[發明專利]用于提濃煤層氣中甲烷的活性炭及其制備方法

在審

• 申請號: 201711378584.6
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108059161A
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 程文萍;齊金山;崔杏雨;馬靜紅;李瑞豐
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/324;B01D53/047;C10L3/10
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

本發明公開了一種用于提濃煤層氣中甲烷的活性炭及其制備方法，是以玉米芯為原料，與活化劑氫氧化鉀溶液混合并烘干后，惰性環境中高溫活化制備得到活性炭。本發明制備的活性炭具有高的比表面積和高微孔容積，其CH4/N2平衡分離比達到3.0以上，與不摻氫氧化鉀制備的活性炭相比，吸附量明顯增大，分離比也有所提高，用于CH4/N2的吸附分離，可以實現CH4/N2的有效分離。

技術領域

本發明屬于氣體分離用吸附劑技術領域，涉及一種具有較大CH4、N2吸附量及CH4/N2平衡分離比的活性炭，以及該活性炭的制備方法。

背景技術

煤層氣的主要成分是CH4、N2等，是一種以吸附態、游離態或溶解態存在于煤層內的非常規天然氣。我國煤層氣資源豐富，埋深淺于2000m的煤層氣地質資源量約為36.81萬億立方米。因此，非常規天然氣的商業開發顯示出巨大的經濟價值。

目前，針對煤層氣中甲烷的提濃工藝主要包括低溫精餾、膜分離和變壓吸附等。其中變壓吸附技術可基于吸附平衡、吸附動力學及空間位阻效應進行分離，操作靈活、適用范圍廣，已廣泛應用于工程領域。但在實際生產中，由于CH4、N2兩者動力學直徑相近，性質相似，成為最難分離的體系。所以，變壓吸附技術應用的核心在于吸附劑的選擇。

活性炭是一種碳質多孔材料，由于具有發達的孔道結構和較大的比表面積，因而常被用作氣體吸附劑。

CN 104475018A公開了一種載溴型活性炭的制備方法，其通過氣相沉積法將溴基團負載到活性炭上，對N2的吸附起到抑制作用，從而提高CH4/N2分離比。但是該工藝中大量溴蒸汽的使用必然增加了生產成本，且對人員和環境造成嚴重危害，因此限制了其的大規模工業生產。

CN 106395819A公開了一種木屑活性炭的制備方法，是以磷酸和濃硫酸為活化劑，將粉碎的木屑與活化劑混合均勻，一同放入馬弗爐中炭化、活化。該制備方法工藝簡單、易操作，而且成本低廉，但未提到對CH4/N2的吸附分離效果。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于提濃煤層氣中甲烷的活性炭及其制備方法，本發明制備的活性炭具有高比表面積和高微孔容積，用于CH4/N2的吸附分離，可以實現CH4/N2的有效分離。

本發明所述的用于提濃煤層氣中甲烷的活性炭是以玉米芯為原料，與活化劑氫氧化鉀溶液混合并烘干后，惰性環境中高溫活化制備得到的活性炭。

本發明所使用的玉米芯原料優選為去除掉海綿絮層的玉米芯。

其中，本發明中所述玉米芯與氫氧化鉀的質量比為0.5～3∶1。

進一步地，本發明所述烘干處理過程是在150～180℃條件下進行的。

進而，本發明還提供了所述用于提濃煤層氣中甲烷的活性炭的制備方法，所述方法具體按照以下步驟進行：