本文選題：乏風(fēng)瓦斯　切入點(diǎn)：變壓吸附　出處：《北京工業(yè)大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：主要圍繞乏風(fēng)瓦斯富集和分離，進(jìn)行了負(fù)載金屬改性活性炭、KOH改性活性炭和活性炭纖維、高溫焙燒改性活性炭等變壓吸附分離吸附劑的研究工作，并進(jìn)行了中試用吸附劑的工業(yè)化制備和中試實(shí)驗(yàn)。 以吸附劑的分離系數(shù)α、吸附能力選擇系數(shù)W、吸附選擇參數(shù)S和吸附量V等為評(píng)價(jià)參數(shù)，以孔徑、孔容、比表面積等為參考，進(jìn)行改性碳材料吸附劑的篩選。活性炭中選擇PA-1進(jìn)行金屬負(fù)載改性，10~20mesh椰殼炭進(jìn)行高溫焙燒和KOH活化改性，選擇ZC1326作為ACF中最適合的改性材料。 采用水熱法負(fù)載金屬改性活性炭PA-1進(jìn)行了金屬離子的選擇，其中以Ti改性尤為突出。采用分離系數(shù)、吸附選擇能力系數(shù)、吸附選擇參數(shù)和在150kPa時(shí)的CH4吸附量來評(píng)價(jià)吸附劑的性能，并進(jìn)行了常溫常壓穿透實(shí)驗(yàn)測試其吸附性能。分離系數(shù)α由PA-1的4.0變化為Ti-PA-1-160℃的4.3和Ti-PA-1-160℃-1100℃的3.9，吸附能力選擇系數(shù)W也從PA-1和Ti-PA-1-160℃的2.8降至Ti-PA-1-160℃-1100℃的2.2，，相應(yīng)的吸附選擇參數(shù)S為：11.20、12.04和8.58，但其在150kPa時(shí)對(duì)甲烷的吸附量V卻從22.7cm~3/g升至34.4cm~3/g，增加了51.5%。1100℃N_2保護(hù)焙燒的Ti改性活性炭CH4常壓穿透曲線的穿出點(diǎn)為111s，比未改性的活性炭和160℃水熱方法Ti改性活性炭滯后了41%和50%。浸漬負(fù)載Sr改性活性炭表現(xiàn)出對(duì)N_2極低的吸附性能。 采用KOH和活性炭混合法改性椰殼炭及KOH溶液浸漬法改性活性炭纖維進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)KOH：C=2：1、碳化溫度和活化溫度分別為500℃和800℃、碳化時(shí)間和活化時(shí)間分別為1h和2h時(shí)，改性后的活性炭吸附效果最佳，對(duì)甲烷的吸附量V高達(dá)51.6cm~3/g，分離系數(shù)α為4.2，吸附選擇能力W系數(shù)為2.5，吸附選擇參數(shù)S為10.50，分別比未改性前變化了+63.8%，-10.6%，+4.2%和-6.9%。當(dāng)KOH濃度為13%、活化時(shí)間為40min、活化溫度為800℃時(shí)，改性后的活性炭纖維吸附效果最佳，分離系數(shù)α為4.2，吸附選擇能力系數(shù)W為2.4，吸附選擇參數(shù)S為10.08，雖然三個(gè)參數(shù)比未改性前分別降低了4.5%、11.1%和15.2%，但其對(duì)甲烷的吸附量V卻達(dá)到49.4cm~3/g，比未改性前增加了48.3%。 采用高溫焙燒對(duì)活性炭進(jìn)行改性研究。考察了不同焙燒溫度、不同焙燒時(shí)間、不同焙燒氣氛對(duì)椰殼炭分離CH4/N_2性能和物理性能的影響，采用分離系數(shù)、吸附選擇能力系數(shù)、吸附選擇參數(shù)和在150kPa時(shí)的CH4吸附量來評(píng)價(jià)吸附劑的性能，并進(jìn)行了常溫常壓穿透實(shí)驗(yàn)測試其吸附性能。在實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)N_2保護(hù)下600℃焙燒4h時(shí)，改性椰殼炭的物理性能沒有明顯改變的情況下，具有良好的吸附分離性能。此時(shí)改性后的活性炭分離系數(shù)α為4.8，比未改性前的4.7增大了2.1%；吸附選擇能力系數(shù)W為2.2，比未改性前的2.4降低了8.3%，吸附選擇參數(shù)S為10.56，比未改性前的11.28降低了6.4%，對(duì)甲烷的吸附量V為36.0cm~3/g，比未改性前的31.5cm~3/g增大了14.3%；常壓穿透曲線穿出點(diǎn)為172s，比未改性前的55s滯后了212.7%。 中試用吸附劑的工業(yè)化制備采用氮?dú)獗Ｗo(hù)650℃焙燒4h、1mol/LHCl溶液浸泡24h、洗滌和熱風(fēng)烘干工藝，制得烘干后的活性炭為3745kg，總的損失率為22.4%。搭建了一套原料氣進(jìn)氣量為1000m~3/h的煤礦乏風(fēng)瓦斯分離富集中試試驗(yàn)裝置。利用乏風(fēng)減量裝置，通過旋流富集在出口中心部分最高可獲取的甲烷濃度可達(dá)0.3%。在乏風(fēng)瓦斯平均濃度約為0.2%的條件下，吸附分離富集系統(tǒng)出口的瓦斯?jié)舛取?%，回收率可達(dá)到50%左右。
[Abstract]:Mainly around the ventilation gas enrichment and separation of metal loaded activated carbon modified KOH, modified activated carbon and activated carbon fiber, research PSA adsorbent temperature roasting modified activated carbon, and the trial adsorbent for the industrial preparation and pilot experiment.
