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活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能

來源：廣州市怡森環保設備有限公司   2024年11月28日 08:35   35

活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能

　
　　變壓吸附技術已經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果以及它們的動態吸附性能，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。


　　（2）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惠型吸附等溫線,吸附質的分壓較低時,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。

　　（4） XRD分析

　　采用D8 ADVANCE型X衍射儀對這4種活性炭進行了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吸附

　　（1）研究材料及裝置

　　活性炭在使用前進行活化,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。
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。

　　（2）研究方法

　　先用氮氣充壓至吸附壓力后關閉氮氣打開混合氣則吸附開始,吸附尾氣經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行分析,記錄尾氣濃度隨時間的關系可得穿透曲線,即可計算出動態吸附容量。尾氣濃度達到原混合氣濃度的98%并恒定時,可認為吸附已達到平衡。即可結束吸附過程進行順向放壓并記錄出口濃度隨壓力的變化關系,順放至常壓時再抽真空使吸附劑再生進行下一次實驗。

　　三、活性炭變壓吸附脫除二氧化碳的性能結果與討論

　　（1）吸附壓力的影響

　　吸附劑經過多次吸附,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,單位體積內混合氣中CO2的分壓增加,傳質推動力增大,加大了傳質速率和吸附容量。

　　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,多次吸附后較為穩定,有較好的凈化度,表現出良好的變壓吸附特性。

關鍵詞：色譜柱
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