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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