易很多），这也是煤层气中CH 4难以提纯的一个重要原因.通过实验选择T103活性炭作为吸附剂，其αCH4/N 2=2.90［2］.表1不同吸附压力对PSA 分离CH 4的影响Table 1The effect of adsorption pressure on the separation of CH 4实验编号No.1No.2No.3吸附压力/MPa 0.900.700.40原料气量/L ・循环-111.1010.40 4.08第Ⅱ步总流出量/L ・循环-10.750.420.54平均组成（CH 4）/%0.890.490.33第Ⅲ步总流出量/L ・循环-114.70 4.92 5.12平均组成（CH 4）/%7.32 3.20 2.89第Ⅳ步总流出量/L ・循环-1 4.89 6.42 3.29平均组成（CH 4）/%44.1038.0031.80第Ⅳ步产品CH 4浓度浓缩值14.908.79 2.50第Ⅳ步末CH 4浓度49.2043.9040.10CH 4回收百分率/%66.5080.5087.40注：第Ⅲ步结束压力为0.2MPa ；第Ⅳ步结束压力为0.1MPa ；吸附时间为3min ；原料气组成为φ（CH 4）=29.3%.2.2操作参数对吸附分离的影响变压吸附分离过程所关心的问题是各阶段的定量结果及分离技术的最佳操作条件.产品回收率和吸附剂生产能力的计算公式［3］为CH 4回收率=（第Ⅳ步产品中的CH 4分量+第V 步产品中CH 4分量）/每循环原料气中CH 4的分量/每循环，（1）原料气/每循环=出口气中的CH 4的总量原料气中的CH 4的摩尔分数.（2）对于用活性炭的二组分PSA 分离，传质阻力并不重要［6］，因此本文主要讨论各步的操作压力、和原料处理量对分离提纯的影响.（1）吸附压力的影响在其它条件基本相同的情况下，提高吸附压力，可以增大CH 4在吸附相中的浓度，使产品CH 4的浓度提高（表1）.CH 4在活性炭上的吸附服从Langmuir 方程［2］，当压力高达一定值后，吸附量几乎不再增加，但在填料空隙空间被压缩的气体量会随压力的增大而增大.因此，在变压吸附分离中，盲目增高891煤炭学报2002年第27卷吸附压力是不可取的，①增加能耗；②空隙空间中存在的气体对组分之间的分离只有害而无益.所以压力增大到在Langmuir 方程平台以前为宜［2］.增大吸附压力，会使第Ⅲ步CH 4穿透量增大，这与理论分析完全一致.产品浓度和回收率总是相矛盾，在提高产品CH 4浓度的同时，其回收率却大为降低.为了减少第Ⅲ步CH 4的穿透量，可适当缩短第Ⅱ步的操作时间.表2第Ⅲ步结束压力对PSA 分离CH 4的影响Table 2The effect of the end pressure of step Ⅲon the separation of CH 4实验编号No.4No.5No.6第Ⅲ步结束压力/MPa 0.200.300.40原料气量/L ・循环-114.6014.8013.70第Ⅱ步总流出量/L ・循环-10.540.550.54平均组成（CH 4）/%0.620.620.61第Ⅲ步总流出量/L ・循环-117.3015.70 4.56平均组成（CH 4）/%13.9011.309.84第Ⅳ步总流出量/L ・循环-1 5.01 6.767.75平均组成（CH 4）/%42.3039.6037.90第Ⅳ步CH 4产品浓度浓缩值11.208.50 6.87第Ⅳ步末CH 4浓度48.2044.7041.90CH 4回收百分率/%46.8061.1069.10注：吸附压力为0.8MPa ；吸附时间为3min ；第Ⅳ步结束压力为0.1MPa ；原料气组成，φ（CH 4）=31.1%.（2）并流降压步骤结束压力的影响实验结果表明，降低第Ⅲ步结束压力，可以较大程度地提高产品气CH 4的浓度（见表2）.在其它条件基本相同，当第Ⅲ步结束压力从0.8MPa 降低到0.4MPa 时，第Ⅳ步CH 4产品的浓度仅较原料气提高了6.87%，但如果降低到0.2MPa ，浓度可提高到11.20%.