[發(fā)明專利]載溴型炭吸附劑、其制備方法及應(yīng)用

在審

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• 申請(qǐng)日: 2014-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104475018A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林倩;潘紅艷;徐江海;曹建新;劉飛;鄭蓓蕾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;B01J20/30;C10L3/10
• 代理公司: 貴陽(yáng)東圣專利商標(biāo)事務(wù)有限公司 52002
• 代理人: 袁慶云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種載溴型炭吸附劑，同時(shí)還涉及該載溴型炭吸附劑的制備方法，及該載溴型炭吸附劑用于吸附分離煤層氣中CH₄/N₂方面的用途。

背景技術(shù)

煤層氣，俗稱煤礦瓦斯氣，主要成分為CH₄和N_2，是近幾十年在世界上迅速崛起的新型能源。煤層氣的開(kāi)發(fā)利用具有能源、環(huán)保、煤礦安全等環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)多重效益。中國(guó)具有豐富的煤層氣資源，與常規(guī)天然氣相當(dāng)，貯存量居世界第三，據(jù)有關(guān)礦區(qū)調(diào)研結(jié)果，我國(guó)煤礦區(qū)煤層中平均煤層氣含氣量為9.76m³/t，40%以上的礦區(qū)煤層氣含量大于10m³/t，煤層氣可采儲(chǔ)量達(dá)811.64億m³。

現(xiàn)今，對(duì)于煤層氣中CH₄/N₂的分離和富集，主要采用的變壓吸附濃縮技術(shù)（PSA）。變壓吸附應(yīng)用于煤層氣中CH₄和N₂分離，具有能耗低、操作靈活方便、常溫下連續(xù)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于煤層氣，目前已開(kāi)展小規(guī)模試驗(yàn)還未進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出高分離系數(shù)的吸附劑，是提高變壓吸附技術(shù)提純低濃度煤層氣經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

活性炭是廣泛使用的吸附劑，由于其具備發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，因而具有較好的吸附作用。但是對(duì)于煤層氣體系來(lái)說(shuō)，CH₄分子和N₂分子動(dòng)力學(xué)直徑接近，且在活性炭上的吸附機(jī)理類似。因此，使用活性炭作為分離富集煤層氣用吸附劑，存在CH₄/N₂選擇分離性差的缺點(diǎn)。Baksh等曾經(jīng)使用浸漬蒸汽法對(duì)活性炭進(jìn)行Br₂沉積和ICl沉積改性，可將活性炭CH₄/N₂分離系數(shù)提高至4，但由于其改性工藝周期較長(zhǎng)且難以控制，造成活性炭孔道結(jié)構(gòu)被破壞，總吸附量下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)而提供的一種在不改變CH₄吸附量的同時(shí)，降低活性炭對(duì)N₂的吸附，從而提高活性炭對(duì)CH₄/N₂的分離系數(shù)的載溴型炭吸附劑。

本發(fā)明另一個(gè)目的在于提供了該載溴型炭吸附劑的制備方法。

本發(fā)明再一個(gè)目的在于提供該載溴型炭吸附劑用于吸附分離煤層氣中CH₄/N₂。

本發(fā)明的一種載溴型炭吸附劑，是一種抑制N₂吸附的表面氣相沉積溴基團(tuán)的炭基多孔吸附材。

本發(fā)明的一種載溴型炭吸附劑的制備方法，包括如下步驟：

（1）將未經(jīng)處理過(guò)的原始活性炭平鋪在瓷舟內(nèi)，將瓷舟放入高溫管式爐爐膛溫控區(qū)；

（2）調(diào)節(jié)質(zhì)量流量控制器獲得3-20ml/min的N₂，通過(guò)裝有液溴的溴蒸汽發(fā)生瓶吹出溴蒸汽，在溴蒸汽氣氛下對(duì)活性炭定點(diǎn)加熱至300℃，恒溫5小時(shí)；

（3）取出樣品，放置于通風(fēng)櫥內(nèi)，自然降溫且質(zhì)量變化率小于0.5%/h時(shí)，得到溴蒸汽沉積活性炭產(chǎn)品。

其中：原始活性炭為比表面積800-1500m²/g、平均孔徑1-3nm的果殼型活性炭。

本發(fā)明的載溴型炭吸附劑應(yīng)用于吸附分離煤層氣中CH₄/N₂的方法，包括如下步驟：

（1）將裝有一定量活性炭的吸附柱置于低溫恒溫水槽中，水浴溫度為25℃；

（2）調(diào)節(jié)質(zhì)量流量器獲得流量為5mL/min的模擬煤層氣，持續(xù)通入吸附床層內(nèi)；

（3）經(jīng)吸附柱吸附后的尾氣通過(guò)氣相色譜進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測(cè)；

（4）當(dāng)尾氣中CH₄濃度達(dá)到原料氣的5%時(shí)，利用真空泵對(duì)吸附柱進(jìn)行脫附處理處理，得到經(jīng)活性炭分離富集后的產(chǎn)品氣。