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真空变压吸附上活性炭对氢气的净化

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  真空变压吸附上活性炭对氢气的净化

  氢是很有潜力的二次能源。与传统化石燃料相比,氢具有零污染和广泛可用的来源的优势,并且被认为是重要的能源载体。目前,大部分的氢的生产是用天然气和蒸汽甲烷重整制备。但是这种工艺会释放出包含H2,CH4,CO2,N2和CO的气体混合物,氢净化是氢能利用的重要组成部分。本次我们实验通过用活性炭进行真空变压吸附和变压吸附作为氢纯化的方法,测试活性炭对于氢净化效果。

  目前,超过85%的制氢公司使用变压吸附技术来纯化氢气。变压吸附是真空变压吸附的基础。与变压吸附相比,真空变压吸附的效率和生产率更高。在这项研究中,多组分气体(H2/CO2/CH4/CO/N2=0.79/0.17/0.021/0.012/0.007)的氢气纯化是通过一塔真空变压吸附和变压吸附进行的。比较了活性炭和沸石吸附剂的吸附能力。选择活性炭作为氢纯化的吸附剂,因为与活性炭掺沸石相比,活性炭具有更大的吸附能力。此外,建立了10个步骤的变压吸附循环模型,以模拟氢的净化性能。

  活性炭和活性炭掺沸石中五组分混合物的摩尔分数模拟结果如图1所示,与实验结果非常吻合。从图1可以看出,每种组分的穿透时间是不同的。氢被轻度吸附并迅速达到突破点。氮气是第一个突破吸附床的气体,其次是一氧化碳,而甲烷和二氧化碳则是最后一个突破吸附床的气体。主要原因是不同气体的吸附性能不同。活性炭和活性炭掺沸石吸附剂对每种气体组分的吸附能力如下:CO2>CH4>CO>N2>H2。在吸附过程中,弱吸附物从吸附床解吸并重新整合到气流中,因此在穿透曲线中出现了明显的峰值。如图1所示,活性炭中的被吸附物穿透吸附床的速度比活性炭掺沸石中的慢,而活性炭中的穿透曲线的峰值低于活性炭掺沸石。这意味着活性炭比活性炭掺沸石可以吸收更多的二氧化碳,甲烷,一氧化碳,氮和氢。除了氢以外,CO2是混合物中较丰富的成分,虽然氢的吸附量很小,但CO2的吸附量更多。因此,在这种情况下,CO2的吸附量选择吸附剂作为吸附剂吸附能力的指标。活性炭比活性炭掺沸石吸附的二氧化碳多了17.80-25.75%。

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