变压吸附(PSA)富集甲烷以促进低浓度煤矿瓦斯(LC-CMG)利用和减少温室气体排放具有重要前景。该工作研究了动力学分离真空变压吸附(VSA)优先吸附氧气和氮气，并采用低吸附压力，克服了传统平衡分离PSA对LC-CMG富集的低分离效率和高爆炸风险。动力学/平衡吸附和突破性试验表明，碳分子筛(CMS)吸附剂具有良好的O₂/CH₄和N₂/CH₄动力学选择性。

       CMS吸附剂可将含4.3%甲烷和19%氧气的LC-CMG富集为含24.7%甲烷和1.6%氧气的产物气体，甲烷回收率为86%，表明动力学分离VSA具有良好的甲烷富集和脱氧性能。分析了甲烷入口浓度与流量、吸附床层的高度、解吸和吸附压力对出口甲烷和氧气浓度、甲烷回收率、生产率和比能耗等富集性能的影响，为减轻吸附平衡对动力学分离的负面影响提供了优化策略。

       最后，建立了一个数值模型，揭示了甲烷和氧气浓度分布随时间的变化，并揭示了吸附和解吸阶段吸附床层的爆炸区，表明动力学分离VSA的安全性高于平衡分离PSA。该工作可以指导动力学分离VSA的设计，为实现安全高效的LC-CMG富集提供了现实依据。

       相关研究成果以"Kinetic-separation vacuum swing adsorption for safe and efficient enrichment of low concentration coal mine gas"为题发表在Separation and Purification Technology（中科院1区，IF=9.136）上，其中王鑫鑫老师为第一作者，凌意瀚研究员和中国安全科学技术研究院的周福宝教授为通讯作者。

Fig.1 Experiment system of the kinetic-separation VSA with single adsorption bed for  LC-CMG enrichment

Fig.2 Advantages and disadvantages of (a) equilibrium-separation and (b) kinetic separation VPSA processes for LC-CMG enrichment

题目：基于动力学分离的真空变压吸附安全高效富集低浓度煤矿瓦斯

作者：王鑫鑫、王祖婧、魏康伟、刘宏、凌意瀚*、王绍荣、周福宝*

链接：DOI:10.1016/j.seppur.2022.121683

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