CN109453745A - 高强度碳分子筛及其制备方法 - Google Patents

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    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
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Abstract

本发明涉及一种高强度碳分子筛及其制备方法，制备方法包括如下步骤：原料称取、分类、原料粉碎、杂质分离、原料烘干、球磨、捏合、挤条、碳化、活化、品管、筛分和包装，其中，在所述捏合过程中添加纤维材料。本发明制备方法制备一种创新型结构的高强度碳分子筛产品，特征为利用纤维材料补强粒体结构，以免因为粒径缩小时，导致结构强度与抗压强度不足，因而导致粉化与流失现象，该方法制备的碳分子筛在低粒径的情况下具备较高的物理情况，同时具有较长的使用寿命。

Description

高强度碳分子筛及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳分子筛领域，具体涉及一种高强度碳分子筛的制备方法。
背景技术
气体纯化设备，例如变压吸附PSA制氮机、利用碳分子筛吸附材料，可生产一般纯度99％/99.9％与高纯度99.99％/99.999％氮气，如果加上纯化器，可生产超高纯度99.9999％的氮气。此种设备与氮气可利用于电子、冶金、钢铁、石化、煤炭、食品、医药、船舶、等离子切割等行业。随着国内产业发展的提升，我国已经逐渐成为此种设备与吸附材料的主要生产国与使用国。
变压吸附制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。现使用的吸附剂为碳分子筛，最佳吸附压力为0.7─0.9MPa，整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲击能量。变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。
碳分子筛是一种以煤炭、果壳、椰壳或酚醛树脂为主要原料，经过研磨、捏合、挤条成型、碳化等制程，并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂。目前商用产品均呈黑色柱状体，粒径为1.0-2.0mm之间，抗压强度为30─100N/pc。
碳分子的性能表现与粒径有相当直接的关系，当粒径减少时吸附性能提升，亦即单位体积或单位重量碳分子筛的氮气产能可以提升，或者单位氮气产能的空氮比可以下降，也就是能耗降低。但是当粒径减少时，碳分子筛的抗压强度也随之下降，可能会因摩擦发生粉化现象，导致变压吸附制氮机的性能衰退，设备故障，以及寿命减少的结果。
为了要提升变压吸附制氮机的性能，就必须考虑将碳分子筛的粒径减少，为了避免粒径减少导致的抗压强度下降，就必须寻求一种创新的方法，改善碳分子筛粒子的结构与强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度碳分子筛及其制备方法，用以解决现有技术中的低粒径碳分子筛强度低的问题。
本发明一方面提供了一种高强度碳分子筛的制备方法，包括如下步骤：原料称取、分类、原料粉碎、杂质分离、原料烘干、球磨、捏合、挤条、碳化、活化、品管、筛分和包装，其中，在所述捏合过程中添加纤维材料。
进一步的，所述纤维材料为玻璃纤维，碳纤维、金属纤维或石墨烯。
进一步的，所述纤维材料的质量为原料质量的1-10％。
进一步的，所述原料包括粉体、黏结剂、添加剂和纤维材料。
进一步的，所述粉体为煤炭、果壳、椰壳、酚醛树脂中的一种或几种。
进一步的，所述黏结剂为有机型黏结剂，包括煤焦油。
进一步的，所述添加剂包括界面活性剂、消泡剂、水、酚醛树脂中的一种或几种。
进一步的，所述碳化和活化作业采用分批分时工作，减少废气的瞬时总量，使用天然气为燃料的高温燃烧炉，燃烧炉温度为800-1000℃，所述碳化和活化作业过程采用氮气作为保护气，所述氮气通过高纯度制氮机提供。
进一步的，所述捏合时间为20-60min。
本发明另一方面提供一种高强度碳分子筛的制备方法所制备的高强度碳分子筛。
采用上述本发明技术方案的有益效果是：
本发明制备方法制备一种创新型结构的高强度碳分子筛产品，特征为利用纤维材料补强粒体结构，以免因为粒径缩小时，导致结构强度与抗压强度不足，因而导致粉化与流失现象，该方法制备的碳分子筛在低粒径的情况下具备较高的物理情况，同时具有较长的使用寿命。
附图说明
图1为现有技术分子筛条子产品截面效果图；
图2为本发明高强度分子筛条子产品截面效果图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例一种高强度碳分子筛的制备方法，包括如下步骤：原料称取、分类、原料粉碎、杂质分离、原料烘干、球磨、捏合、挤条、碳化、活化、品管、筛分和包装，其中，在所述捏合过程中添加纤维材料。
该实施例中，各组分的质量份数为：
煤炭粉体：煤焦油：水：玻璃纤维＝100：30：30：10。
挤条过程采用2.0mm孔径的孔板挤条，碳化并活化挑孔后，得到粒径1.6mm的柱状条子产品，产品抗压强度为70─80N/pc。
其中，现有技术和该实施例所得产品截面如图1和图2所示，现有技术产品的主要内容为碳化的粉体，而该实施例制备的产品中包括碳化的粉体及掺杂在其中的纤维。
实施例2
该实施例2与实施例1的区别为：
该实施例2中，各组分的质量份数为：椰壳质粉体：煤焦油：水：玻璃纤维＝100：25：30：8。
挤条过程采用1.8mm孔径的孔板挤条，烧结与调孔后，可得到粒径1.5mm的柱状条子产品，产品抗压强度为60─70N/pc。
实施例3
该实施例3与实施例1的区别为：
该实施例3中，该实施例中，各组分的质量份数为：
酚醛树脂粉体：煤焦油：水：液态酚醛：玻璃纤维＝100：30：30：10：8。
挤条过程采用1.2mm孔径的孔板挤条，碳化并活化挑孔后，得到粒径1.0mm的柱状条子产品，产品抗压强度为50─60N/pc。
综上，本发明制备方法制备一种创新型结构的高强度碳分子筛产品，特征为利用纤维材料补强粒体结构，以免因为粒径缩小时，导致结构强度与抗压强度不足，因而导致粉化与流失现象，该方法制备的碳分子筛在低粒径的情况下具备较高的物理情况，同时具有较长的使用寿命。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高强度碳分子筛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：原料称取、分类、原料粉碎、杂质分离、原料烘干、球磨、捏合、挤条、碳化、活化、品管、筛分和包装，其中，在所述捏合过程中添加纤维材料。
2.根据权利要求1所述的高强度碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述纤维材料为玻璃纤维，碳纤维、金属纤维或石墨烯。
3.根据权利要求2所述的高强度碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述纤维材料的质量为原料质量的1-10％。
4.根据权利要求1所述的高强度碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述原料包括粉体、黏结剂、添加剂和纤维材料。
5.根据权利要求4所述的高强度碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述粉体为煤炭、果壳、椰壳、酚醛树脂中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的高强度碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述黏结剂为有机型黏结剂，包括煤焦油。
7.根据权利要求4所述的高强度碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括界面活性剂、消泡剂、水、酚醛树脂中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的高强度碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述碳化和活化作业采用分批分时工作，减少废气的瞬时总量，使用天然气为燃料的高温燃烧炉，燃烧炉温度为800-1000℃，所述碳化和活化作业过程采用氮气作为保护气，所述氮气通过高纯度制氮机提供。
9.根据权利要求1所述的高强度碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述捏合时间为20-60min。
10.权利要求1-9任一项制备方法所制备的高强度碳分子筛。
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