当吸附压力一定时，第Ⅲ步结束压力最理想，接近常压（0.1MPa ），这样可在产品步骤时得到最高浓度的CH 4产品，但第Ⅲ步结束压力不能等于常压，因为逆放抽真空步骤是必要的，逆放步骤不仅是得到产品的步骤，而且在大多数情况下，当顺放和逆放步骤结合起来时，分离效果才最好［6］.（3）真空度的影响逆放和抽真空是产品步骤，即将CH 4从吸附相中解吸出来.逆放步骤的结束压力最低是常压，抽真空的结束压力从产品纯度来看，是低为好，但需要消耗能量.真空度如果不高会形成恶性循环，一方面使床层在开始循环时就“不干净”，吸附剂不干净会导致CH 4吸附量大减而直接影响第Ⅰ步充气量，从而影响产品的回收率；另一方面，上一次循环第Ⅲ步发生穿透的CH 4滞留在吸附柱的顶端产品不能够抽出，直接影响产品的浓度.（4）原料气流量许多文献认为，减少原料气处理量，可以提高分离效果［3，6］.本文实验发现，进料量对最终得到的产品浓度影响并不大.这与文献［5］结果一致.但进料量增大会导致CH 4在第Ⅱ步就大量穿透，使回收率降低.当采用实验No.4的操作条件，进料速度为0.549L /min ，则在第Ⅱ步结束时，CH 4出口浓度为1.56%，进料速度增大到4.71L /min 时，CH 4出口浓度增大到12.9%.3结论（1）提高吸附压力以增大CH 4在吸附相中的浓度，降低并向减压的结束压力及提高真空度以解吸吸附相中的CH 4，可提高产品CH 4的浓度.其它操作条件主要影响产品回收率和产率.（2）要使煤层气中CH 4浓度从30%左右提高到80%以上，仅采用本文所设置的步骤是不行的，应该增加其它步骤，如置换步骤.参考文献：［1］鲜学福.我国煤层瓦斯渗流力学的研究现状及进一步发展和应用的展望［R ］.重庆大学.矿山工程物理研究所，1997.［2］辜敏.提高抽放煤层气中甲烷浓度的变压吸附基础研究［D ］.重庆：重庆大学，2000.［3］岑沛霖，Yang R T.变压吸附方法分离五元气体混合物［J ］.化工学报，1988，49（6）：752757.［4］Sun -sup S ，Wankat P bined cocurrent -countercurrent blowndown cycle in pressure swing adsorption ［J ］.AIChE J.，1989，35（3）：523532.991第2期辜敏等：变压吸附技术分离CH 4/N 2气体混合物002煤炭学报2002年第27卷［5］Cen P L，Yang R T.Separation of binary gas mixture into two high-purity products by new pressure swing adsorption［J］.Sep.Sci.Tech.，1986.21（9）：854861.［6］Yang R T，Doong S J.Gas separation by pressure swing adsorption：a pore diffusion model for bulk separation［J］.AIChE J.，1985，31（12）：18291838.［7］辜敏，陈昌国，鲜学福.抽放煤层气变压吸附过程的数学模拟［J］.煤炭学报，2001，26（3）：323326.作者简介：辜敏（1969-），女，四川乐山人，博士，讲师，2000年毕业于重庆大学采矿工程专业，现从事分析化学、电化学的科研和教学研究，发表“抽放煤层气变压吸附过程的数学模拟”等论文10余篇.Separation of CH4/N2gas mixture by pressure swing adsorption processesGU Min1，XIAN Xue-fu2，ZHANG Dai-jun3，CHEN Chang-guo3（1.Department of Chemistry，Shantou University，Shantou515063，China；2.Department of Mining，Chongqing University，Chongqing400044，China；3.College of Chemical Engineering，Chongqing