刘海庆，吴一江，杨　颖，杨　林，李　平，于建国

（华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海 200237）



沸石ZSM-5吸附回收低浓度煤层气中CH4

刘海庆，吴一江，杨颖，杨林，李平，于建国

（华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海 200237）

利用高硅疏水性沸石ZSM-5吸附回收低浓度煤层气中的甲烷，对其吸附平衡、吸附动力学以及真空变压吸附分离过程进行了理论和实验研究。通过重量法和穿透曲线法测定了CH4/N2单组分及双组分的竞争吸附平衡数据，并采用Multisite Langmuir吸附等温线模型对其进行拟合。结合CH4和N2稀释穿透曲线实验数据和等温无动量损失的双分散二级孔结构扩散模型，获得CH4和N2在沸石ZSM-5上的微孔扩散系数。建立并求解包含质量、动量及能量传递的固定床吸附分离模型方程，预测了CH4和N2在沸石ZSM-5上的竞争吸附穿透曲线。进一步采用ZSM-5吸附剂填充床单柱四步真空变压吸附实验考察了进料浓度、进料流速、进料时间以及吹扫比对分离效果的影响。结果发现沸石ZSM-5对CH4具有较好的选择性，沸石晶粒内的微孔扩散为吸附速率控制步骤，真空变压吸附工艺可将模拟煤层气中20%的CH4提纯至31%～41%，回收率为93%～98%。

煤层气；吸附；甲烷；氮气；沸石ZSM-5；真空变压吸附

引　言

我国的煤层气资源非常丰富，居世界第3位，约有36.8万亿立方米。《煤层气十二五规划》中表明，2015年，我国煤层气产量达到300亿立方米，利用率拟达到60%以上。但就近三年的情况来看，每年煤炭开采过程中约有60亿～80亿立方米（占总量60%以上）的煤矿瓦斯并没有得到有效利用，而是直接排入大气［1］。……