填充床内椰壳活性炭固载离子液体在沼气净化与催化中的应用研究.ppt

填充床内椰壳活性炭固载离子液体在沼气净化与催化中的应用研究 海南大学 熊 春 荣 研究背景 Biogas 22-25MJ/m3 CH4 (70-80%) 39.8MJ/m3 CO2 (20-30%) H2S（微量） CO23% 提高沼气 能量密度 扩宽使用范围 除去CO2 CO2含量过高不仅影响汽车点火还大大降低汽车功率 将CH4含量提高到97%以上就可以满足汽车对燃料要求 研究方法与策略 离子液体 粘度大、价格高 化学固载 类似气-固吸收 便于操作与再生 减少吸附过程中流失 增加气－液接触面积 提高吸收容量和速率 研究方法与策略 填充床的优点： 不需要分离吸附剂 进行连续操作 易扩大化生产 脱碳后的甲烷 吸附剂再生 带C02沼气 气-液-固三相 需要溶剂 反应不可连续 催化剂需要分离 釜式反应器 气-固两相 无需溶剂 催化剂损耗小 产物带走热量 连续反应 工业化应用 固定填充床反应器 季铵盐 咪唑 研究方法与策略 载体 孔隙结构不够发达 强度不够 粉状-添加粘合剂 高温焙烧 破坏有机结构 固有的颗粒结构 机械强度高 耐磨性好 椰壳活性炭 二氧化硅 聚合物薄膜 SBA-15 MCM-41 将离子液体固载到椰壳活性炭上并在填充床中净化沼气 制备椰壳活性炭负载的离子液体 吸附剂特征 吸附剂 平均孔径（nm） 比表面积（m2/g） 孔容（cm3/g） 原料活性炭 1.64 551 0.363 AC-[BPIM][Br] 1.46 460 0.275 AC-[EPIM-NH2][Br] 1.38 495 0.289 AC-[N3444][Br] 1.46 495 0.275 阴离子交换 离子液体 阴离子交换剂 得到含氟固载型离子液体 AC-[N3444][Br] NH4BF4 KPF6 LiTf2N AC-[N3444][BF4] AC-[N3444][PF6] AC-[N3444][Tf2N] AC-[BPIM][Br] AC-[BPIM][BF4] AC-[BPIM][PF6] AC-[BPIM][Tf2N] AC-[EPIM-NH2][Br] AC-[EPIM-NH2][BF4] AC-[EPIM-NH2][PF6] AC-[EPIM-NH2][Tf2N] 沼气净化过程 吸附剂用量：50 g 沼气流速：50-400 mL/min 吸附温度：20-50 ℃ 吸附压力：0.1-0.5 MPa 固载型VS非固载型离子液体 离子液体 20℃、0.5MPa下对CO2的吸附量（mol/mol） 固载型（实验结果） 非固载型（文献） [BPIM][Tf2N] 0.91 0.5 [EPIM-NH2][Tf2N] 1.50 0.9 [N3444][Tf2N] 0.63 0.5 CO2在固载型离子液体的吸附过程中不受离子液体粘度的影响可以自由扩散。 CO2的选择吸收性 吸附剂 在沼气中对CO2的选择吸收性(%) AC-[BPIM][Anion] ~83 AC-[EPIM-NH2][Anion] ~92 AC-[N3444][Anion] ~84 原料活性炭 ~67 SCO2 in biogas= 等容吸附热 吸附剂 ?H (KJ/mol) 吸附剂再生温度（℃） AC-[BPIM][Anion] 23 - 28 60 AC-[EPIM-NH2][Anion] 65 - 71 80 AC-[N3444][Anion] 22-28 80 原料活性炭 21- 23 60 沼气净化过程—50 mL/min (a) AC-[BPIM][Tf2N]和(b) AC-[BPIM-NH2][Tf2N] 流速对吸附量的影响（Cout=3%） 化学吸附在较高的沼气流速下会产生较多的热量，引起吸附位点局部过热，进而导致吸附量随沼气流速的加快降低更加明显。 吸附剂 50mL/minCout 3%吸附量 饱和吸附的百分含量(%) 1Kg吸附剂净化沼气体积（L） AC-[BPIM][Tf2N] 1.44 63.0 154 AC-[EPIM-NH2][Tf2N] 1.95 71.5 204 AC-[N3444][Tf2N] 1.39 65 144 吸附-脱附循环反应 10次循环后均能保持最初吸附能力的90%以上 2.2 负载咪唑类离子液体的制备与表征 图12 活性炭咪唑类离子液体的制备流程 元素分析 样品名称 Bmim/Br Bmim/BF4 Bmim-OH/Br Bmim-COOH/Br N含量/% 2.41 2.39 2.33 2.59 负载量/mmol·g-1 0.861 0.853 0.832 0.925 表4 离子液体负载量 负载咪唑类离子液体