University，Chongqing400044，China）Abstract：The separation of CH4/N2gas mixture for improve the concentration of CH4by pressure swing adsorption （PSA）is studied.The experiment of PSA process is carried out on single unite.The effects of operational condition such as operate pressure and the feed concentration are also investigated.Key words：PSA；activated carbon；CH4；N2!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2002年《煤炭学报》征订启事《煤炭学报》是中国煤炭学会主办的、向国内外发行的煤炭科学技术方面的综合性学术刊物.主要刊载煤田地质与勘探、煤矿开采、矿山测量、矿井建设、煤矿安全、煤矿机械工程、煤矿电气工程、煤炭加工利用、煤矿环境保护等方面的科学研究成果论著和学术论文，以及煤矿生产建设、企业管理经验的理论总结，也刊载重要学术问题的讨论及国内外煤炭科学技术方面的学术活动简讯.《煤炭学报》刊载的论文具有较高的学术价值和文献收藏价值，被Ei、IEA Coal Abstract CD-ROM、中国科学引文数据库、SCI、科学技术文摘速报（日本）、Coal Highlights、中国学术期刊文摘等国内外20多种重要文摘检索系统所收录.1992年荣获首届全国优秀科技期刊评比二等奖，中国科学技术协会优秀学术期刊二等奖，北京市新闻出版局、北京市科学技术期刊编辑学会全优期刊奖.1996年荣获第二届全国优秀科技期刊评比一等奖，中国科学技术协会优秀科技期刊一等奖.1999年荣获首届国家期刊奖.《煤炭学报》深受广大作者、读者的爱护和支持，也受到各级部门的重视，在学术水平上具有较高的地位，很多单位都将在《煤炭学报》发表的文章作为作者学术水平考核指标之一.《煤炭学报》是双月刊，每册订价18.00元，全年共收费108.00元.欲订阅者可直接与本编辑部联系，编辑部随时办理订阅手续.本刊地址：北京市和平里煤炭科学研究总院内《煤炭学报》编辑部.邮政编码：100013联系电话：（010）84262930。
变压吸附法氮气氧气分离变压吸附法氮气氧气分离氮气和氧气是常见的两种气体，它们在大气中的比例约为78%和21%，在不同的工业应用中，需要纯化或者分离其中的一种或多种气体。
一种常见的方法就是利用变压吸附法（Pressure Swing Adsorption, PSA）对氮气和氧气进行分离。
本文将对此方法进行介绍和分析。
一、变压吸附法的原理和特点变压吸附法其实是一种固体吸附技术。
其原理是在固定床层中放置吸附剂，并通过周期性的压力升降来控制气体的吸附和解吸，从而实现气体混合物的分离。
在气体进入固定床层之前，它需要先经过一些预处理设备，例如压缩机、冷凝器、过滤器等，以去除杂质、降低湿度和温度，使其符合吸附工艺的要求。
具体来说，氮气和氧气分离的过程可以分为以下步骤：1. 吸附：将压缩过的混合气体通过一个易于吸附氧气的床层（比如说分子筛）。
2. 解吸：将床层内的氧气解除吸附状态，需要降低压力并通入另一个床层，这个床层需要执行吸附操作。
3. 气体出口：产生一个只含氮气的稳定流。
这个过程中，需要一个满足以下要求的固体吸附剂：· 具有选择性：能够选择性吸附氧气而不是氮气，或者相反。
· 具有高吸附性：吸附剂表面分子分散程度高，能够将气体分子吸附到表面。
· 具有高再生性：吸附剂的吸附能力需要通过解除吸附状态进行再生。
变压吸附法的主要特点是：· 可以实现连续、可控制的分离操作。
· 操作简单，无需添加任何化学物质。
· 生产成本低，技术成熟，应用广泛。
但也需要注意的是，吸附剂会随着时间的增加而老化，吸附的选择性会降低，影响分离效果。
