《表6 原料气浓度和流量对穿透时间、保留时间、吸附量和CH4/N2吸附选择性的影响》

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《CH_4-N_2在自支撑颗粒型Silicalite-1上的吸附分离及PSA模拟》

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采用CH4/N2混合气穿透实验并结合穿透过程模拟探究了Silicalite-1吸附剂对CH4/N2混合气的吸附分离性能，实验考察了在298 K、1 bar条件下CH4含量为20%和50%的混合气在3个流量下的分离性能，穿透曲线及模拟如图10所示。同时为了更加清楚地显示原料气浓度和流量对吸附剂Silicalite-1吸附分离CH4/N2混合气的影响，将不同条件下CH4和N2的穿透时间、保留时间、吸附量以及CH4/N2分离系数汇总于表6。从穿透曲线可以看出在原料气穿透之前，甲烷和氮气均被吸附剂吸附，吸附柱出口未能检测到甲烷和氮气的浓度信号。直到吸附剂对氮气吸附饱和，氮气首先穿透出来；随后甲烷也被吸附饱和穿透出床层，最终达到原料气中甲烷的浓度。表明Silicalite-1吸附剂对甲烷的吸附能力大于氮气；氮气的穿透曲线相较于甲烷更加陡峭，说明Silicalite-1的孔结构对甲烷分子的扩散有部分阻碍效应[41]。穿透模拟得到的曲线与实验数据拟合的程度较高，特别是对甲烷穿透曲线的拟合，因此可以确信该模拟方法可以有效预测CH4/N2混合气的分离。同时从表6可以定量看出在小流量条件下（3 ml/min)，20%∶80%的CH4/N2混合气穿透实验的保留时间几乎是50%∶50%的CH4/N2混合气保留时间的两倍，并且随着流量的增大，不同原料气浓度下保留时间的差异逐渐减小，推测随着流量的增大，原料气与吸附剂的有效接触时间缩短，吸附质与吸附剂在未达到平衡时吸附过程就已经结束，因此在实际生产中要注意选择合适的处理量。通过计算不同条件下CH4和N2的动态吸附量得到动态吸附选择性，发现均小于利用IAST理论得到的静态吸附选择性，并且对于20%:80%的CH4/N2混合气的动态吸附选择性要大于50%∶50%的CH4/N2混合气的动态吸附选择性，说明Silicalite-1吸附剂更适合于低浓度CH4/N2混合气的分离。