為給煤層氣中甲烷與氮氣的變壓吸附分離提供相關(guān)的模型和熱力學數(shù)據(jù),采用靜態(tài)體積法測試了溫度298.15、313.15、328.15 K時,CH4/N2在自制炭分子篩上的吸附量,使用Langmuir等9個吸附模型對吸附量進行了非線性擬合,通過比較各吸附模型的擬合精度,得出最優(yōu)化體積填充模型DA擬合效果最好,經(jīng)驗方程Freundlich模型擬合效果最差,Langmuir、Sips和Toth等模型擬合效果適中,同種模型對于N₂的擬合程度好于CH₄。同時對各模型的擬合參數(shù)進行了分析,BET方程不適合描述CH₄、N₂在該炭分子篩上的吸附,Langmuir、Toth、E-L等模型中飽和吸附量qm均隨溫度的升高而減小,且溫度變化對于N₂的飽和吸附量影響較大;E-L模型、Toth模型和Sips模型中反映吸附劑表面能量不均勻性的參數(shù)n隨著溫度的升高而增大,F-L模型中分形維數(shù)D的增大表明溫度升高增加了炭分子篩表面不均一性。吸附熱力學分析表明,該炭分子篩對于CH₄、N_... 

【文章來源】：煤炭科學技術(shù). 2016年09期 北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

炭分子篩的氮氣吸附－脫附等溫線

?餃攘ρХ治觶?云諼?溲刮?教崤ǖ團?度煤層氣提供基礎(chǔ)的模型數(shù)據(jù)和熱力學數(shù)據(jù)。1試驗原料和方法1.1試驗原料試驗所用氣體CH4純度為99.95%，N2純度為99.99%。炭分子篩(CMS)為課題組自制，以脫除灰分后的太西無煙煤為炭質(zhì)原料，采用炭化－活化－氣相碳沉積工藝制備，采用ASAP2020型自動物理吸附儀，通過測定低溫氮氣吸附－脫附等溫曲線(圖1)，以BET法計算其比表面積，由相對壓力p/p0=0.99時的吸附量計算總孔容［16］，t－plot法計算微孔孔容［17］，DFT法計算孔徑分布［18］，孔徑分布如圖2所示。計算得炭分子篩總孔容為1.012cm3/g，微孔孔容為0.567cm3/g，平均孔徑為0.855nm。圖1炭分子篩的氮氣吸附－脫附等溫線Fig.1Adsorption－desorptionisothermsofN2onCMS圖2炭分子篩的孔徑分布Fig.2PoresizedistributionofCMS1.2吸附量測試吸附量測試采用3H－2000PH2型高溫高壓吸附儀，測試重復性誤差小于±2%，通過程序設(shè)置，可自行達到試驗所需的壓力、溫度條件，通過程序輸出不同壓力下的平衡吸附量數(shù)據(jù)。測試前，將樣品干燥24h后對其進行預(yù)處理，預(yù)處理溫度為250℃，真空度0.1mPa，脫氣12h，消除已吸附氣體的影響，分別測試298.15、313.15、328.15K時，0～0.3MPa條件下，CH4和N2純組分氣體在炭分子篩上的吸附量，繪制吸附等溫線，如圖3所示。由圖3可知，在相同溫度下，同種氣體的吸附量隨溫度的升高而減小;在相同壓力下，CH4的吸附量大于N2的吸附量。分析其原因，一是由于兩者的分子半徑的差異，CH4具有相對較高的極化率25.9×10－25cm3，而N2的極化率為17.4×10－25cm3;二是氣體臨界溫度越低，氣體越難被吸附，在3個測試條件下，N2偏

2016年第9期煤炭科學技術(shù)第44卷圖3不同溫度下CH4和N2在CMS上的吸附等溫線Fig.3AdsorptionisothermsofCH4andN2onCMSatdifferenttemperatures2吸附等溫線的擬合模型2.1模型方程簡介通常可從等溫線的模型擬合參數(shù)得出吸附劑的某些性質(zhì)，因此應(yīng)盡量采用參數(shù)有物理意義的吸附等溫線模型擬合試驗數(shù)據(jù)［8］。筆者采用的9種吸附模型見表1。表1中，模型6—模型9中測試溫度、壓力下的飽和蒸氣壓p0，由于在試驗溫度298.15、313.15、333.15K時甲烷的吸附溫度已經(jīng)處于臨界溫度之上，臨界條件下的飽和蒸氣壓便失去了物理意義，因此采用Dubinin建立的超臨界條件下虛擬飽和蒸氣壓的經(jīng)驗計算公式［25］:p0=pc(T/Tc)2(1)其中:pc為臨界壓力;T為試驗溫度;Tc為臨界溫度。甲烷的Pc取值為4.62MPa，Tc取值為190.6K;氮氣的Pc取值為3.39MPa，Tc取值為126.1K。194

【參考文獻】：
期刊論文
[1]變壓吸附分離CH4/N2用沸石分子篩的研究進展[J]. 楊志遠,王德超,劉嬌萍.  潔凈煤技術(shù). 2015(06)
[2]頁巖氣超臨界吸附的Dubibin-Astakhov改進模型[J]. 熊健,劉向君,梁利喜,雷夢.  石油學報. 2015(07)
[3]CH4/N2在炭分子篩上的吸附平衡與擴散模型[J]. 王鵬,石耀琦,馬正飛,劉曉勤.  高校化學工程學報. 2014(03)
[4]基于沸石ZSM-5的CH4/N2/CO2二元體系吸附平衡[J]. 沈文龍,李嘉旭,楊穎,李平,于建國.  化工學報. 2014(09)
[5]甲烷在石墨烯與活性炭上的吸附平衡[J]. 王曉華,鄭青榕,高帥.  集美大學學報(自然科學版). 2013(06)
[6]頁巖甲烷吸附等溫線擬合模型對比分析[J]. 楊峰,寧正福,孔德濤,彭攀,趙華偉.  煤炭科學技術(shù). 2013(11)
[7]CO2/CH4/N2在沸石13X-APG上的吸附平衡[J]. 孔祥明,楊穎,沈文龍,李平,于建國.  化工學報. 2013(06)
[8]ZIF-8吸附劑上CH4/N2的吸附分離性能與熱力學性質(zhì)[J]. 胡江亮,孫天軍,任新宇,常麗萍,王樹東.  燃料化學學報. 2013(06)
[9]甲烷在活性炭上吸附平衡模型的研究[J]. 高帥,鄭青榕.  燃料化學學報. 2013(03)
[10]甲烷吸附儲存條件下狀態(tài)方程的選用[J]. 賈錚,黎海波,于振興,王鵬,范雪蕾.  油氣儲運. 2011(07)



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