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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?；钚蕴科贩N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)果以及它們的動態(tài)吸附性能，比較它們在相同條件下的吸附效果,以及不同的吸附條件對吸附過程的影響。

　　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

　　實驗選取一種國外活性炭和3種國內(nèi)活性炭，以下分別用AC1、AC2、AC3和AC4表示。測得它們一般的宏觀物理特性見表1。

　?。?）吸附等溫線

　　實驗在ASAP2020儀器上測定了4種活性炭在273K的吸附等溫線,見圖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,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CO2的平衡吸附量高于AC1。

　　（3）比表面、孔容及孔徑分布

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

　　采用ASAP2020在273K下CO2的吸附脫附情況，用DFT模型測得3種國產(chǎn)活性炭的孔徑分布和國外活性炭的孔分布情況相似,主要為微孔。孔徑在0.6nm左右分布較多。

　?。?） XRD分析

　　采用D8 ADVANCE型X衍射儀對這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XRD圖可看出,AC4在26°處有個石墨的特征峰,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，整個過程中用惰性氣體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圖3。

　　裝置中吸附柱尺寸為φ21mmx400mm,吸附劑裝滿吸附柱,吸附溫度為常溫。自配混合氣中CO2濃度為13% ~14% ,其余為氮氣。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

　　先用氮氣充壓至吸附壓力后關(guān)閉氮氣打開混合氣則吸附開始,吸附尾氣經(jīng)六通閥和皂沫流量計排空,每隔2min~4min用六通閥將氣路切至氣相色譜對尾氣進(jìn)行分析,記錄尾氣濃度隨時間的關(guān)系可得穿透曲線,即可計算出動態(tài)吸附容量。尾氣濃度達(dá)到原混合氣濃度的98%并恒定時,可認(rèn)為吸附已達(dá)到平衡。即可結(jié)束吸附過程進(jìn)行順向放壓并記錄出口濃度隨壓力的變化關(guān)系,順放至常壓時再抽真空使吸附劑再生進(jìn)行下一次實驗。

　　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)過多次吸附,每個吸附周期中抽真空再生時間為5min,原料氣流速為200m/min,測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圖4。4種活性炭在同樣實驗條件下的穿透曲線形狀相差不大。
　　從每種活性炭來看,隨著吸附壓力增高,穿透點t后移,吸附容量V明顯增大,床層的利用率顯著提高。這是因為隨著吸附壓力的提高,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。