一种煤层气或页岩气提纯用吸附剂制造技术

本发明专利技术属于变压吸附用吸附剂技术领域，具体公开了一种煤层气或页岩气提纯用吸附剂，以天然斜发沸石为原料，经选矿得到高纯度的天然斜发沸石，选矿采用破碎、磨矿得到矿浆，然后旋流分离、摇床重选分离，脱水后获得高纯度的天然斜发沸石产品。之后以制得的高纯度的天然斜发沸石为原料，经过锶盐或钠盐改性，得到钠型或锶型天然斜发沸石。本发明专利技术制得的吸附剂的吸附量及选择性得到了大幅度提高，可以用于分离提纯煤层气或页岩气等CH

An adsorbent for purification of coalbed methane or shale gas

【技术实现步骤摘要】
一种煤层气或页岩气提纯用吸附剂
本专利技术涉及变压吸附用吸附剂
，具体涉及一种煤层气或页岩气提纯用吸附剂，以天然斜发沸石为原料制得。
技术介绍
吸附剂一般指能有效地从气相或者液相中吸附一种或几种组分的固态物质，吸附剂的共同特点是适宜的表面结构和孔结构、大的比表面积、对吸附质有较强的选择性吸附能力，一般不与吸附质或介质发生化学反应。工业上常用的吸附剂有以碳质为原料的活性炭、碳分子筛，金属和非金属氧化物类吸附剂如硅胶、氧化铝、沸石分子筛、天然黏土等。目前在N2/CH4分离领域最具前景的是天然斜发沸石和ETS-4。天然斜发沸石多见于侏罗纪以后第三纪火山碎屑岩中，特别是凝灰岩中。凝灰岩的沉积环境多种多样，有海洋、近海、泻海、淡水湖和路相等，主要是通过间隙溶液于火山玻璃蚀变形成的。天然斜发沸石常与长石、石英、蒙脱石矿等共生，从而影响了其中斜发沸石的纯度。由于用作吸附剂时主要是利用斜发沸石的特性，因此杂质长石、石英、蒙脱石矿的存在会影响斜发沸石的吸附性能。由于天然斜发沸石中斜发沸石的纯度问题，影响了天然斜发沸石在工业用吸附剂方面的应用，目前还处在实验室研究阶段。工业上目前吸附剂使用的一般为合成沸石，合成沸石是采用硅酸钠水溶液和铝酸钠水溶液按规定的比例混合生成铝硅酸凝胶，将其加热，结晶化合成。通过改变各成分的混合比例、加热温度和搅拌等合成条件可制得多种多样的合成沸石。合成沸石具有独特的结晶构造、细孔径、表面电场、吸附分离能、离子交换能、固体酸性等物理化学特性，故作为功能性物质被用作吸附剂、分子筛、离子交换剂、催化剂使用。合成沸石生产成本高，因此造成合成沸石类吸附剂价格昂贵。煤层中的甲烷是一种优质的气态燃料和化工原料，同时它也是煤矿井下开采的灾害因素以及造成大气温室效应的一个重要有害源。随着人们对煤矿安全、环境保护意识的提高，近年来国内外十分重视煤层气的开发利用。我国每年因煤炭开采而释放的煤层甲烷高达60亿立方米，占全世界排放总量的30％，而利用率仅为7％～8％，资源损失十分巨大。其原因之一就在于，煤层气中CH4的提纯分离没有得到解决。变压吸附(PSA)技术是有效的气体分离提纯方法，其新应用领域包括CH4/N2的分离，这将在煤层气利用领域获得发展，因为预净化后的抽放煤层气可看成是CH4和N2的混合气体。对PSA分离而言，吸附剂的选择是关键的一步。沸石分子筛具有适应工业气体分离要求的独特结构，同时可通过离子交换、改变硅铝比、调变骨架元素等方面对其改性，从而实现N2/O2、CH4/N2、CO/N2及CO/CH4等混合气体的有效分离。如何有效利用天然斜发沸石，通过对天然斜发沸石进行提纯、去杂，得到高纯度的斜发沸石，以代替合成沸石，生产出天然斜发沸石类吸附剂，降低吸附剂的生产成本，使变压吸附(PSA)技术在煤层气等气体分离提纯领域得到广泛应用，是目前研究的重要课题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种煤层气或页岩气提纯用吸附剂，通过提纯天然斜发沸石矿，并进一步改变其化学组成和配比，制得的吸附剂的吸附量及选择性得到了大幅度提高，并且相对于合成沸石，降低了沸石类吸附剂的生产成本。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种煤层气或页岩气提纯用吸附剂，通过以下方法制得：将高纯度的天然斜发沸石与1～4mol/L的锶盐水溶液或钠盐水溶液混合，所述高纯度的天然斜发沸石与锶盐水溶液或钠盐水溶液的混合比例为：每克高纯度的天然斜发沸石对应使用锶盐水溶液或钠盐水溶液10～20ml，之后于70～90℃下搅拌反应1～4小时，然后过滤，过滤所得固体物经烘干、研磨，之后再经压制、造粒，得到粒状的吸附剂，所述吸附剂为锶型吸附剂或钠型吸附剂，粒状的吸附剂的粒径范围为0.5～1.5mm；其中，所述锶盐水溶液为SrCl2·6H2O配制的水溶液；所述钠盐水溶液为氯化钠水溶液；所述高纯度的天然斜发沸石由天然斜发沸石原矿选矿得到，选矿方法包括以下步骤：破碎：将块状的天然斜发沸石原矿破碎至粒度≤3mm的细碎产品；细磨：细碎产品加水配制成固含量为45～55％的矿浆，所得矿浆用瓷磨机细磨，细磨至所得矿浆物料粒度为-200目含量为80～90％；重选去除蒙脱石：细磨后得到的矿浆物料用水力旋流器进行重选，在水力旋流器中分离后，得到溢流泥和底流矿浆，所述溢流泥主要成分为蒙脱石；选矿摇床分离：所述底流矿浆送入选矿摇床进行分离，得到的溢流产品为含高纯度天然斜发沸石产品的矿浆，得到的尾砂主要成分为石英长石重矿物；得到的所述含高纯度天然斜发沸石产品的矿浆经脱水后即得到高纯度的天然斜发沸石产品，其中斜发沸石含量为80～90％。优选地，每克高纯度的天然斜发沸石对应使用锶盐水溶液或钠盐水溶液20ml。优选地，将高纯度的天然斜发沸石与锶盐水溶液或钠盐水溶液混合，之后于80℃下搅拌反应2.5小时。优选地，所述破碎步骤中，将块状的天然斜发沸石原矿进行两级破碎，一级破碎采用颚式破碎机，二级破碎采用圆锥破碎机。经试验表明，本专利技术提供的吸附剂对氮气具体选择吸附性能，可以应用于CH4/N2混合气分离提纯中，例如可以用于煤层气或页岩气中甲烷的富集提纯。本专利技术提供的吸附剂，以天然斜发沸石为原料，经选矿，得到了高纯度的天然斜发沸石，选矿时，利用天然斜发沸石矿中不同矿物成分的物理和化学差异，根据其矿物学性质采用破碎，磨矿得到矿浆，然后旋流分离、摇床重选分离，脱水后获得高纯度的天然斜发沸石产品。首先根据天然斜发沸石矿中斜发沸石与长石、石英、蒙脱石矿的嵌布情况，对天然斜发沸石矿进行破碎磨矿，细磨至矿浆物料粒度为-200目(负数表示能漏过该目数的网孔，即颗粒尺寸小于网孔尺寸)含量为80～90％时，实现了斜发沸石与长石、石英、蒙脱石矿的完全解离，之后用水力旋流器进行重选，由于蒙脱石较细且轻，形成溢流泥，从上部流出，石英、长石和斜发沸石进入底流矿浆，从水力旋流器下部出来，然后再进入选矿摇床，通过选矿摇床的重选分离，石英、长石重矿物形成沉沙，作为尾砂排出，轻矿物斜发沸石进入溢流产品，得到的溢流产品即为含高纯度天然斜发沸石产品的矿浆，再经脱水、干燥即得到高纯度天然斜发沸石产品，其中斜发沸石含量为80～90％。之后从高纯度天然斜发沸石的孔道结构和交换机理入手，以制得的高纯度的天然斜发沸石为原料，直接进行锶盐或钠盐改性，得到钠型或锶型天然斜发沸石，得到的钠型或锶型天然斜发沸石中锶离子或钠离子的交换率高。本专利技术通过提纯天然斜发沸石矿，提取天然斜发沸石的有效成分，并进一步改变其化学组成和配比，制得的吸附剂的吸附量及选择性得到了大幅度提高，并且相对于合成沸石，降低了沸石类吸附剂的生产成本。经试验，本专利技术提供的锶型沸石类吸附剂在常温常压下N2吸附量达到11-13cm3/g，对CH4的吸附量为0.3-1.1cm3/g，分离选择系数大于10，可以应用于煤层气或页岩气浓缩提纯。经试验，本专利技术提供的钠型天然斜发沸石类吸附剂在常温常压下N2吸附量达到9-11cm3/g，对CH4的吸附量为0.5-1.0cm3/g，分离选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层气或页岩气提纯用吸附剂，其特征在于，通过以下方法制得：/n将高纯度的天然斜发沸石与1～4mol/L的锶盐水溶液或钠盐水溶液混合，所述高纯度的天然斜发沸石与锶盐水溶液或钠盐水溶液的混合比例为：每克高纯度的天然斜发沸石对应使用锶盐水溶液或钠盐水溶液10～20ml，之后于70～90℃下搅拌反应1～4小时，然后过滤，过滤所得固体物经烘干、研磨，之后再经压制、造粒，得到粒状的吸附剂，所述吸附剂为锶型吸附剂或钠型吸附剂，粒状的吸附剂的粒径范围为0.5～1.5mm；/n其中，所述锶盐水溶液为SrCl

