[發明專利]一種碳分子篩吸附劑的制備方法

無效

• 申請號: 200910062526.1
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN101596445A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 李廣學;何杰;張洪流;劉銀;曹從偉;葉俊
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C07C7/13;C07C9/04
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及工業氣體的分離精制技術領域，更具體涉及一種碳分子篩吸附劑的制備方法，本發明制備的碳分子篩可作變壓吸附富集瓦斯過程中的吸附劑，對甲烷具有高吸附量，對氧氣/甲烷(O₂/CH₄)和氮氣/甲烷(N₂/CH₄)的分離系數分別≥5。

背景技術

我國目前的煤礦伴生瓦斯氣70-90％的甲烷因濃度低(＜20％)無利用價值而排放，這部分瓦斯氣由于甲烷(CH₄)氣濃度低，氧含量高，非常接近于CH₄氣的爆炸濃度(5-16％)范圍或者就在CH₄氣的爆炸濃度范圍內，因此難以直接利用。我國作為產煤大國，瓦斯資源十分豐富；我國2000m內的煤層氣量達35萬億立方米(相當于450億噸標煤，350億噸標油)，與陸上常規天然氣資源相當。

CH₄對大氣溫室效應影響占15～20％，CH₄為CO₂分子溫室效應的21倍，對臭氧層破壞能力是二氧化碳的7倍，將CH₄排放到大氣中，一方面造成了資源的嚴重浪費，另一方面導致溫室效應。合理濃縮利用低濃瓦斯中的CH₄具有節能和環保雙重意義，迫切需要一種能安全將低濃度瓦斯氣濃縮富集成高濃度瓦斯的技術，選擇合適的吸附劑是該技術的關鍵。

碳分子篩(Carbon?Molecular?Sieves，簡記為CMS)是一種新型吸附劑，一種非極性速度分離型、半永久的吸附材料，它的有效孔徑在0.4nm～0.9nm之間，主要用于多種混合氣體的分離。目前，碳分子篩作為變壓吸附空氣分離技術的首選吸附劑被廣泛用于空氣分離以制取富氮氣體。CMS性能及其制造成本很大程度上由所用原料和采用的工藝過程所決定。對于工業生產CMS來說，開發新的原材料以降低生產成本將帶來巨大的經濟效益和社會效益。用于制備CMS的原料很廣，由含炭植物或礦物(煤、瀝青等)到合成高分子聚合物等，均可用來制造碳分子篩。

目前的碳分子篩都是采用原煤制取。首先要精選原煤，并進行酸性處理，要求控制灰分在5％以下，揮發份在35％以上，然后將細粉碎至350目～450目，然后每100份細粉與30～40份煤焦油一起擠條成型，干燥，碳化，碳化后的產品置入電加熱轉爐調孔處理至所需要孔徑。這種原煤制取工藝需要采用精選原煤，原料成本及綜合成本都很高，原料灰分較高，在5％左右，而揮發份較低，在35％左右。

發明內容

本發明目的是在于提供了一種碳分子篩吸附劑的制備方法，以高分子聚合物為原料，經過固化、干餾、細粉碎、成型、碳化活化和碳沉積調孔制備工藝，制備了用于低濃度瓦斯氣變壓吸附分離CH₄氣的碳分子篩，該碳分子篩對CH₄具有高吸附量，選擇吸附系數大，強度好，成本低，無污染，其性能已達到或超過日本樣品碳分子篩水平。

為了達到上述的目的，本發明采用以下技術措施：

一種碳分子篩吸附劑的制備方法，是一種用于變壓吸附的對甲烷具有高吸附量的碳分子篩吸附劑的制備方法，以高分子聚合物為原料，經過固化、干餾、細粉碎、成型、碳化活化和碳沉積調孔制備工藝，制得一種用于低濃度瓦斯氣變壓吸附分離CH₄氣、對CH₄具有高吸附量，對氧氣/甲烷(O₂/CH₄)和氮氣/甲烷(N₂/CH₄)的分離系數分別≥5的碳分子篩。其步驟是：

(1)、固化：

以有機高分子聚合物為原料，置于恒溫干燥箱內在溫度為80～150℃條件下，固化4～7h，即得固化后的高分子聚合物；

(2)、干餾：

將固化后的高分子聚合物用粉碎機粉碎至1.5cm以下的顆粒，進行干餾，干餾溫度為500～900℃，恒溫0.5～4h；

(3)、細粉碎：

將粉碎干餾后的高分子聚合物還達不到所需粒徑，需進一步細粉碎，可用球磨或氣磨制得粒徑為3～8微米顆粒；

(4)、成型：

將細粉碎后的高分子聚合物與粘結劑按質量比為1∶1～3∶1混合攪勻，用油壓機擠壓成型，成型壓力為18～25MPa，成型后在78-82℃條件下干燥4～8h，制得碳化原料；

(5)、碳化活化：