论文部分内容阅读
煤层气中低浓度甲烷的开发和利用,具有重要的生态和环境保护意义,也可以实现较好的经济效益。难点是乏风瓦斯(VAM)体系中CH4浓度低,流量大,排放不稳定。吸附法可以提高乏风瓦斯中甲烷的浓度,大幅度提高其利用效率,降低成本,具有重要的现实意义。现有的吸附技术不适合乏风瓦斯浓缩的工程要求。本文对乏风瓦斯的浓缩工艺进行了系统的研究,具体工作内容如下:(1)乏风瓦斯浓缩吸附剂的特性研究。对甲烷浓度0.4%、风量500mL/min(风速0.106m/s)条件下,18种活性炭吸附剂上CH4分子的吸附穿透曲线和吸附量进行研究,并对其中具有代表性的3种活性炭样品,进行BET表征和FTIR测试分析。较大的比表面积是活性炭具有较高甲烷吸附量的前提,而合适的孔道分布与孔径结构则是决定甲烷吸附性能的关键。(2)乏风瓦斯浓缩吸附剂的工艺研究。通过改变实验工艺条件,考察了实验温度、实验压力、活性炭颗粒度、气体风速和甲烷浓度等因素对CH4/空气分离效果的影响。甲烷的穿透吸附量和饱和吸附量随颗粒度的减小变化不大,20～40目的活性炭吸附效果最好;当实验温度越低、压力越高、原料气体风速越小、吸附气体浓度越大时,活性炭对甲烷的吸附穿透时间越长,相应的吸附量也越大,且呈现一定的数学关系。(3)乏风瓦斯浓缩吸附剂的改性研究。研究了高温改性、水蒸气处理、HNO3氧化和氨水还原等改性工艺对活性炭吸附甲烷性能的影响。水蒸气处理和高温改性对活性炭表面性质影响较小,对穿透时间影响不大,但对饱和吸附量略有影响;经过HNO3氧化改性后,活性炭的总比表面积降低,存在酸性官能团,不利于甲烷的吸附;活性炭经10%氨水改性后,可以提高其甲烷吸附性能,且随着氨水浓度增加时,活性炭的甲烷吸附效果先增加,然后有下降的趋势。