【技术特征摘要】
1.一种煤层气或页岩气提纯用吸附剂，其特征在于，通过以下方法制得：
将高纯度的天然斜发沸石与1～4mol/L的锶盐水溶液或钠盐水溶液混合，所述高纯度的天然斜发沸石与锶盐水溶液或钠盐水溶液的混合比例为：每克高纯度的天然斜发沸石对应使用锶盐水溶液或钠盐水溶液10～20ml，之后于70～90℃下搅拌反应1～4小时，然后过滤，过滤所得固体物经烘干、研磨，之后再经压制、造粒，得到粒状的吸附剂，所述吸附剂为锶型吸附剂或钠型吸附剂，粒状的吸附剂的粒径范围为0.5～1.5mm；
其中，所述锶盐水溶液为SrCl2·6H2O配制的水溶液；所述钠盐水溶液为氯化钠水溶液；
所述高纯度的天然斜发沸石由天然斜发沸石原矿选矿得到，选矿方法包括以下步骤：
破碎：将块状的天然斜发沸石原矿破碎至粒度≤3mm的细碎产品；
细磨：细碎产品加水配制成固含量为45～55％的矿浆，所得矿浆用瓷磨机细磨，细磨至所得矿浆物料粒度为-200目含量为80～90％；
重选去除蒙脱石：细磨后...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝小非，胡宏杰，姚明星，张永兴，李珍，
申请(专利权)人：中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41