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能源化工领域变革性技术学术研讨会(四)

发布时间:2024-04-07浏览量:

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杨江峰  太原理工大学教授、博士生导师、入选国家高层次人才特殊支持计划青年拔尖人才

入选国家级青年人才项目;分别于2006年和2012年获得郑州大学工学学士和太原理工大学工学博士学位;2014年在美国新墨西哥州立大学Shuguang Deng教授课题组做访问学者;2015年被评为副教授,2020年被评为教授。目前任中国化工学会化工过程强化专业委员会青年委员会委员,《低碳化学与化工》期刊青年编委。主要研究方向为:非常规天然气及氢气的富集与提纯;基于温室气体减排的捕集与回收;无机多孔材料制备与气体吸附分离研究等。


科研成果

迄今为止在Advanced Materials, Angew Chem Int Ed, Chem. Commun., AIChE J, IECR 等刊物发表SCI收录论文百余篇(引用2300余次),授权国家发明专利22件(第一完成人12件);主持国家自然科学基金联合基金集成项目子课题、面上和青年项目,山西省重大科技专项、面上和青年项目;入选2018年山西省“三晋英才”青年优秀人才支持计划,获2019年度山西省自然科学一等奖(第一),2021年度中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖(第二)。


报告内容


基于甲烷和氮气分离的吸附剂工程

煤矿开采过程中不可避免的会遇到抽采上来的瓦斯如何处置的问题,过去由于缺乏合理的利用方法,常常将抽采上来的煤层气直接放空。现在随着技术的进步以及环保政策的要求,抽采上来的煤层气不能直接排空,必须要得到有效的利用。对于低浓度煤层气中甲烷的富集,相较于传统的低温精馏方法通过采用变压吸附的方法,不但大大降低了能耗,而且设备投资小,极适合于分散的小型矿井煤层气处理。采用变压吸附分离富集低浓煤层气中甲烷的核心是选择适宜的吸附剂。本文通过对吸附剂进行常规性质表征及甲烷氮气混合气的吸附分离实验,研究了应用于变压吸附分离富集煤层气中甲烷的具有甲烷分子尺寸级别的CHA型分子筛(K-CHA、SAPO-34、SSZ-13)的分离性能。吸附等温线测试结果表明三种材料对甲烷和氮气的吸附等温线均属于典型的Ⅰ型等温线并且可以通过Sips模型很好地拟合。利用IAST理论计算的甲烷氮气选择性、77 K N₂吸附和273 K CO2吸附得到的数据结果分析表明K-CHA具有最高的甲烷氮气选择性(5.5),SSZ-13因其具有最大的孔容和比表面积从而拥有最大的甲烷吸附容量(30.957 cm³/g STP),但其甲烷氮气选择性最低(2.5)。另外从甲烷氮气混合气穿透实验中可以得知相对于其他两种材料,SSZ-13对低浓度甲烷氮气混合气(CH₄ < 20%)的保留时间最长,K-CHA和SAPO-34的保留时间相当;对于高浓度甲烷氮气混合气(CH₄ > 50%)K-CHA、SAPO-34、SSZ-13三种材料的保留时间相当,但K-CHA的有效分离时间最长即分离效率最高。综合以上结果,可以得到对于低浓度甲烷氮气混合气(CH₄ < 20%)三种材料的分离性能顺序是SSZ-13 > K-CHA ≈ SAPO-34;对于高浓度甲烷氮气混合气(CH₄ > 50%)三种材料的分离性能顺序是K-CHA > SAPO-34 > SSZ-13。由其大的孔容和高的甲烷吸附量适合于分离低浓煤层甲烷;K-CHA由其高的甲烷氮气选择性适合于分离高浓煤层甲烷。