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吸附法浓缩含 CO2 煤层气过程研究

吸附法浓缩含 CO2 煤层气过程研究. 汇报人： 张玉 时 间： 2012.09.20. 煤层气 甲烷富集的核心问题就是 CH4/N2 分离，这同时也是最困难的问题。除了 CH4 外，煤层气的主要杂质是 N2 ， CH4 与 N2 在常温下都属于超临界温度气体，具有不可凝聚性，且物理化学性质相近，很难分离。目前 CH4/N2 分离的方法主要有低温精馏法、膜分离法和变压吸附法。. 1. 含有 CO2 的煤层气.

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吸附法浓缩含 CO2 煤层气过程研究

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  1. 吸附法浓缩含CO2煤层气过程研究 汇报人： 张玉 时 间：2012.09.20

  2. 煤层气甲烷富集的核心问题就是CH4/N2分离，这同时也是最困难的问题。除了CH4外，煤层气的主要杂质是N2，CH4与N2在常温下都属于超临界温度气体，具有不可凝聚性，且物理化学性质相近，很难分离。目前CH4/N2分离的方法主要有低温精馏法、膜分离法和变压吸附法。煤层气甲烷富集的核心问题就是CH4/N2分离，这同时也是最困难的问题。除了CH4外，煤层气的主要杂质是N2，CH4与N2在常温下都属于超临界温度气体，具有不可凝聚性，且物理化学性质相近，很难分离。目前CH4/N2分离的方法主要有低温精馏法、膜分离法和变压吸附法。

  3. 1.含有CO2的煤层气 煤层气的组成除了CH4和N2以外，通常还含有较高含量的CO2。处于提高热值和设备防腐等方面的需要，传统工艺煤层气在甲烷富集前会经过预脱碳步骤除去CO2，工艺步骤复杂，经济成本高本研究从选择制备高效分离吸附剂与革新分离工艺入手解决这一难题。采用理论与实验相结合的方法明确CH4/N2在吸附剂上的分离机理，解析影响分离效果的关键因素，并首次提出含有CO2吸附置换步骤的变压吸附分离工艺，改变了在基于吸附平衡差异实现分离的传统PSA工艺中CH4只能在解吸时得到的现状，使得CH4在塔顶富集，显著提高了产品气的纯度和收率。

  4. 实验原理： CH4和N2有着不同的吸附机理，在吸附剂上的亲和能力高于二者（CO2>CH4>N2） 如果在煤层气的浓缩过程中不经预脱碳步骤，而将CO2直接引入CH4/N2的吸附分离过程，即可利用其与吸附剂表面较强的吸附亲和力，将吸附的CH4置换出来，推至塔顶 。

  5. 浓缩区域图： 吸附置换过程中从塔底至塔顶，分布有三个浓缩区域（依次是CO2、CH4、N2）和两个清晰边界

  6. 高效吸附剂的选择 金属有机骨架材料MOFs是一种典型的微孔材料，同传统的吸附材料相比因其具有孔隙率高、孔结构可控、比表面积大、化学性质稳定等优点，所以广泛应用在储气、分离、催化、传感和药物控释等方面。MOFs材料很容易制备，同时MOFs材料的具有相对较高的合成产量 。所以本次实验采用MIL-101作为吸附剂。

  7. CO2/CH4/N2常温下吸附等温线

  8. 方法的可行性 由三种气体在MIL-101上的吸附等温线可以看，本研究在高效分离吸附剂上采用添加CO2吸附置换步骤的PSA工艺实现在塔顶富集产品气CH4的方法从理论上是可行的。从临界温度两侧吸附机理的差异来看，常温下可凝聚的CO2，在活性炭上的吸附机理为孔填充，而CH4在常温时属于超临界温度气体，在活性炭表面仅存在单分子层吸附，其与吸附剂表面的亲和力低于CO2，吸附塔内CO2的浓缩区必定在CH4之后，因此能够实现将CH4推至塔顶的目的。

  9. 谢 谢!

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