【摘 要】
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近年来,随着我国经济的快速发展,能源供需差距逐渐扩大。在能源稀缺的整个大环境下,煤层气与合成氨生产企业更需要对气体进行科学有效的回收再利用。煤层气（CBM）是一种洁净且优质的能源,其中甲烷含量少且杂质成分较多,因此急需解决甲烷提纯净化的难题,从而提高它的利用价值;合成氨尾气分离后的氢气及氮气能够继续用作合成氨的原料,从而节约资源,并增加产量。由于传统的分离技术有各自的局限性,因此仍需要研究和开发新
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近年来,随着我国经济的快速发展,能源供需差距逐渐扩大。在能源稀缺的整个大环境下,煤层气与合成氨生产企业更需要对气体进行科学有效的回收再利用。煤层气（CBM）是一种洁净且优质的能源,其中甲烷含量少且杂质成分较多,因此急需解决甲烷提纯净化的难题,从而提高它的利用价值;合成氨尾气分离后的氢气及氮气能够继续用作合成氨的原料,从而节约资源,并增加产量。由于传统的分离技术有各自的局限性,因此仍需要研究和开发新的捕集和分离技术。本文我们将ZIF-8和甲基环己烷（Methylcyclohexane,MCH）配制成悬浮浆液体系,运用吸收-吸附浆态法分离CH4/N2、N2/H2混合气,研究不同情况下ZIF-8浆液分离混合气的效果。主要工作如下:（1）ZIF-8/MCH浆液吸收纯组分气体的研究:首先测量了293.15 K下三种不同固含量的复合溶剂的密度及粘度,随后测量了ZIF-8/MCH浆液对CH4、N2、H2吸收等温线并计算解吸热,测量了单组分气体的吸收速率,结果显示ZIF-8/MCH浆液对CH4的溶解度远大于N2和H2的溶解度,展现出了很好的分离CH4/N2和N2/H2的潜力。粘度和解吸热均保持在较低水平,25 wt%的ZIF-8/MCH浆液吸收0.2 mol·L-1的CH4、N2、H2的解吸热分别为8.5 k J/mol、2.5 k J/mol和2.0 k J/mol。温度对溶解速率和溶解平衡时间的影响不大;初始进气压的增加虽然可以提高初始溶解速率,却略微延长了溶解平衡时间;高固含量的ZIF-8/MCH浆液会加快溶解的速率,因而总体来说,缩短平衡时间。（2）ZIF-8/MCH浆液分离CH4/N2和N2/H2的研究:进行了不同固含量的ZIF-8/MCH浆液分离C H4/N2和N2/H2混合气的实验;选用25 wt%的ZIF-8/MCH浆液进行了CH4/N2和N2/H2混合气分离实验;考察了温度、压力、原料气组成对分离效果的影响;测量了混合气分离的速率及浆液再生性。结果表明,固含量越高,分离因子越大;低温、低初始进气压有助于CH4/N2和N2/H2的分离,在263.15K、1 MPa时25 wt%的ZIF-8/MC H浆液分离CH4/N2和N2/H2的选择性分别为2.82和2.76。根据P-T-x-y相图,估计了吸收-解吸循环操作过程中的理论板数。速率过程研究表明浆液分离混合气所需时间略长于对单组份气体的吸收;由于ZIF-8/MCH浆液解吸热低,解吸35 min即可实现浆液再生。本研究通过测定一系列热力学数据并结合速率分析,提供了适用于分离CH4/N2和N2/H2的热力学模型,可为工业化应用提供一些指导。
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