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第1章 绪论 1

1.1煤层气 1

1.1.1煤层气赋存的基本特征 1

1.1.2甲烷的脱附及流动 2

1.2煤层气开发和利用的现状 2

1.2.1国内外开采煤层气的现状 3

1.2.2煤层气分离技术发展的概况 5

1.2.3煤层气综合利用方式 9

1.3吸附 11

1.3.1吸附简介 11

1.3.2吸附等温吸附线和吸附等温方程 13

1.3.3吸附动力学基础 29

1.3.4吸附热力学基础 37

1.4变压吸附技术 37

1.4.1变压吸附技术介绍 37

1.4.2变压吸附技术的工业化概况 39

1.4.3变压吸附原理与工艺 40

1.4.4变压吸附过程的数学模型 46

1.4.5变压吸附分离甲烷-氮气的研究概况 54

参考文献 57

第2章 变压吸附分离气体的吸附剂选择 63

2.1变压吸附吸附剂的选择原理 63

2.1.1平衡分离吸附剂 64

2.1.2动力学分离吸附剂 66

2.1.3位阻分离吸附剂 66

2.2吸附剂的物理性质和表面化学性质 67

2.2.1吸附剂的孔结构 68

2.2.2吸附剂的表面化学性质 71

2.2.3吸附剂的比表面积和孔结构表征 71

2.2.4吸附剂的表面化学性质表征 80

2.3变压吸附常用的吸附剂的性质 81

2.3.1活性炭 81

2.3.2碳分子筛 84

2.3.3沸石分子筛 85

2.4变压吸附分离煤层气中甲烷的吸附剂选择 86

2.4.1抽采煤层气主要组分的物理性质 86

2.4.2变压吸附分离甲烷-氮气的吸附剂研究的进展 88

参考文献 98

第3章 分离甲烷-氮气的煤基颗粒碳质吸附剂的制备及其吸附特征 103

3.1活性炭和碳分子筛 103

3.1.1活性炭和碳分子筛的区别 103

3.1.2活性炭和碳分子筛分离气体的原理 104

3.1.3甲烷-氮气变压吸附分离领域使用的活性炭和碳分子筛 105

3.2颗粒碳质吸附剂的制备工艺及其性能测试方法 105

3.2.1制备方法概述 106

3.2.2分离甲烷-氮气碳质吸附剂的性能测试方法简介 112

3.2.3无烟煤颗粒活性炭的制备及其分离甲烷-氮气的性能 113

3.2.4褐煤煤基活性炭的制备及其分离甲烷-氮气的性能 119

3.2.5碳分子筛的制备 121

3.3颗粒活性炭对甲烷和氮气的吸附特征 123

3.3.1甲烷和氮气的吸附动力学曲线 123

3.3.2甲烷和氮气的吸附等温线 124

3.3.3甲烷-氮气混合气体的吸附等温线 127

3.4活性炭的表面性质和结构与分离甲烷和氮气性能的关系 128

3.4.1活性炭的表面性质和结构表征 128

3.4.2孔结构与分离甲烷-氮气性能之间的关系 132

3.5颗粒碳分子筛上甲烷和氮气的吸附特征 137

3.5.1甲烷和氮气的吸附动力学曲线 137

3.5.2甲烷和氮气吸附等温线 139

3.5.3碳分子筛的表面性质 139

3.5.4碳分子筛的孔结构表征 140

参考文献 141

第4章 模拟煤层气的竞争吸附平衡和柱动力学研究 145

4.1两组分混合气体的竞争吸附平衡特征 145

4.1.1两组分混合气体的吸附与组分性质和浓度的关系 145

4.1.2吸附或脱附过程中组分浓度的变化特征 149

4.1.3混合气体的竞争吸附平衡对吸附分离的影响 151

4.2两组分混合气体竞争吸附的柱动力学 151

4.2.1混合气体吸附柱穿透曲线的特征 154

4.2.2吸附柱动态行为的数学模型 158

4.3甲烷-氮气混合气体吸附柱动力学实验研究 163

4.3.1穿透曲线的测量 163

4.3.2甲烷-氮气混合气体平衡分离的穿透曲线 164

4.3.3甲烷-氮气混合气体动力学分离的穿透曲线 169

参考文献 170

第5章 变压吸附技术分离提纯模拟煤层气中甲烷的实验及理论研究 173

5.1模拟煤层气的变压吸附实验 173

5.2模拟煤层气的变压吸附实验结果和讨论 175

5.2.1吸附压力对分离甲烷的影响 175

5.2.2并流降压步骤结束压力对分离甲烷的影响 175

5.2.3并流降压步骤时间对分离甲烷的影响 177

5.2.4其他因素对分离甲烷的影响 177

5.3模拟煤层气变压吸附过程的数值模拟及理论分析 178

5.3.1变压吸附的数学模型 178

5.3.2变压吸附过程各步骤的理论分析 183

5.4变压吸附分离煤层气甲烷研究的进展 196

5.4.1在变压吸附工艺的实验研究方面 196

5.4.2在变压吸附过程的模拟研究方面 203

参考文献 207