研究了活性炭的平衡吸附性能，計算出該種活性炭對甲烷和氮氣的混合氣體的分離因子為5.20，并采用以該種活性炭為吸附劑的三塔真空變壓吸附裝置，研究了循環流程中的抽排步驟對吸附分離效果的影響，并分析了影響抽排過程的因素。結果表明:引入抽排步驟可以在不改變吸附與解吸壓力的情況下有效提高產品氣中甲烷濃度。而甲烷濃度會隨抽排比的增加而增加，但存在一個極限值，達到極限值之后趨于穩定。與此同時，回收率隨抽排比的增加而不斷下降。并且均壓過程與吸附壓力會影響抽排過程。與抽排氣排空流程相比，采用抽排氣回流流程可以有效地提高產品氣甲烷回收率，但并不一定提高產品氣甲烷濃度，存在一個臨界抽排比，小于此值時，采用抽排氣回流流程反而會降低產品氣甲烷濃度。在吸附與解吸壓力分別為140 kPa 與14 kPa 時，采用該流程可將0.2%的原料氣提升至0.680%。

　　煤礦乏風或者煤礦通風瓦斯(Ventilation Air Methane，VAM)中的甲烷濃度極低，一般為0.1% ~1.0%，且排放量巨大。從當前國內外煤礦乏風處理和熱量回收利用發展趨勢上看，乏風作為主燃料的氧化技術已成為研究的熱點。已經有學者和研究機構對此進行了理論和實驗研究 ，研究表明，乏風瓦斯的濃度是設備運行的關鍵因素，進口濃度越高，設備運行越穩定，熱轉化效率越高。因此，開發有效的乏風提濃技術，對乏風氧化裝置的穩定高效運行，起著至關重要的作用。

　　變壓吸附方法由于具有能耗低、操作靈活方便、常溫下連續運行等優勢成為最受關注的分離提純技術。目前國內外對煤層氣的變壓吸附分離進行了大量研究。但專門針對煤礦乏風的提濃技術研究較少， 有效提濃技術還處于開發研究階段 。

　　Ramesh用活性炭纖維對乏風瓦斯進行吸附回收，以降低排放到大氣中乏風的濃度，能使含有0.560%甲烷的乏風降低到0.011%。雷利春使用活性炭作為吸附劑，將CH4 濃度為0.506% 的CH4/N2 二元混合氣， 在0.4 MPa 的吸附壓力下， 提升到了1.132%。目前針對煤礦乏風提濃的傳統變壓吸附技術都要求較高的壓力，這樣又額外增加了能耗，因此，真空技術網(http://smsksx.com/)認為需要對原有的變壓吸附工作方式進行改進，以提高效率，降低能耗。

　　在傳統的skarstrom 循環中引入順向降壓步驟是提高回收重組分效率的有效手段。但降壓過程只能在吸附壓力較高時順利完成，而在吸附壓力較低時壓降的幅度會減小，或無法實現。筆者在此步驟的基礎上進行了改進，引入了抽真空排放(抽排)步驟，利用真空泵將順向降壓過程強制完成，這樣便可以使順向降壓過程較低的吸附壓力下順利進行。建立了三塔真空變壓吸附分離實驗臺，采用活性炭作為吸附劑，研究了抽排步驟對吸附分離效果的影響，并分析了影響抽排過程的因素，為煤礦乏風瓦斯提濃與利用提供了技術基礎。

　　1、吸附劑的性能

　　圖1(a)為298 K 條件下，乏風瓦斯3 種主要組分在實驗所用的活性炭AC1 上的吸附等溫線，圖1(b)為同一溫度下3 種組分的脫附曲線。數據由美國康塔公司生產的Autosorb-1 型吸附儀測量。對比圖1(a)，(b)，吸附與脫附曲線基本重合，說明該種吸附劑AC1 的脫附性能較好。從圖1(a)還可以看出，氮氣和氧氣的吸附量相近，故將氮氣和氧氣作為同一組分處理。甲烷和氮氣在活性炭上的吸附符合Langmuir 吸附等溫線，根據測得的結果，可以計算出CH4 和N2 在吸附劑AC1 上的Langmuir 特征參數與分離因子，結果列于表1。

圖1　AC1 在298 K 時的吸附等溫線及脫附等溫線

表1　CH4 和N2 在吸附劑AC1 上的Langmuir 特征參數與分離因子

　　4、結論

　　(1)在回收重組分甲烷的過程中引入抽排步驟可以在不改變吸附與解吸壓力的情況下有效提高產品氣中的甲烷濃度。

　　(2)甲烷濃度隨抽排比的增加而增加，但存在一個極限值，達到極限值之后加大抽排比對甲烷濃度不再有影響。并且產品氣和在排放氣中的甲烷濃度隨抽排比的變化趨勢大致相同。回收率會隨抽排比的增加而不斷下降。

　　(3)均壓過程會影響后續的抽排過程。當均壓時間低于最佳均壓時間時，產品氣甲烷濃度達到最大值時對應的抽排比會隨著均壓時間的增加而增大。但無論是均壓不足還是均壓過度，甲烷濃度隨抽排比的變化趨勢一致，均為先增加后趨于平穩。

　　(4)吸附壓力同樣會影響抽排過程。產品氣甲烷濃度達到最大值時對應的抽排比會隨著吸附壓力的增加而增大。

　　(5)與抽排氣排空流程相比，采用抽排氣回流流程可以有效地提高產品氣甲烷回收率，但對于產品氣甲烷濃度而言，存在一個臨界抽排比，在抽排比低于此值時，抽排氣回流流程反而會降低產品氣甲烷濃度。而抽排比高于此值時，甲烷濃度將會提高。