二、变压吸附法在氮气氧气分离中的应用变压吸附法在氮气和氧气分离中的应用非常广泛，如：1. 制取高纯度氮气：在医药、食品、航空等行业，需要使用高纯度氮气，其中氧气为其主要的杂质。
通过变压吸附法可以成本低廉地制取出高纯度氮气。
2. 制取氧气：氧气在医疗、钢铁、化工等行业中广泛应用，其纯度对产品质量和安全性有很大影响。
CH4、CO2、N2及其多元气体在煤层中吸附-运移机理研究的开题报告一、研究背景煤层气作为一种新兴的清洁能源，在全球受到了越来越广泛的关注。
煤层中的主要气体成分为甲烷(CH4)，同时还包含二氧化碳(CO2)和氮气(N2)等多种气体。
气体在煤层的吸附和运移过程是煤层气的产生和运输的重要机理之一，对于煤层气的勘探、开发和利用具有重要的理论和实践意义。
二、研究目的本研究旨在探究CH4、CO2、N2及其多元气体在煤层中的吸附-运移机理，包括以下方面：1. 煤层气孔隙结构和气体吸附性质的研究；2. 单独气体在煤层中的吸附-解吸等温线测定及分析；3. 气体吸附-解吸的动力学过程研究；4. 气体在煤层中的运移机理及模拟研究；5. 多元混合气体在煤层中的吸附-运移研究。
三、研究内容和方法1. 煤层气孔隙结构和气体吸附性质的研究采用低温氮吸附法和Hg渗透实验，对煤层的微观孔隙结构和性质进行表征，包括比表面积、孔径分布、孔隙度等。
2. 单独气体在煤层中的吸附-解吸等温线测定及分析采用静态（比重法、气体压差法）和动态（恒流法）等吸附实验方法，测定单独气体在煤层中的吸附等温线，并对结果进行分析和讨论。
3. 气体吸附-解吸的动力学过程研究采用吸附动力学和解吸动力学的实验方法，研究气体在煤层中的吸附和解吸动力学过程，包括吸附速率、解吸速率、吸附量和解吸量等参数。
4. 气体在煤层中的运移机理及模拟研究基于孔隙介质流体力学、扩散机理和吸附解吸动力学建立气体在煤层中的运移模型，并进行数值模拟研究，探究气体在孔隙和较大孔洞中运移的规律和特性。
5. 多元混合气体在煤层中的吸附-运移研究采用同步热重和吸附等温线实验，研究多元气体在煤层中的吸附性质和吸附-解吸特性，探究不同气体成分对煤层气吸附-运移的影响。
四、研究意义本研究对于煤层气的勘探、开发和利用具有重要的理论和实践意义。
首先，深入研究煤层气中主要气体的吸附-运移机理，可为煤层气的能源产出提供理论依据和技术支撑。
CH4,CO2和N2多组分气体在煤分子中吸附热力学特性的分子模拟李树刚;白杨;林海飞;严敏;龙航【摘要】为进一步明确煤分子吸附多组分气体的热力学机制,应用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法,从热力学角度研究了不同温度下等比例CH4,CO2,N2多组分气体在煤分子模型中的吸附行为.研究表明:在晶胞内CH4呈点状分布,CO2呈簇状分布,N2呈带状分布;3种气体的吸附量、吸附热、吸附熵关系均为CO2 ＞CH4 ＞N2,吸附势能CO2＜CH4＜N2;吸附量与吸附热呈线性正相关关系,吸附热与温度无明显关系;煤分子吸附CH4,N2,CO2的吸附势能与其吸附量成反比,吸附势能不仅受煤分子表面自由粒子色散力影响,也受吸附焓和吸附熵的影响;相同条件下,3种气体的吸附熵与吸附量和温度均呈负相关关系;吸附热力学参数能用来表征煤分子的吸附特性,从热力学角度证实煤分子吸附CO2优于CH4和N2.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2018(043)009【总页数】8页(P2476-2483)【关键词】分子模拟;吸附热;多组分气体;吸附势能;吸附熵【作者】李树刚;白杨;林海飞;严敏;龙航【作者单位】西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TD712;TQ533煤层瓦斯包括CH4，CO2，N2等气体，主要以游离态和吸附态赋存，两者是一个动态平衡过程。
co2、ch4混合气的吸附分离
CO2和CH4的吸附分离技术利用了不同分子间相互作用的差异，包括吸附力、分子尺寸、极性和缔合能等，将CO2和CH4从气体混合物中分离出来。
常见的吸附剂包括活性炭、沸石、金属有机骨架材料（MOFs）和多孔有机聚合物（POPs）等。
