1、二氧化碳出生時性格詭異，命運多舛! 常溫下是一種無色無味氣體，密度比空氣略大，溶于水(1體積H O可溶解1體積CO )，并生成碳酸。固態二氧化碳俗稱干冰，升華時可吸收大量熱，因而用作制冷劑，如人工降雨，也常在舞美中用于制造煙霧(干冰升華吸熱，液化空氣中的水蒸氣)。卻身負洪荒之力，使得地球上氣溫越來越高，由于人類活動（如化石燃料燃燒）影響，讓二氧化碳幾近崩潰、徹底絕望，成為妖化氣體，導致溫室效應、全球氣候變暖、冰川融化、海平面升高“吸附你又如何，不吸附你又如何”活性炭，吸附上仙，一種黑色多孔的固體炭質，著一襲黑袍，一生不負天下，不負眾生，不負任何人，唯獨負了自己的一世韶光，負了它-二氧化碳。為何

2、如此呢？下面就研究研究活性炭活性炭具有哪些特性，具有哪些特性，變變壓吸附脫除二氧化碳的性能壓吸附脫除二氧化碳的性能自1960 年第一個變壓吸附專利( 美國C.W.Skarstrom )批準之后, 變壓吸附技術發展非常迅速。現在已經成為一種很常用的分離和提純工藝。作為近年來研究和開發的節能技術, 變壓吸附法雖然投資較高, 但操作費用低, 具有工藝簡單、能耗低、凈化度高、占地面積小等優點。變壓吸附制取加氫過程所需純凈氫氣是工業上廣泛采用的方法, 一般原料制取氫氣需脫除的雜質常含CO2。變壓吸附脫除CO2 常用的吸附劑為活性炭。活性炭品種繁多, 因原料及制造工藝條件差異,吸附性能也有較大差異。優化變

3、壓吸附過程首先要選用吸附量大、解吸性能好、分離系數大、機械強度高等性能優良的吸附劑。本文報道國內外4種活性炭的表征結果以及它們的動態吸附性能, 比較它們在相同條件下的吸附效果, 以及不同的吸附條件對吸附過程的影響以評價國產的變壓吸附用活性炭吸附劑。活性炭產地活性炭產地 形狀粒度形狀粒度 堆密度堆密度(kg. m- 3) (kg. m- 3) 磨耗磨耗% % 灰份灰份%國外國外(AC1) (AC1) 不規則小塊形狀不規則小塊形狀 488. 3 488. 3 3.8 6.67 3.8 6.67安徽淮北安徽淮北(AC2) (AC2) 小柱狀小柱狀 605. 8 2. 6 7.05605. 8 2.

4、6 7.05寧夏銀川寧夏銀川(AC3) (AC3) 大柱狀大柱狀 564.2 1.8 7.70564.2 1.8 7.70江蘇溧陽江蘇溧陽(AC4) (AC4) 不規則小顆粒狀不規則小顆粒狀 452.6 3.0 9.96452.6 3.0 9.96 1活性炭的表征1.1物理特性實驗選取一種國外活性炭和3種國內活性炭,以下分別用AC1、AC2、AC3和AC4表示。測得它們一般的宏觀物理特性見表1(均按國標測得)。 表1 實驗用活性炭的基本數據1.2 吸附等溫線實驗在美國M icromerit ics Instrument公司生產的ASAP2020(A ccelerated Surface A r

5、ea and Porosim-etry Syste)儀器上測定了4種活性炭在273K 的吸附等溫線, 見下圖。由圖可以看出這4種活性炭的吸附等溫線都為優惠型吸附等溫線, 吸附質的分壓較低時, 吸附劑的吸附量仍保持在較高水平, 有利于吸附的完全分離。AC2對CO2 的平衡吸附量高于AC1。1.3 比表面、孔容及孔徑分布采用日本BEL JAPAN. INC的B lesorp II吸附儀用液氮法測定比表面積及孔容, 結果見表2。采用ASAP2020在273K 下CO2 的吸附脫附法,用DFT ( Density Functional Theory)模型測得3 種國產活性炭的孔徑分布和國外活性炭的孔徑

6、分布情況相似, 主要為微孔。孔徑在0.6nm 左右分布較多,還有的分布在0.8nm 和0.9nm 之間。 表2 活性炭的比表面和孔容活性炭樣品 比表面/m2. g- 1 孔容/cm3 .g- 1 AC1 1014.7 0.4472 AC2 1059.8 0.4568 AC3 870.32 0.3826 AC4 875.04 0.39051.4.XRD分析采用德國Bruker公司的D8 ADVANCE 型X衍射儀對這4種活性炭進行了XRD 分析(如下圖所示)。實驗條件為: CuKa射線源(衍射狹縫從左到右均為1mm) , 鎳單色器( 0.6mm ); 掃描范圍: 580 , 掃描速度: 0.05

