Aspen Adsorption模拟低浓度煤层气吸附：压力、温度和传质系数影响分析

"低浓度煤层气吸附过程的模拟——施海珊，王煤，马睿" 本文主要探讨了低浓度煤层气（CH4和N2分别为30%和70%）吸附过程的模拟研究，利用Aspen Adsorption软件进行分析。该软件是一款在化工行业中广泛应用的模拟工具，用于预测气体吸附行为和优化吸附设备的设计。 研究中，通过模拟得到了吸附柱出口处CH4和N2浓度随时间变化的关系，以及吸附柱轴向的负载分布情况。结果显示，模拟的甲烷出口浓度与实际实验数据吻合良好。在3000秒的吸附时间后，甲烷达到饱和状态，其吸附量达到了6.75×10^-4 kmol/kg，大约是氮气吸附量的2倍，这表明甲烷相对于氮气具有更高的吸附亲和力。 对于甲烷的穿透曲线，研究发现随着压力的增加，穿透时间显著延长。在压力从100 kPa增加到500 kPa的过程中，穿透时间从392秒延迟到了2187秒。这意味着提高压力能有效延长甲烷在吸附材料中的停留时间，从而提高吸附效率。 温度的影响体现在甲烷穿透曲线的稳定性上。在273 K至323 K的温度范围内，甲烷的穿透曲线基本保持不变，显示了吸附过程对温度的相对不敏感性。这一特性对于实际操作中的温度控制提供了便利。 此外，研究还考察了传质系数对吸附性能的影响。当传质系数远小于1.000 s^-1时，对吸附性能有显著影响。例如，传质系数为0.001 s^-1时的穿透时间大约是0.010 s^-1时的两倍。然而，当传质系数超过1.000 s^-1后，对穿透曲线的影响变得微乎其微。这提示我们在设计和优化吸附系统时，需要关注传质系数的选择，以确保高效的吸附过程。 关键词涉及低浓度煤层气、甲烷吸附、Aspen Adsorption软件以及穿透曲线，这些是本文的核心研究内容。这项工作对于理解和优化煤层气的吸附分离技术，尤其是低浓度煤层气的处理，具有重要的理论和实践意义，也为后续的吸附工艺设计和改进提供了科学依据。该研究得到了国家重点基础研究发展计划（973）项目的资助。