规整复合吸附剂真空变压吸附分离CH4/N2工艺模拟与分析

摘要

为减少甲烷排放,实现低浓度煤层气有效资源化利用,探究了使用规整复合吸附剂真空变压吸附富集低浓度煤层气的工艺.采用静态容积法测定了甲烷、氮气在规整复合吸附剂上的吸附等温线,同时建立了包括质量、热量和动量守恒在内的严格吸附床数学模型,设计了三塔连续进料的真空变压吸附工艺并进行模拟.分析了工艺达到循环稳态后吸附床层轴向温度分布和压力变化,并且探究了进料量、解吸压力、原料气中甲烷浓度和吸附压力对纯度、回收率、工艺能耗和吸附剂产率等工艺性能的影响.模拟结果表明,在进料量为100 L·min-1,解吸压力为0.1 bar(1 bar=0.1 MPa),原料气甲烷浓度为30％,吸附压力为3 bar时可以生产纯度为59.07％,回收率为93.64％的富CH4产品气,同时单位能耗为18.70 kJ·mol-1,吸附剂产率为4.56 mol·h-1·kg-1.表明规整吸附剂对CH4/N2具有良好的吸附分离效果,能够实现低浓度煤层气中甲烷高效富集.