这些吸附剂具有可调控的孔径大小和表面性质，可以选择性地吸附CO2或CH4分子，从而实现二者的分离。
具体分离过程可以分为吸附和脱附两个步骤。
将CO2和CH4混合物通入吸附器中，由于各自与吸附剂表面的相互作用力不同，CO2和CH4会在吸附剂表面发生不同程度的吸附。
当达到一定吸附平衡后，通入另一个脱附器中，通过改变温度、压力等条件，使吸附剂表面的CO2和CH4得到选择性地脱附，分离出两种气体。
吸附分离技术具有分离效率高、运行成本低、适用范围广等优点，可用于二氧化碳捕集、天然气处理等领域。
CH4、N2和CO2在碳纤维分子筛上的吸附分离特征*王水利†，葛岭梅（西安科技大学化学与化工学院，陕西西安，710054，中国）摘要：矿井瓦斯中CH4与N2和CO2的有效分离是解决低浓度瓦斯回收利用的技术关键。
为此，本文利用自制的吸附装置，研究了CH4、N2、CO2及其两相混合物在沥青基碳纤维分子筛（ACF-MS）上的吸附、分离特征。
结果表明，单组分吸附时，ACF-MS对CO2具有较高的吸附量，CH4次之，N2最低。
1:1mol两相混合气体吸附时，ACF-MS对CO2 /N2有较好的吸附分离作用，对CH4 /N2和CH4 /CO2的分离效果较差。
关键词：沥青基ACF-MS；CH4，N2和CO2；吸附分离Characteristics of Separating CH4, N2 and CO2 on CarbonFibre Molecular SieveWang Shuili, Ge Lingmei (Institute of chemistry and chemical engineering，Xi’an university of science andtechnology, Xi’an, Shaanxi, 710054 )Abstract: The effective separations between CH4 and N2, and CO2 in the mine gas is a key technology for low-concentration gas recovery and utilization. For this purpose, the adsorption and separation characteristics of the CH4, N2, CO2, and their two-phase mixtures, are sdutied on the pitch-based activated carbon fiber molecular sieve (ACF-MS), using the absorption-made device. The results showed that for single-component adsorption, ACF-MS have a higher CO2 adsorption, CH4 times, N2 minimum. For two-phase mixed gas with the 1:1 mol mixture ratio, ACF-MS has a better effect on the adsorption separation of CO2 and N2, and the separation of CH4 and CO2, and CH4 and N2 are less effective.Key words: pitch-based ACF-MS; CH4, N2 and CO2; adsorption separation.1.引言活性炭纤维分子筛（ACF-MS）是在活性炭纤维制备方法的基础上，通过适当的孔径控制或调节制备出的孔径分布很窄的分子筛型碳纤维。
从变换气中分离氢,氮气和纯二氧化碳的变压
吸附方法
1 变换气中分离氢、氮气和纯二氧化碳的变压吸附方法
变换气是有机物分子杂化混合物，是同时含有氢气、氮气、纯二
氧化碳以及其他气体的混合物，是重要的工业原料，从变换气中分离氢、氮气和纯二氧化碳，是高科技制备高品质工业原料的重要环节。
