[發明專利]一種變壓吸附提氫吸附劑、制備方法及應用

有效

• 申請號: 202011160175.0
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112169762B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 徐占杰;王明;劉克勇
• 申請（專利權）人: 山東津摯環?？萍加邢薰?/a>
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C01B3/50;B01D53/047
• 代理公司: 淄博匯川知識產權代理有限公司 37295
• 代理人: 李時云

本發明提供一種變壓吸附提氫吸附劑、制備方法及應用。所述變壓吸附提氫吸附劑為為比表面積1200?1500m²/g、直徑0.8?2.0nm微孔體積0.2?0.3ml/g的改性柱狀活性炭，其CO₂吸附容量≥80ml/g，耐磨強度≥98％，表觀密度≥0.65g/ml，原位生成Si₃N₄的質量含量3?6％；其兼具較高分離能力和抗壓強度、耐磨強度、表觀密度的柱狀活性炭，生產成本適中；在變壓吸附提氫應用中，具有較高的單位裝填體積分離能力，不易碎斷，耐磨性較高，掉落粉塵較少，對吸附塔的出口氣流自動閥密封部件的磨損減輕、自動閥壽命延長，對后續工藝的污染較輕或過濾器清理頻率較低。

技術領域

本發明屬變壓吸附提氫技術領域，具體涉及一種變壓吸附提氫吸附劑、制備方法及應用。

背景技術

通過變壓吸附技術進行氣體分離和提純的工藝，在過去的幾十年中獲得廣泛應用，其中一個重要分支是變壓吸附提氫工藝。變壓吸附技術的原理，是基于壓力和循環條件下將多組分混合氣體通過吸附塔，基于各組分氣體的吸附平衡或吸附速率行為的差異進行快速的吸附-脫附循環，達到氣體分離和吸附劑循環使用的目的，具有循環時間短，常溫操作、能耗低、易于自動控制、可獲得高純度產品等優點。

變壓吸附提氫工藝中，主要發生H₂以外雜質成分的常溫物理吸附和脫附過程，通過多種吸附劑如活性炭、分子篩的配合使用，及對氣體流向、壓力的控制，實現了高效、可靠、低成本的氫氣提純和分離。

變壓吸附提氫工藝中，通常采用多個如4-15個吸附塔，按所需時序進行吸附、均壓、順放、逆放、逆洗、升壓等操作。吸附塔裝填的吸附劑通常包括活性炭、分子篩，及硅膠/活性氧化鋁，其中硅膠/活性氧化鋁主要作用是分離水蒸氣、輕烴、甲醇等沸點相對較高、較易吸附的成分；活性炭、分子篩一般搭配使用，主要作用是分離CO₂、CH₄、N₂等沸點相對較低、較難吸附的成分，其中分子篩常用5A分子篩、13X分子篩。各吸附塔的分離作用，或各吸附塔中吸附劑的裝填組合，根據原料氣流的成分、壓力情況和具體的分離要求而定，通常包括兩種情況或方式，一種是各塔作用相同，每一個塔中都級配分層裝填所述各種吸附劑，每一個塔都能把含氫原料氣流分離為富氫氣流和貧氫氣流二股氣流；另一種方式是各塔分成作用不同的二組或多組，分別主要實現如CO₂分離、H₂分離，分離為富氫氣流、貧氫氣流和如純度99％以上的CO₂氣流等三股以上的氣流。

變壓吸附提氫工藝的含氫原料氣流，壓力一般為如0.8MPa以上，主要成分H₂的體積含量一般為50-90％，其它成分主要包括CO₂、CO、CH₄、N₂及水蒸氣，有的還含少量輕烴、甲醇、H₂S等。

變壓吸附提氫工藝的產品富氫氣流，根據工藝條件和具體要求，其H₂體積含量可為98-99.99％，壓力略低于原料氣流；貧氫氣流的H₂體積含量一般30％以下、富集了CO₂、CO、CH₄、N₂等成分，該貧氫氣流壓力顯著低于原料氣壓力，所述原料氫氣流與貧氫氣流的壓力差是CO₂、CO、CH₄、N₂脫附過程的推動力。

變壓吸附提氫工藝吸附塔裝填的活性炭，其性能指標對提氫效果的影響顯著。林業行業標準LY/T1971-2011推薦的變壓吸附精制氫氣用活性炭指標情況，主要包括：CO₂吸附容量≥42ml/g，耐磨強度≥96％，表觀密度0.56-0.63g/ml。