【摘 要】
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煤矿井下抽采的煤层气CH4浓度低,一般为18%～32%,商业化的利用煤层气需要分离CO2、N2等气体,将煤层气提纯和提浓。变压吸附是提纯CH4重要手段之一,提纯的关键是研发吸附剂。论文以无烟煤为原材料,基于水蒸气活化法制备煤基活性炭方法,开展煤基活性炭的制备工艺、煤基活性炭孔结构、煤基活性炭的吸附性能的研究。通过理论与试验分析,取得的主要成果如下:①得到了在N2氛围下煤基活性炭的最优制备工艺,即预
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煤矿井下抽采的煤层气CH4浓度低,一般为18%～32%,商业化的利用煤层气需要分离CO2、N2等气体,将煤层气提纯和提浓。变压吸附是提纯CH4重要手段之一,提纯的关键是研发吸附剂。论文以无烟煤为原材料,基于水蒸气活化法制备煤基活性炭方法,开展煤基活性炭的制备工艺、煤基活性炭孔结构、煤基活性炭的吸附性能的研究。通过理论与试验分析,取得的主要成果如下:①得到了在N2氛围下煤基活性炭的最优制备工艺,即预氧化温度430℃,预氧化时间1h,炭化温度为600℃,炭化时间为2.5h,活化温度为900℃,活化时间为2.5h,活化速率为1.33ml/min;上述方法制备的煤基活性炭BET 比表面积为782.04m2/g,总孔容为0.468cm3/g,其中微孔孔容占81.9%。②水蒸气活化法制备煤基活性炭过程中,预氧化和活化两个步骤对煤基活性炭的性能影响较大,炭化过程对煤基活性炭的孔结构影响较小。③水蒸气速率增大到一定程度,煤基活性炭微观结构会出现一定程度的坍塌,导致微孔孔容减小;另外制备工艺过程中适当提高预氧化温度可以在一定程度上增强活性炭晶体结构的稳定性。④制备的煤基活性炭系列样品中,样品LN-2的分离系数SCO2/CH4为3.17,分离效果最好。表明制备工艺参数中活化速率适中,适当增长活化时间有助于微孔的生成。⑤Langmuir模型、准二级吸附动力学方程能较好的反应煤基活性炭的吸附规律和吸附动力学特性。论文研究成果丰富了吸附剂研发理论与技术,具有重要的科学意义和工程实用价值。
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