In order to separate the coefficient of adsorbent, selectivity coefficient W adsorption capacity, adsorption parameters S and V adsorption amount as evaluation parameters, the aperture, Kong Rong, the specific surface area for reference, modify the selection agent of carbon materials in the activated carbon adsorption. PA-1 modified 10~ 20mesh supported metal, coconut shell carbon calcination and activation of KOH modified, modified materials of ACF ZC1326 is selected as the most suitable.
Metal modified activated carbon PA-1 was the choice of metal ions loaded by hydrothermal method, which modified by Ti is particularly prominent. The separation factor, capacity factor of selective adsorption, adsorption parameters and the adsorption amount of CH4 in the 150kPa to evaluate performance of the adsorbent, and the atmospheric penetration test and its adsorption properties the separation coefficient by 4. The change of PA-1 Ti-PA-1-160 and Ti-PA-1-160 4.3 DEG -1100 DEG C 3.9, adsorption capacity selection coefficient W from the PA-1 and Ti-PA-1-160 C 2.8 to 2.2 DEG -1100 DEG Ti-PA-1-160, the corresponding adsorption parameter selection of the S were 11.20,12.04 and 8.58, but the adsorption capacity of V in 150kPa methane is increased from 22.7cm~3/g to 34.4cm~3/g, 51.5%.1100 C N_2 piercing point protection roasting Ti modified activated carbon CH4 atmospheric penetration curve was 111S, modified activated than unmodified activated carbon and 160 DEG C hydrothermal method Ti Carbon lagged by 41% and 50%. impregnated Sr modified activated carbon showed a very low adsorption performance to N_2.
Modified activated carbon fiber was studied with modified coconut shell charcoal and KOH solution dipping method using KOH and activated carbon hybrid method. When KOH:C=2:1, carbonization temperature and activation temperature were 500 degrees and 800 degrees, carbonization time and activation time were 1H and 2H, the modified activated carbon adsorption effect is the best the adsorption capacity of methane, V up to 51.6cm~3/g, separation coefficient is 4.2, W coefficient is 2.5 adsorption, adsorption parameters of S was 10.50, respectively, than the unmodified variation before +63.8%, -10.6%, +4.2% and -6.9%. when the KOH concentration is 13%, the activation time was 40min, activation temperature was 800 when the change of the adsorption effect of activated carbon fiber, separation coefficient is 4.2, the adsorption ability coefficient W is 2.4, the adsorption parameter selection of S was 10.08, while the three parameter than the unmodified before were reduced by 4.5%, 11.1% and 15.2%, but the methane adsorption capacity of V has reached 49.4cm~3/g, An increase of 48.3%. before the unmodified
High temperature roasting of activated carbon was modified. The effects of the calcination temperature, calcination time, calcination atmosphere on the effects of different coconut shell carbon separation CH4/N_2 and physical properties, the separation coefficient, capacity coefficient of selective adsorption, adsorption parameters and the adsorption amount of CH4 in the 150kPa to evaluate performance of the adsorbent. And the atmospheric penetration test. The adsorption performance of N_2 under the protection of 600 DEG 4H calcined in the range of experimental studies, no significant changes in physical properties of the modified coconut shell charcoal case has good adsorption separation performance. The modified activated carbon separation coefficient is 4.8, than unmodified before 4.7 increased 2.1%; adsorption ability coefficient W is 2.2, than the unmodified before 2.4 reduced 8.3%, adsorption parameter selection of S was 10.56, 11.28 of the former than the unmodified reduced 6.4%, adsorption capacity of methane is 36 V The cm~3/g, increased by 14.3% than that before the unmodified 31.5cm~3/g; the penetration point of the atmospheric pressure was 172s, and the 55s lagged behind the unmodified 212.7%..
In the trial of adsorbent prepared by industrial nitrogen protection 650 C roasting 4h, 1mol/LHCl solution 24h, washing and drying process, after drying the prepared activated carbon is 3745kg, the total loss rate of a set of raw gas into the gas of 1000m~3/h coal mine ventilation air methane separation and enrichment test device 22.4%.. Use of ventilation air reduction device, through the cyclone enriched in the central part of the highest export available methane concentration up to 0.3%. in the average concentration of VAM is about 0.2% under the condition that the gas concentration is more than 1% adsorption separation and preconcentration system for export, the recovery rate can reach about 50%.

【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TD712

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本文編號(hào)：1639228