[發(fā)明專利]一種分離二氧化碳?xì)怏w的變壓吸附用活性炭及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410200608.9
• 申請(qǐng)日: 2014-05-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103964431A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐曉舟;霍煥孺;張雙全;賀彬艷;李靜偉;冀有俊;楊釗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司;神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/08
• 分類號(hào): C01B31/08;C01B31/10;C01B31/20;B01J20/20;B01J20/30;B01D53/047
• 代理公司: 北京邦信陽(yáng)專利商標(biāo)代理有限公司 11012
• 代理人: 王昭林;高艷麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于變壓吸附氣體分離領(lǐng)域，具體涉及一種用于分離二氧化碳?xì)怏w的變壓吸附用活性炭及其制備方法。

背景技術(shù)

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，常常需要將化石燃燒排放氣及工業(yè)企業(yè)廢氣中的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行回收，以減少溫室氣體排放，同時(shí)充分利用二氧化碳資源。變壓吸附(pressure swing adsorption，PSA)技術(shù)是分離、提純二氧化碳?xì)怏w的有效技術(shù)之一，該技術(shù)分離二氧化碳?xì)怏w是基于吸附劑對(duì)原料氣體中的二氧化碳有選擇性吸附作用，高壓時(shí)吸附量較大，解壓后被解吸出來(lái)實(shí)現(xiàn)的。影響PSA分離最為關(guān)鍵的因素是吸附劑，目前用于PSA的吸附劑主要有兩大類：即沸石分子篩與活性炭，其中活性炭由于具有成本低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能耐酸、堿及耐高溫、高壓的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用更為廣泛。

在采用活性炭作為吸附劑的PSA技術(shù)中，活性炭的性能是影響變壓吸附工藝裝置的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素之一。目前變壓吸附用活性炭的制備一般包括磨粉、混捏成型、炭化、活化等步驟，各具體步驟的差異會(huì)導(dǎo)致制得的活性炭的吸附效果不盡相同，甚至差異較大。

專利文獻(xiàn)CN103464099A公開(kāi)了一種變壓吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，該方法采用的催化劑為硝酸鹽與氯化物組成的復(fù)合催化劑，并配合相應(yīng)的炭化和活化條件進(jìn)行制備。專利文獻(xiàn)CN1919448A也公開(kāi)了一種變壓吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，該方法采用的催化劑為硝酸鹽與氯化物的混合物，或者硝酸鹽、氯化物和碳酸鹽的混合物，并配合相應(yīng)的炭化和活化條件進(jìn)行制備。實(shí)際操作中，使用上述類型的催化劑在炭化過(guò)程中易造成過(guò)燒現(xiàn)象，在活化過(guò)程中活化程度不易調(diào)控，容易導(dǎo)致過(guò)度活化的問(wèn)題，且活化產(chǎn)率低，孔隙分布不均勻，表面浮灰增多；使用上述催化劑時(shí)，炭化和活化過(guò)程中添加劑氯化物會(huì)在高溫下分解產(chǎn)生腐蝕性的氯化氫氣體。此外，專利文獻(xiàn)CN1919448A在活性制備過(guò)程中有酸洗步驟，增加水資源消耗，廢液容易造成環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于分離二氧化碳?xì)怏w的變壓吸附用活性炭。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備上述用于分離二氧化碳?xì)怏w的變壓吸附用活性炭的方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種活性炭，所述活性炭的孔隙為0.4-0.9nm的孔容在0.16-0.20mL/g。

優(yōu)選地，所述活性炭的孔隙為0.4-0.9nm的孔容在0.17-0.20mL/g，更優(yōu)選為0.18-0.20mL/g。

變壓吸附用活性炭的孔隙分布與其吸附能力密切相關(guān)。發(fā)明人對(duì)影響活性炭吸附性能的多個(gè)因素研究后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于用于二氧化碳?xì)怏w的吸附而言，活性炭的孔隙在0.4-0.9nm的孔容越大，對(duì)二氧化碳?xì)怏w的吸附能力越強(qiáng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的變壓吸附用活性炭具有專門(mén)針對(duì)二氧化碳?xì)怏w吸附而設(shè)計(jì)的孔隙分布結(jié)構(gòu)，因而對(duì)二氧化碳?xì)怏w吸附性能強(qiáng)，吸附量一般在75mL/g(1atm,0℃)以上，在優(yōu)選的條件下可達(dá)80mL/g(1atm,0℃)以上。

本發(fā)明還提供一種制備上述用于分離二氧化碳的變壓吸附用活性炭的方法，包括如下步驟：

(1)將煤炭粉碎為160～200目的煤粉；

(2)將所述煤粉與催化劑、水和煤焦油按重量配比為100:0.5-5:2-6:29-40的比例混捏，擠壓成炭條；所述催化劑由摩爾比為0.5-2.5:1的碳酸鉀與硫酸銨組成；

(3)將所述炭條加熱炭化，炭化溫度為500-750℃，炭化時(shí)間為25-50分鐘，控制揮發(fā)分含量為6-12％，得炭化料；

(4)將所述炭化料置于活化爐中，通入水蒸氣進(jìn)行活化，活化溫度為750-950℃，活化時(shí)間為1-3小時(shí)，控制活化得率為60-75％，得所述活性炭。

步驟(1)所述煤炭可以選擇無(wú)煙煤或煙煤，優(yōu)選為無(wú)煙煤。

優(yōu)選地，步驟(2)所述煤粉、催化劑、水和煤焦油的重量配比為100:2-3:4-6:29-35。采用上述原料比例混捏得到的煤膏，更易于擠壓成炭條，且得到的炭條表面光滑、無(wú)縱橫裂紋，不易結(jié)團(tuán)。

本發(fā)明采用的催化劑為碳酸鉀與硫酸銨的混合物。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，與采用現(xiàn)有的催化劑相比，本發(fā)明的催化劑能夠使炭化速率相對(duì)緩慢，炭化過(guò)程易于控制，制備過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生腐蝕性的氯化氫氣體。另外，本發(fā)明采用的催化劑可有效地定向調(diào)控活性炭的孔隙分布，使制得的活性炭的孔隙分布趨向于0.4-0.9nm。