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活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能

來(lái)源：廣州市怡森環(huán)保設(shè)備有限公司   2024年11月28日 08:35   75

活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能

　
　　變壓吸附技術(shù)已經(jīng)成為一種很常用的分離和提純工藝；變壓吸附脫除CO2常用的吸附劑為活性炭。活性炭品種繁多,因原料及制造工藝條件差異，吸附性能也有較大差異。本文研究4種活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能的表征結(jié)果以及它們的動(dòng)態(tài)吸附性能，比較它們?cè)谙嗤瑮l件下的吸附效果,以及不同的吸附條件對(duì)吸附過(guò)程的影響。

　　一、活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能研究部分

　　（1）活性炭的表征物理特性

　　實(shí)驗(yàn)選取一種國(guó)外活性炭和3種國(guó)內(nèi)活性炭，以下分別用AC1、AC2、AC3和AC4表示。測(cè)得它們一般的宏觀物理特性見(jiàn)表1。


　?。?）吸附等溫線

　　實(shí)驗(yàn)在ASAP2020儀器上測(cè)定了4種活性炭在273K的吸附等溫線,見(jiàn)圖1。

　　由圖1可以看出這4種活性炭的吸附等溫線都為優(yōu)惠型吸附等溫線,吸附質(zhì)的分壓較低時(shí),吸附劑的吸附量仍保持在較高水平,有利于吸附的分離。AC2對(duì)CO2的平衡吸附量高于AC1。

　?。?）比表面、孔容及孔徑分布

　　采用BEL JAPAN. INC吸附儀用液氮法測(cè)定比表面積及孔容,結(jié)果見(jiàn)表2。

　　采用ASAP2020在273K下CO2的吸附脫附情況，用DFT模型測(cè)得3種國(guó)產(chǎn)活性炭的孔徑分布和國(guó)外活性炭的孔分布情況相似,主要為微孔?？讖皆?.6nm左右分布較多。

　?。?） XRD分析

　　采用D8 ADVANCE型X衍射儀對(duì)這4種活性炭進(jìn)行了XRD分析，如圖2所示。

　　圖2中看出4種活性炭的XRD圖基本一致,都為C成分。通過(guò)XRD圖可看出,AC4在26°處有個(gè)石墨的特征峰,即含有少量的石墨成分，而其它的都為炭。

　　二、研究活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能的動(dòng)態(tài)吸附

　?。?）研究材料及裝置

　　活性炭在使用前進(jìn)行活化,將活性炭放在管式爐中加熱到120℃,恒溫保持4h，整個(gè)過(guò)程中用惰性氣體N2吹掃,待活化完成溫度降到室溫后，將活性炭取出,裝人袋中密封備用，單塔變壓吸附裝置示意圖見(jiàn)圖3。
活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能

　　裝置中吸附柱尺寸為φ21mmx400mm,吸附劑裝滿(mǎn)吸附柱,吸附溫度為常溫。自配混合氣中CO2濃度為13% ~14% ,其余為氮?dú)?。氣相色譜為SP-6800A型氣相色譜儀,采用Porapak Q的固定相載體裝填色譜柱。

　?。?）研究方法

　　先用氮?dú)獬鋲褐廖綁毫箨P(guān)閉氮?dú)獯蜷_(kāi)混合氣則吸附開(kāi)始,吸附尾氣經(jīng)六通閥和皂沫流量計(jì)排空,每隔2min~4min用六通閥將氣路切至氣相色譜對(duì)尾氣進(jìn)行分析,記錄尾氣濃度隨時(shí)間的關(guān)系可得穿透曲線,即可計(jì)算出動(dòng)態(tài)吸附容量。尾氣濃度達(dá)到原混合氣濃度的98%并恒定時(shí),可認(rèn)為吸附已達(dá)到平衡。即可結(jié)束吸附過(guò)程進(jìn)行順向放壓并記錄出口濃度隨壓力的變化關(guān)系,順?lè)胖脸簳r(shí)再抽真空使吸附劑再生進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。

　　三、活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能結(jié)果與討論

　?。?）吸附壓力的影響

　　吸附劑經(jīng)過(guò)多次吸附,每個(gè)吸附周期中抽真空再生時(shí)間為5min,原料氣流速為200m/min,測(cè)定各種吸附劑分別在0.2MPa、0.5MPa和0.8MPa的吸附壓力下的穿透曲線見(jiàn)圖4。4種活性炭在同樣實(shí)驗(yàn)條件下的穿透曲線形狀相差不大。



　　從每種活性炭來(lái)看,隨著吸附壓力增高,穿透點(diǎn)t后移,吸附容量V明顯增大,床層的利用率顯著提高。這是因?yàn)殡S著吸附壓力的提高,單位體積內(nèi)混合氣中CO2的分壓增加,傳質(zhì)推動(dòng)力增大,加大了傳質(zhì)速率和吸附容量。

　　活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能研究，綜合考慮上述因素，AC2活性炭是較為理想的變壓吸附用吸附劑,多次吸附后較為穩(wěn)定,有較好的凈化度,表現(xiàn)出良好的變壓吸附特性。

關(guān)鍵詞：色譜柱
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