本发明专利技术公开了一种变压吸附中甲烷专用碳吸附剂及其制备方法，其中碳吸附剂是由以下质量份数的原料依次经压条、炭化、活化后得到的碘值９００－１０００ｍｇ／ｇ、亚甲蓝值１００－１５０ｍｇ／ｇ的吸附剂：煤粉１００份，煤焦油３５－４５份，氢氧化钾３－８份，硝酸钾２－６份，碳酸钙３－８份，氯化镁２－６份，水１０－２０份。本发明专利技术变压吸附中甲烷专用碳吸附剂强度高、微孔集中、孔容大、吸附和解吸速度快、ＣＨ４吸附容量达到２５．０ｍＬ／ｇ，对于ＣＯ的吸附小于２．０ｍＬ／ｇ，强度大于９５％。完全可以满足当前国内工业应用的需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种吸附剂及其制备方法，具体地说是一种。
技术介绍
在现代工业中，N2、甲烧(CH4) CH4和CO是重要的基础化工原料。N2在化工、电子、冶金、食品、机械等领域早已获得了广泛的应用，现代工业对氮的需求量每年以大于10%的速度增加；CH4除作为合成原料外，当前更多的是作为能源使用，而CO是羰基合成有机化学品的重要原料，还可以生产多种有机化学品，如甲酸、草酸、醋酸、丙酸及丙烯酸脂、羧酸脂、二甲基甲酰胺DMF、二异氰酸脂TDL等。在矿业、煤焦化工、石油化工等工业生产过程中，往往多种气体成分如CO、CO2、N2、CH4、H2和乙烯等并存，变压吸附(Pressure SwingAdsorption, 简称PSA)技术是目前最为经济有效的气体分离提纯方法，而吸附剂的选择是PSA能否实现分离的关键。PSA技术是近几年来在工业上新崛起的气体分离技术，其基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。1959年，美国埃索公司首次开发成功PSA技术，应用于空气干燥装置。该技术于 1962年实现工业规模的制氢。进入上世纪80年代初期，变压吸附分离技术获得了迅速的发展。当前，由于此类PSA分离装置操作能耗低、性能好、工艺流程简单、自动化程度高、操作方便，在中小规模气体分离领域已经确立了它的优势，并且正不断向大型化发展，其重要性日渐显著，对它的研究已成为目前化工领域的一个热点，而PSA分离装置技术的核心是碳吸附剂的技术性能，碳吸附剂的微孔结构、孔容积、装填密度、强度、吸附容量及分离系数是最重要的技术参数，吸附剂质量直接影响分离装置的产品产量、产品纯度、生产效率和寿命。对于CO、N2和CH4气体的分离，国外活性炭吸附剂的研究，主要有德国、美国、日本和意大利几个发达国家，其中以德国、美国、日本研究的吸附剂最为成功，且已获得工业化应用。美国近两年推出的产品吸附剂吸附量已达到CH4大于25. 0mL/g,C0小于2. OmL/g的水平，而我国CH4气体的分离吸附剂的研制尚未取得成功。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种CH4吸附能力强、组分分离系数大、能实现工业化生产的变压吸附中CH4专用碳吸附剂及其制备方法。1)催化剂的选择活性炭作为一种孔隙发达的吸附剂，已广泛用于空气净化、气体分离、液体和溶液脱色、催化剂及催化剂载体等方面，但活性炭的吸附性能的高低主要取决于孔结构特征，不同的处理对象，对活性炭的孔结构分布要求不同，因此要根据所吸附处理对象对活性炭孔结构进行调整。而活性炭孔的调控单纯的依靠炭化活化工艺条件范围小，这就要借住一些添加剂即催化活化对活性炭孔进行调整。对于含有CO、N2和CH4的混合气体的分离，采用变压吸附PSA的物理分离技术，由于CO和N2的分子直径均很小，分别为0. 28nm和0. 3nm, 并且非常接近，因此难以分离，而CH4的分子直径为0. 4nm，相对影响较小。CO是极性气体， CH4是非极性分子，活性炭是极性物质，根据吸附理论较大分子较易吸附的原理，选择研发 PSA-CH4活性炭吸附剂。依据吸附原理，重点研究方向是在活性炭在不同的催化反应中孔隙的形成及孔径大小的可调节性，即在传统柱状活性炭材料物理法生产的基础上，添加调孔和强度化学材料，使之形成先进的物理-化学催化法生产技术工艺，使吸附剂的孔隙形成相对集中在 0. 7-1. 4nm范围，以生产出适合的产品。甲烷分子运动直径为0. 38nm，与氧、氮接近，属小分子范畴。根据吸附动力原理论，吸附质的分子直径应为被吸附质分子直径的2-3倍，即为 0. 76-1. 