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CH4/N2体系的分离对于煤层气资源的开发利用有着重要意义,本文论述了目前用于CH4/N2体系分离的几种主要方法,重点分析了基于吸附平衡效应及吸附动力学效应的研究现状。
采用容积法测试了CH4、N2纯组分在活性炭204-Ⅱ及斜发沸石分子筛上的吸附平衡数据,实验温度范围253.2~313.2K,压力范围0~3MPa。采用动态法测试了CH4、N2纯组分及其混合体系在活性炭204-Ⅱ和3A、4A沸石分子筛上的动力学穿透曲线,温度范围253.2~333.2K,压力范围0~1MPa。采用真空解吸He吹扫的方法考察了不同条件下,活性炭204-Ⅱ对CH4/N2混合体系中CH4的吸附提浓效果。
采用Langmuir-Freundlich吸附模型和亨利定律对CH4、N2纯组分在活性炭204-Ⅱ及斜发沸石分子筛上的吸附平衡实验数据进行了拟合,分析了不同条件下纯组分气体在相应吸附剂上的吸附特性,结果表明低压高温是提高CH4、N2在活性炭204-Ⅱ上吸附平衡性差异的有利条件,而斜发沸石分子筛如处理不当,难以用于CH4/N2混合气体吸附分离。通过对不同条件下CH4、N2纯组分及混合组分在活性炭204-Ⅱ和3A、4A沸石分子筛上穿透曲线的比较,分析了系统温度、吸附压力对气体通过吸附固定床的穿透时间、传质区长度等吸附动力学特性的影响,初步判定了吸附提浓CH4过程的穿透时间点,探讨了有利于CH4/N2混合体系吸附分离的操作条件,实验表明在活性炭204-Ⅱ上低温有利于提高吸附提浓效果,压力升高时提浓效果略有下降,而3A、4A沸石分子筛不适于CH4/N2体系的吸附分离。
采用Extended-Langmuir方程作为描述多组分吸附平衡的模型,结合LDF(Linear Driving Force)模型,利用描述动态吸附过程中柱动力学穿透曲线的过程模型,通过与纯组分气体在活性炭204-Ⅱ上穿透曲线的比较,得到气体的线性推动力系数,然后运用于CH4/N2混合体系穿透曲线的预测。通过对不同条件下固定吸附床的模拟结果进行分析,探讨了提纯CH4的有利操作条件,结果表明原料气中CH4含量较低时提浓效果明显。