[發明專利]一種分離甲烷和氮氣的方法

有效

• 申請號: 201810941397.2
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109107329B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 鮑宗必;李良英;任其龍;張治國;楊亦文;楊啟煒
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D53/02
• 分類號: B01D53/02;B01J20/22
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;康志梅

本發明公開了一種分離甲烷和氮氣的方法，包括如下步驟：以金屬有機框架材料為吸附劑，采用吸附分離法從含甲烷和氮氣的混合氣中分離甲烷和氮氣或提純甲烷；所述金屬有機框架材料的結構通式為[M(C₆O₄)]·nH₂O或[M₂(C₆O₄)₃]·nH₂O，式中M為金屬離子，n為水分子數量，數值為2～8。金屬有機框架材料由過渡金屬離子或堿土金屬離子與有機配體(2，5?二羥基?1，4?苯醌)通過配位鍵或者分子間作用力形成的三維網絡結構，其中水分子與金屬配位且與有機配體上的氧原子存在較強的氫鍵作用。本發明所用的金屬有機框架材料制備所用的有機配體和金屬鹽均廉價易得，合成條件溫和，純化步驟簡單，易于操作和放大。

技術領域

本發明涉及吸附材料以及能源的技術領域，尤其涉及一種甲烷和氮氣的分離方法。

背景技術

甲烷作為天然氣的主要成分，正成為一種清潔和廉價的能源資源。與傳統的煤和石油等化學燃料相比，在相同單位能量的基礎上甲烷釋放的二氧化碳量相對較小，也在一定程度上減輕了化石燃料燃燒造成的溫室效應。目前，甲烷被廣泛應用于工業、商業和居民生活中，據統計其在世界上所占的能源比例為22％。甲烷一般可通過很多非傳統資源獲得，例如煤層氣、填埋氣、生物發酵等非常規資源。但從非常規資源獲得的甲烷氣體往往成分復雜，經常夾帶著不同的氣體，如二氧化碳、氮氣非可燃性氣體及硫化氫氣體等，這類氣體不僅會降低甲烷的燃燒熱值同時易腐蝕運輸天然氣的管道和設備。同時，以此方式獲得的甲烷氣體濃度過低，不適宜充分利用，如果排放到大氣中更易造成溫室效應。因此，將低濃度的甲烷濃縮是一種有效緩解天然氣供求關系的有效辦法。開采的低濃度的天然氣中主要的雜質為惰性氣體氮氣，但因為甲烷和氮氣非常相似物化性質以及相近的分子動力學尺寸(甲烷，氮氣，)，導致甲烷和氮氣的分離異常困難。

現階段，工業上能有效分離甲烷和氮氣的方法相對較少，主要有深冷法、吸附法等。深冷法是利用混合氣中各組分揮發性的不同，在低溫條件下將混合氣的各組分冷凝下來，然后用精餾手段將各組分逐一分離。深冷分離工藝在投入工業化后，甲烷和氮氣的分離看到了希望。但是采用低溫精餾僅對于混合氣中甲烷含量相對較高比較實用，并且因為精餾過程中巨大的能耗和對中小規模設備的不友好限制了它的普及和運用。因此，目前仍亟需一種更加經濟節能的分離手段來純化分離甲烷和氮氣。相比，吸附分離法具有操作簡便、能耗小、成本低等特點，但甲烷和氮氣的吸附分離最關鍵的是選擇具有可觀吸附量和較高吸附選擇性的吸附劑。常用的吸附劑包括活性炭、粘土、分子篩、硅膠等。但是由于此類材料的內部孔結構不均一導致吸附的容量和選擇性并不能達到工業應用水平。