变压吸附是常用的变换气中分离氢气、氮气和纯二氧化碳的方法。
在变压吸附方法中，通常分三步操作：吸附步、变压步和洗脱步。
在
吸附步中，利用某种吸附剂将混合物中的氢气、氮气和纯气体分离，
在变压步中，改变剂的压力，将氢气、氮气和纯二氧化碳从吸附剂上
强制吸出；在最后一步，就是洗脱步，洗去剂中分离出的氢气和纯气体，使吸附剂重新处于准备吸附状态，从而实现循环可用。
由于变压吸附的操作过程简单，操作条件稳定，分离效率高，因
此变压吸附方法在变换气中分离氢气、氮气和纯二氧化碳方面得到了
广泛应用。
在实际工作中，为了提高变压吸附法的分离效率，研究者
在变压吸附方法的基础上，利用新型吸附剂、改善设备结构，改进分
离工艺，研制出适用于变换气中分离氢气、氮气和纯二氧化碳的现代
化工艺，从而更好地满足产业的发展需求。
总之，变换气中分离氢气、氮气和纯二氧化碳的变压吸附法，是
现代化的高科技装备，它不仅能满足工业工艺的要求，而且也能实现
节能、降低成本、减少污染，极大地改善了生产性能和环境污染，成为现代工业实践中非常重要的一种分离方法。
变压吸附PSA净化天然气技术黄星;曹文胜【摘要】为了满足天然气净化过程符合小型LNG装置机动灵活、开停方便的要求,采用PSA变压吸附法对天然气进行液化前的预处理.变压吸附法的关键在于吸附剂的选择.通过综述各种变压吸附法对天然气的净化处理,包括脱水、脱氮、脱碳、脱硫、脱汞等,探讨各种吸附剂的吸附能力以及吸附效果.最后,对变压吸附的前景进行了展望.【期刊名称】《低温与特气》【年(卷),期】2014(032)003【总页数】4页(P6-9)【关键词】天然气;净化;变压吸附;PSA;脱水【作者】黄星;曹文胜【作者单位】集美大学机械与能源工程学院,福建厦门361021;集美大学机械与能源工程学院,福建厦门361021;福建省能源清洁利用与开发重点实验室,福建厦门361021;福建省清洁燃烧与能源高效利用工程技术研究中心,福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TE6441.1 变压吸附基本原理变压吸附是利用分子筛筛分机理的特性来实现气体分离的。
即利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体分离或提纯的过程。
变压吸附净化过程中，各组分在吸附剂上的吸附能力随着压力的增高而增加，随着压力的降低而减少。
高压吸附，低压解吸，吸附剂可循环使用。
为了实现有效的气体分离，要求产品组分与杂质组分间的分离系数达到某一设计值，且必须考虑吸附剂对气体组分的吸附与解吸的矛盾。
吸附剂除了要具备较强的吸附性能外，还必须具备较好的解吸性能，这样才能保证吸附剂较长的使用寿命。
1.2 变压吸附技术的优点1.能耗低。
一方面是因为变压吸附（PSA）在常温下操作，不必加热和冷却；另一方面是PSA工艺压力范围广，一般为0.1～2.5 MPa，一些带压气源不需要再次加压。
2.工艺流程简单。
无需复杂的预处理工序即可实现多种气体的分离，对硫化物、烃类等有较强的吸附能力。
3.制备的产品纯度高、质量好。
真空变压吸附提纯沼气的实验摘要：沼气是微生物在厌氧条件下分解麦秸、垃圾等有机物产生的一种可燃性气体，其主要成分包括45%~70%（V）CH4、30%~45%（V）CO2及少量N2、H2S和H2。
沼气作为一种清洁能源，可以用作燃料、燃料电池、发电及车用燃料等。
其中，将其用作车用燃料不仅可以缓解能源紧张的问题，还可以实现废物的循环再利用，有效地解决环境污染问题。
然而，就目前我国沼气资源的利用方式而言，主要以农村照明、取暖与发电等直接燃烧为主，未净化的沼气中二氧化碳含量较高，直接燃烧显著降低了沼气的热值与有效利用率。
因此，利用工业技术脱除沼气中的二氧化碳，以提升甲烷的纯度，是实现沼气高效利用的必要阶段。
关键词：真空变压吸附；沼气；实验；甲烷1导言本文基于真空变压吸附分离工艺，选用实验室自制的碳分子筛，通过静态容积法测定二氧化碳与甲烷纯组分在283.15～323.15 K温度下，0～0.5MPa压力下的平衡吸附量以及动力学扩散系数。
