天然气吸附储存系统实验研究

论文摘要

针对胜利油田海上零散天然气的收集,提出了经济高效的天然气吸附储存技术的研究。同时该项技术也可应用于汽车行业,促进天然气作为清洁替代燃料在汽车行业的应用。考虑到目前天然气吸附储存技术在进一步推广应用中所存在的若干问题,本文主要从下述两个方面展开研究:一方面本文针对粉体活性炭与成型活性炭的甲烷吸附性能展开研究。采用静态容积法测定了甲烷在实验室自制粉体活性炭上的吸附等温线,考察了包括比表面积、孔容、堆密度等因素在内的活性炭结构对其吸附性能的影响。通过实验研究发现:微孔在活性炭吸附过程占主要作用,微孔孔容越大,活性炭对甲烷的吸附性能就越高。然后重点考察了成型活性炭对甲烷的吸附性能,研究了粘结剂添加比例、成型压力等工艺条件对成型活性炭吸附性能的影响。实验发现:加入粘结剂成型以后,活性炭的体积吸附量提高幅度较大,但质量吸附量减小。随着粘结剂添加比例的增加,成型活性炭对甲烷的质量吸附量逐渐减小,并且这种减小的趋势越来越缓慢,但体积吸附量几乎不变。活性炭对甲烷的吸附性能随成型压力的增加表现出先增加后减小的趋势。另一方面本文对天然气吸附过程热效应进行了实验研究。在前期数值分析结论的基础上,设计并搭建吸附热效应实验系统,对简单圆筒罐加装换热结构前后充气过程的温度变化进行了分析和对比。对比实验表明:对于靠轴心处的测点,充气过程开始后5min时刻的温度比没有换热结构时下降了34.64℃。没有换热结构时,成型活性炭吸附床的体积吸附比为61,放气过程甲烷气体的解吸比为80%;改善换热结构后分别提高到74和89%,分别提高了21%和11%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 天然气储存技术研究进展
• 1.2.1 天然气储存技术
• 1.2.2 吸附天然气研究现状
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 天然气吸附储存
• 2.1 吸附储存原理
• 2.2 吸附剂
• 2.2.1 吸附剂结构
• 2.2.2 吸附剂床层密度
• 2.3 吸附理论
• 2.3.1 吸附等温线
• 2.3.2 吸附模型
• 2.4 吸附-脱附热效应
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 解决方案
• 2.4.3 结论
• 第三章 活性炭的吸附性能研究
• 3.1 吸附性能实验测定系统
• 3.1.1 吸附性能评价方法
• 3.1.2 实验流程与装置
• 3.1.3 主要的实验操作流程
• 3.2 粉体活性炭吸附性能
• 3.3 活性炭结构对吸附性能的影响
• 3.3.1 比表面积对吸附性能的影响
• 3.3.2 堆密度对吸附性能的影响
• 3.3.3 孔容对吸附性能的影响
• 3.4 成型活性炭吸附性能研究
• 3.4.1 活性炭的成型机理
• 3.4.2 成型工艺和设备
• 3.4.3 吸附性能研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 吸附热效应的实验研究
• 4.1 吸附储罐结构数值分析结论
• 4.2 吸附热效应实验系统
• 4.2.1 实验流程图
• 4.2.2 实验测量装置
• 4.3 粉体活性炭吸附床温度场
• 4.3.1 吸附储罐和热电偶分布
• 4.3.2 充气过程的温度变化
• 4.3.3 放气过程的温度变化
• 4.4 成型活性炭吸附床温度场
• 4.4.1 吸附储罐和热电偶分布
• 4.4.2 充气过程的温度变化
• 4.5 充气速度对吸附床温度场的影响
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