7、/0.2是; 工作電壓和電流分別為40kV和30mA。各種活性炭的XRD圖通過各種活性炭的XRD圖看出4種活性炭的XRD圖基本一致, 都為C 成分。通過XRD圖可查得, AC4在26處有個石墨的特征峰, 即含有少量的石墨成分, 而其它的都為炭。對于這些活性炭而言, 沒有固定的晶型, 也沒負載其它的物質或元素, XRD 測試它們的物相都極為相近。 單塔變壓吸附簡圖單塔變壓吸附簡圖1- 1- 惰性氣體鋼瓶惰性氣體鋼瓶; 2- ; 2- 混合氣鋼瓶混合氣鋼瓶; 3- ; 3- 吸附柱吸附柱; 4 - ; 4 - 氣相色譜氣相色譜; 5- ; 5- 六通閥六通閥; 6- ; 6- 轉子流量計轉子流量計

8、; ; 7- 7- 皂沫流量計皂沫流量計; 8- ; 8- 真空泵真空泵;9- ;9- 壓力真空表壓力真空表; 10; 10、11- 11- 微量調節閥微量調節閥; 12 16- ; 12 16- 控制閥控制閥; ;2動態吸附2.1實驗材料及裝置活性炭在使用前進行活化, 將活性炭放在管式爐中加熱到120 , 恒溫保持4h, 整個過程中用惰性氣體N2 吹掃, 待活化完成溫度降到室溫后, 將活性炭取出, 裝入袋中密封備用。單塔變壓吸附裝置示意圖見下圖。上圖裝置中吸附柱尺寸為21mm 400mm, 吸附劑裝滿吸附柱, 吸附溫度為常溫。自配混合氣中CO2濃度為13% 14% , 其余為氮氣。氣相色譜為

9、山東魯能儀器廠生產的SP-6800A 型氣相色譜儀, 采用Porapak Q 的固定相載體裝填色譜柱。2.2 實驗方法先用氮氣充壓至吸附壓力后關閉氮氣打開混合氣則吸附開始, 吸附尾氣經六通閥和皂沫流量計排空, 每隔2m in 4m in用六通閥將氣路切至氣相色譜對尾氣進行分析, 記錄尾氣濃度隨時間的關系可得穿透曲線, 即可計算出動態吸附容量。尾氣濃度達到原混合氣濃度的98% 并恒定時, 可認為吸附已達到平衡。即可結束吸附過程進行順向放壓并記錄出口濃度隨壓力的變化關系, 順放至常壓時再抽真空使吸附劑再生進行下一次實驗。圖圖1 1 不同吸附壓力的混合氣在不同吸附壓力的混合氣在AC1AC1上的穿透曲

10、線上的穿透曲線從每種活性炭來看, 隨著吸附壓力增高, 穿透點tb 后移, 吸附容量Vb 明顯增大, 床層的利用率顯著提高。這是因為隨著吸附壓力的提高, 單位體積內混合氣中CO2 的分壓增加, 傳質推動力增大, 加大了傳質速率和吸附容量。所以一般的變壓吸附過程應該始終保持較高的吸附壓力和較低的溫度, 保持較高的吸附壓力不僅有利于提高吸附劑對吸附質的吸附量, 而且有利于提高傳質推動力, 縮短傳質區,提高吸附床層利用率。3. 3.吸附壓力的影響吸附壓力的影響圖圖2 2 不同吸附壓力的混合氣在不同吸附壓力的混合氣在AC2AC2上的穿透曲線上的穿透曲線圖圖3 不同吸附壓力的混合氣在不同吸附壓力的混合氣在

11、AC3上的穿透曲線上的穿透曲線圖圖4 4 不同吸附壓力的混合氣在不同吸附壓力的混合氣在AC4AC4上的穿透曲線上的穿透曲線通過對上圖的理解，吸附劑已經經過多次吸附, 每個吸附周期中抽真空再生時間為5m in, 原料氣流速為200m l/m in, 測定各種吸附劑分別在0.2MPa、0.5MPa 和0.8MPa的吸附壓力下的穿透曲線見圖1 圖4，從圖1 圖4可以看出, 4種活性炭在同樣實驗條件下的穿透曲線形狀相差不大。AC1 和AC2穿透曲線從穿透到飽和速度很快, 說明它的傳質性能很好, 根據吸附理論其傳質層長度較短, 則床層的利用率較高。吸附性能和再生效果較好, 有良好的變壓吸附特性, 在經過

12、多次重復吸附后還能穩定地保證吸附劑的再生效果。而AC4變壓吸附特性不夠好,在經過多次吸附之后就不能保證吸附劑完全再生了, 再生效果較差, 再生后在下一次吸附開始時CO2濃度很高, 說明此吸附劑的凈化度不夠高。4結論( 1)從幾種活性炭物理特性看, 經過比較得出AC2(安徽淮北)比較接近AC1(國外)的性質, 有足夠的強度和抗磨性。( 2)通過孔容積、孔徑分布、表面積和其它表面性質等的測定、比較, 國產活性炭中AC2較大, 比表面積為10598m2 /g, 其它性質與國外的活性炭也較為接近。( 3) 動態吸附平衡實驗結果表明, 相同條件下AC2單位體積吸附劑的吸附容量稍大于AC1。( 4) 綜合考慮以上因