其次，通过单塔穿透实验，结合吸附机理探讨了动态吸附分离性能的影响因素，选定了真空变压吸附分离过程的吸附压力与进料流量；最后，构建两塔六步的真空变压吸附分离工艺装置，用于沼气脱除二氧化碳以提纯甲烷的实验研究，并考察吸附时间与产品气冲洗率对分离效果的影响。
2实验部分2.1实验装置二氧化碳与甲烷在碳分子筛上的平衡吸附量与动力学扩散系数采用静态容积法测定，如图1所示，其中系统的参比槽与吸附槽为主体测试单元。
静态容积法测定纯组分平衡吸附量的原理是基于吸附前进入系统的气体总量与达到吸附平衡后系统内气体量的差值，且该气体量的差值可通过PVT状态方程计算。
参比槽与吸附槽的容积均为0.06 L。
平衡吸附量测定过程中，参比槽与吸附槽置于超级恒温水浴锅内，以维持环境温度的恒定。
真空变压吸附实验装置由二氧化碳与甲烷的混合原料气进行模拟，原料气的组成和流量由质量流量计控制，质量流量计的控制量程为0～5 L•min−1，测量精度为±1.5%。
本科毕业设计（论文）题目：CH4和CO2在煤层中吸附的分子模拟学生姓名：学号：专业班级：指导教师：2012年 6月 10 日摘要本文利用用Wiser煤分子模型，采用分子动力学（MD）模拟和巨正则蒙特卡洛（GCMC）模拟相结合的方法，构建了合理的无定形煤分子模型，模拟研究了CH4和CO2在煤层中的单组分吸附以及二元混合组分CH4/CO2吸附。
通过对吸附量、选择性系数、吸附热等参数的对比评定，分析了CH4和CO2在煤中的单组分吸附特性及其影响因素以及二元混合吸附时CH4与CO2的竞争吸附情况。
研究结果表明：CH4和CO2单组分吸附的吸附量均随温度的升高而减少，随压强的增大而增加；混合吸附过程中，CH4与CO2在煤层中存在竞争吸附，CO2的吸附量和吸附热均大于CH4，选择性系数S CH4/CO2＜1,因此，CO2在煤层中的竞争吸附性强于CH4，为注入CO2提高煤层气采收率提供了理论支撑。
关键词：煤；甲烷；二氧化碳；吸附量；竞争吸附；提高煤层气采收率ABSTRACTThis thesis employed the Wiser coal mode, using molecular dynamic simulation method to construct a reasonable amorphous cell model of coal. We simulated and studied the adsorption behavior of pure CH4 and CO2 and the adsorption behavior of binary CH4/CO2 on coal by the Grand Canonical Ensemble Monte Carlo (GCMC) simulation method. Through the analysis of adsorption capacity, selectivity and isosteric heat, we can obtain the single- component adsorption character, influencing factor and the competitive adsorption behavior of binary CH4/CO2on coal. The result of GCMC simulations indicated that the single-component adsorption amount of CH4 and of CO2 increases with pressure increases and decreases with temperature increases. In the binary CH4/CO2 adsorption, there is competitive adsorption between CH4 and CO2. And the adsorption capacity, selectivity and isosteric heat of CO2 are greater