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中国在沼气上的投入逐年增加。由于原始沼气的热值不高，其利用价值较低，导致部分地区呈现出沼气废弃的现象。如果能提高沼气中CH4的浓度，其利用价值将大大增加，利用的方式也将多样化。将沼气中CH4的体积浓度达到96％以上，沼气即可用在车用燃气、发电并网和替代天然气等方面。吸附法在沼气提纯中应用广泛，然而单种吸附剂的提纯效果不佳。本文选用四种吸附剂(13X-1、13X-2、CMS-1和CMS-2)，通过吸附剂性能的测试，筛选出两种吸附剂，采用复合床层吸附法研究吸附剂对N2/CH4/CO2的分离性能。 用质量法测试N2、CH4和CO2在吸附剂上的吸附等温线，通过吸附等温线的对比，选择合适的吸附剂用于沼气提纯。选择Langmuir-Freundlich(L-F)方程拟合吸附等温线，通过拟合的相关系数，可知L-F方程可以很好地描述N2、 CH4和CO2在四种吸附剂上的吸附行为;根据拟合参数的物理意义，了解三种气体与吸附剂之间相互作用力的强弱。 根据吸附动力学数据，分析N2、CH4和CO2在吸附剂上的扩散行为。选用Linear Driving Force(LDF)模型拟合动力学数据，结果表明:在13X-1上气体扩散能力的强弱顺序为CO2＞ CH4＞ N2;在CMS-2上气体扩散能力的强弱为CO2＞N2＞ CH4。结合吸附等温线数据，可知N2、 CH4和CO2在13X-1上的作用机理为平衡效应;在CMS-2上为平衡效应和动力学效应共同作用。 使用77 KN2吸附法对四种吸附剂进行孔结构分析，此法可很好地分析13X分子筛的孔道结构;但是，77K下碳分子筛对N2的吸附量较低，无法准确地分析碳分子筛的孔结构。因此，采用273 K CO2吸附法并使用DFT模型分析碳分子筛的孔结构。 在单塔吸附装置上评价四种吸附剂在沼气提纯方面的性能。实验表明，尽管13X-1和13X-2得不到目标产物，但它们对CO2的动态吸附量比较大;CMS-1和CMS-2能获得目标产物，但是其生产能力较低。通过真空再生，考察吸附剂实现变压吸附的可能性。之后，考察吹扫气、吸附压力和流量对动态吸附的影响。结合静态吸附数据，可知13X-1在沼气提纯中的机理中以平衡效应为主，CMS-2在沼气提纯中的机理中以动力学效应为主。 根据单种吸附剂的实验结果，选取13X-1和CMS-2进行复合床层实验。鉴于13X-1的动态吸附特性，实验前用CH4对床层进行吹扫。对13X-1和CMS-2不同体积比进行考察，结果表明，当13X-1∶CMS-2=0.5∶0.5时效果最佳。在此比例下，考察不同压力、流量、再生时间和吸附温度对动态吸附的影响。 通过单塔实验数据确定三塔吸附时序，在0.6 MPa，360 mL/min时，产品气中甲烷的体积浓度为97.20％，表明复合床层可以持续处理沼气并得到目标产物。