14nm(7.6-1.44A)，按活性炭孔径分布划分应为微孔活性炭，也就是说微孔孔容愈大的活性炭对甲烷的吸附量就愈大。微孔愈多愈集中，微孔孔容就愈大。活化工艺就是造孔过程，是从微孔逐步活化成中孔、大孔，活化过程孔结构发展经历了3个阶段1、活化剂(H2O)使炭基体(炭化料)已存在的闭孔打开(产生的是微孔)。2、活化剂通过已打开的孔进入炭化料内部活化，当活化时间较短是活化反应主要产生的是微孔。3、随着活化时间的延长，到一定程度，活化反应主要是扩孔，即一部分微孔烧失产生中孔，大孔，此时烧失率增加，堆比重下降，强度降低。逐着活化深入，微孔量虽然增加，但对甲烷吸附无作用的中孔和大孔也会增加。怎样才能使微孔孔容增加较大，而无效孔较少，途径有两条活化工艺的控制，主要指水蒸气量和温度、活化时间的控制；催化炭化和催化活化。2)碱金属、碱土金属化合物硝酸钾、氢氧化钾、碳酸钙、氯化镁碱金属、碱土金属化合物其氧化物在高温下活性较强，同时添加后在高温条件下， 在炭化时能够促使煤分子的芳环断裂分成非烃官能团，降低了煤大分子的有序化，使煤大分子的活性点增加，同时其分解后生成的初生态氧的强氧化作用，使含氧官能团增加，提高了活化速度，同时碱土金属化合物的，能降低活化能，有利于微孔孔容的增加，烧失率降低、 堆比重增大。以硝酸钾、碳酸钙为例KNO3 — Κ20+02+Ν2KNO3+C ^ K2C03+C02+N2硝酸钾与碳反应生成碳酸钾，不仅使局部烧失产生孔隙还会影响周围碳原子电子的分布，形成活化点，同时硝酸钾分解产生的氧加快了反应速度(氧与碳反应速度是碳与水蒸汽反应速度的30倍)。添加碳酸钙可使其活化能降低，将C-H2O反应的活化能从l^kj/mol降低到 164kJ/mol,同样条件下，其反应速度提高，有利于微孔的培育，同堆比重增大。综合以上分析，本专利技术解决技术问题采用如下技术方案本专利技术变压吸附中CH4专用碳吸附剂，由以下质量份数的原料依次经压条、炭化、 活化后得到的碘值900-1000mg/g、亚甲蓝值100-150mg/g的吸附剂煤粉100份，煤焦油35-45份，氢氧化钾3_8份，硝酸钾2_6份，碳酸钙3_8份，氯化镁2-6份，水10-20份；所述煤粉中灰分的质量百分含量< 5% ；所述煤焦油为高温煤焦油，高温煤焦油比低温煤焦油的浙青含量高，从而使制备的活性炭的强度更好。本专利技术变压吸附中CH4专用碳吸附剂的制备方法按以下步骤操作前驱体的制备将煤粉粉碎至颗粒粒径大于200目得煤粉料，向所述煤粉料中加入煤焦油、氢氧化钾、硝酸钾、碳酸钙、氯化镁和水，搅拌均勻后用压力机挤条，静置2-3天后炭化把水和焦油的杂质除去，强度增加，同时生成造出一定的孔，即得前驱体；吸附剂的制备将所得前驱体置于司德普炉或多功能转炉内在水蒸气的存在下于850-950°C活化至碘值900-1000mg/g，水蒸气是通过锅炉压力通入活化炉内，每吨前驱体800kg与物料一并进入，亚甲蓝值100-150mg/g，然后用质量浓度3_10%的盐酸溶液浸泡 8-24小时，水洗至pH值7-9后于120°C干燥1小时即得成品。所述炭化是在500-700 V隔氧炭化2-3小时。所述活化时水蒸气的通入量为每吨前驱体800kg，通入流速为20mL/min。本专利技术中碘值、亚甲蓝堆比重的测定是按照国标GB7702-97的标准进行测定的， 甲烷吸附量的测定仪器为美国MICR0METRICS公司ASAP2020M型测试仪。微孔孔容用DFT法测定。与已有技术相比，本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．变压吸附中甲烷专用碳吸附剂，其特征在于由以下质量份数的原料依次经压条、炭化、活化后得到的碘值９００－１０００ｍｇ／ｇ、亚甲蓝值１００－１５０ｍｇ／ｇ的吸附剂：煤粉１００份，煤焦油３５－４５份，氢氧化钾３－８份，硝酸钾２－６份，碳酸钙３－８份，氯化镁２－６份，水１０－２０份；所述煤粉中灰分的质量百分含量＜５％；所述煤焦油为高温煤焦油。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李森，
申请(专利权)人：淮北市森化碳吸附剂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：34
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