than that of CH4, demonstrating that CO2 has stronger adsorption ability than CH4. This can be an important theoretical foundation of enhanced coal bed methane (ECBM).Keywords: Coal；Methane；Carbon dioxide；Adsorption amount；Competitive adsorption；Enhanced coal bed methane (ECBM)目录第一章前言 (1)1.1煤层气概述 (1)1.1.1 煤层气概念及其在煤层中的存储 (1)1.1.2 煤层气吸附的研究现状 (2)1.2注入CO2增加CH4的产出率 (4)1.3分子模拟技术在煤层气研究中的应用 (5)第二章计算方法与软件介绍 (7)2.1巨正则蒙特卡洛方法简介 (7)2.1.1 系综类型 (7)2.1.2 蒙特卡洛方法简介 (7)2.2分子动力学方法简介 (9)2.3M ATERIALS S TUDIO软件介绍 (9)第三章煤结构模型的构建 (10)3.1煤分子结构的理论模型 (11)3.2煤结构模型的构建 (12)3.2.1 煤分子模型的选择 (12)3.2.2 平面煤分子模型的构建 (13)3.2.3无定形煤结构模型的构建 (14)3.3结果分析 (15)3.4本章小结 (16)第四章CH4和CO2在煤层中吸附的蒙特卡洛模拟 (17)4.1引言 (17)4.2吸附质分子的构建与优化 (17)4.3模拟方法及参数设置 (18)4.4计算结果与分析 (19)4.4.1 单组分等温吸附模拟 (19)4.4.2 二元混合组分的等温吸附模拟 (22)4.5本章小结 (27)第五章结论 (28)致谢 (30)参考文献 (31)第一章前言煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化，逐渐形成的固体可燃性矿产[1]。
变压吸附在沼气脱碳中的应用发布时间：2021-11-16T02:50:06.644Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：王珊珊王丹[导读] 文章主要是采用到吸附法对沼气中CH4-CO2的混合物进行了分离分析，在四塔变压吸附装置上展开了实验，然后分别检测了变压吸附脱碳前后砌体中的CH4和CO2的具体体积含量。
青岛天人环境股份有限公司山东省青岛市 266000摘要：文章主要是采用到吸附法对沼气中CH4-CO2的混合物进行了分离分析，在四塔变压吸附装置上展开了实验，然后分别检测了变压吸附脱碳前后砌体中的CH4和CO2的具体体积含量。
关键字：变压吸附；沼气脱碳；活性炭1、前言沼气主要是应用在民用炊事、生活照明以及发电中，其的功能单一且效率较低，为此可以利用到提纯分离技术使得沼气成为高热值的甲烷，能够用来取代天然气，或者可以加压成为汽车燃料进行使用，是当前国内外沼气行业开发的新方向。
2、试验2.1、吸附剂PSA工艺的基本条件是优异的吸附性能吸附剂。
首先，它易于再生，并且有必要尽可能多地使得具有良好的吸附选择性的组件，这取决于活性炭：硅胶可以是良好的吸附选择性吸附在气体中，选择两个吸附剂。
填充方法是下层是硅胶，上层是第一层硅胶是活性炭。
2.2、四塔变压吸附脱碳试验流程沼气（饲料气）通过塔a从底部和0.4MPa压力的底部吸附CO 2。
不可可及时的CH从吸附塔的顶部取出，其中大部分是产品的输出，另一个部分用于其他吸附柱的最终压力。
吸附步骤在停止吸附前部和塔的出口端停止之前停止，使得吸附柱的吸附前端和出口关闭，并且保持未使用的吸附剂在完成吸附步骤的两端之间，塔a停止进入进料并且连接到塔架的出口端，塔c的出口端处于压力均衡过程中的最低压力。
在压力均衡之后，两列的压力是吸附压力的1/2。
此时，塔式的吸附前面向前移动，但它尚未到达塔的出口。
均衡气体的纯度与产品的纯度基本相同。
该步骤称为塔C的均衡和提升，其在吸附塔的死区中恢复大部分产品组件和能量。
