CN115364580B - 一种蜂窝体炭基滤料及其制备方法 - Google Patents

一种蜂窝体炭基滤料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种蜂窝体炭基滤料及其制备方法。蜂窝体炭基滤料具有整体式蜂窝结构,蜂窝孔均匀分布且分布密度为1‑8个/cm2;蜂窝孔的尺寸为0.5‑8mm,蜂窝体比表面积小于20m2/g。制备方法如下:(1)将水、面粉、助挤剂混合、搅拌、混捏,形成可塑体;(2)将可塑体密封保存一定时间后,再次混捏可塑体,并采用蜂窝成型机将可塑体成型,再将成型体在密闭的条件下水热处理;(3)将步骤(2)水热处理后的产物干燥、焙烧,得到所述蜂窝体炭基保护剂滤料。本发明的蜂窝体炭基滤料对大颗粒物理杂质的拦截性能好,可应用于石油化工的除尘、积垢等应用场景。

Description

一种蜂窝体炭基滤料及其制备方法
技术领域
本发明属于石油化工领域,涉及一种蜂窝体炭基滤料及其制备方法。
背景技术
多孔炭材料因其比表面积高、孔道结构可控、良好的物理化学稳定性及较低的制备成本,被广泛用于吸附分离、催化、新能源等领域。现有的炭材料的应用多以吸附、分离及催化为主,因此,研究工作多侧重于通过各种手段对材料的比表面积、调控孔道结构及表面性质等物化性质进行调控。
在某些特殊领域,如固定床渣油加氢领域,装填在催化剂上层的用于拦截进料中的物理杂质的惰性陶瓷滤料,具有较低的比表面积和较大的通过孔,通过滤料拦截油料中的物理杂质以延长下层装填的保护剂、脱金属、脱硫、脱氮等催化剂的使用寿命。但陶瓷滤料密度高、重量大,装卸不便,同时,使用过的滤料废剂处理难度大,回收利用困难,如果直接填埋会带来严重的环境污染。
CN201720249177.4提供了一种比表积大、堆积空隙率高,可有效提高截污过滤效果的渣油加氢专用保护剂。该保护剂比表面积大,负载活性金属后具有化学反应活性,但其作用不能完全替代滤料对进料杂质的拦截作用,且所用载体为陶瓷组分,废剂回收、利用、处理困难,环保问题突出。
CN95120973.6提供了一种直接用炭制造的活性炭蜂窝体及其工艺方法,其特征在于主原料不用活性炭而用炭,再加入碳酸盐及纯碱,在高温下分解放出二氧化碳,剩余组份为粘土和少量有机粘合剂,焙烧活化得到一种新型活性炭蜂窝体。所得炭蜂窝体具有较高的比表面积,不适宜用于物理杂质的拦阻。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种蜂窝体炭基滤料及其制备方法。本发明的蜂窝体炭基滤料,比表面积低,蜂窝体含有发达的大尺寸贯通通道,抗压强度高,与被拦阻的杂质的化学作用强度低,废剂可以方便地使用酸洗再生,或者直接焚烧处理,避免了直接填埋带来的环境污染。
本发明的蜂窝体炭基滤料具有如下性质:具有整体式蜂窝结构,以与蜂窝孔道垂直的横截面为基准,横截面上蜂窝孔均匀分布且分布密度为1-8个/cm2;蜂窝孔的孔口形状为圆形、方形、正六边形,或其它异形;蜂窝孔的尺寸为0.5-8mm,蜂窝体比表面积小于20m2/g,蜂窝体的抗压强度为15-30MPa。
本发明的蜂窝体炭基滤料的制备方法,包括如下内容:
(1)将水、面粉、助挤剂混合、搅拌、混捏,形成可塑体;
(2)将可塑体密封保存一定时间后,再次混捏可塑体,并采用蜂窝成型机将可塑体成型,再将成型体在密闭的条件下水热处理;
(3)将步骤(2)水热处理后的产物干燥、焙烧,得到所述蜂窝体炭基保护剂滤料。
步骤(1)所述的面粉,由糯米粉、普通小麦粉及杜兰小麦粉组成。
步骤(1)所述的助挤剂为田菁粉,甲基纤维素,聚乙二醇,或其任意比例的混合物。
步骤(1)所述的助挤剂的用量以质量计,为面粉用量的0.1-10%。
步骤(1)所述的糯米粉为市售产品,其粒度大于100目,优选为200-500目,其用量以质量计,占面粉总量的10-25%。
步骤(1)所述的普通小麦粉为市售产品,且其粒度大于100目,优选为200-500目。其用量以质量计,占面粉总量的40-70%。
步骤(1)所述的杜兰小麦粉为一种高密度硬质小麦粉,采用市售商品,且其粒度大于100目,优选为200-500目,以质量计,其占面粉总量的15-30%
步骤(1)所述的杜兰小麦粉在使用前,优先浸泡于水中并在10-60℃下保持1-12小时,再滤出待用。
步骤(1)所用水的量为面粉总量的15%-40%。
步骤(1)中各物料的加入顺序不加以特殊限制,,步骤(1)中物料的加入顺序,优选为糯米粉预先与水加热形成糊化物,然后再与其他物料混合。
步骤(1)糯米粉糊化条件为:将糯米粉分散到自身1.5-10倍重量的水中,在搅拌的条件下升温至58-95℃,保持10-60分钟。
步骤(1)中可塑体密封保存的温度为25-45℃,保存时间为0.5-10小时。
步骤(2)所述再次混捏的时间为30-120分钟,环境温度为室温。
步骤(2)所述的水热处理,水与成型物不发生直接接触,水热温度为100-200℃,时间为0.5-5小时,压力为密闭条件下的自生压力。
步骤(3)所述的干燥,条件为60-200℃干燥1-48小时,优选为100-150℃干燥3-24小时。
步骤(3)中所述的焙烧,分为两段,在惰性气氛下,在250-400℃温度下恒温保持2-6小时,然后升温至700-1050℃焙烧1-5小时。所述的惰性气氛,是指通入氮气,氩气,氦气或其任意比例的混合物。
本发明的蜂窝体炭基滤料,抗压强度高,比表面积低,物料通过率高,对大颗粒物理杂质的拦截性能好,与被拦阻杂质之间的结合强度低,废剂可以方便地使用酸洗再生,或者直接焚烧处理,避免了填埋带来的环境污染。
附图说明
图1为实施例1制备的蜂窝体炭基料的结构示意图。
图2为实施例1制备的蜂窝体炭基滤料的扫描电镜图像。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。采用游标卡尺测量蜂窝通道尺寸,抗压强度参照《多孔陶瓷性能试验方法GB/T 1964-1996》所述方法测试。微观形貌及大孔形态采用扫描电子显微镜观察测量,比表面积采用BET法测试。
实施例1
将120克糯米粉(200目)与250克水85℃下搅拌糊化。普通小麦粉(200目)500克、田菁粉7克、杜兰粉(200目)120克混合,将糊化糯米粉与上述粉末混合物混合,搅拌均匀,混捏成可塑体。35℃密封保存2小时,室温条件下再次混捏60分钟,随后挤出成型为蜂窝体,将蜂窝体在150℃下水热蒸熏2小时,冷却后取出,120℃烘干24小时,将其放入通入氮气保护的管式炉中,升温至300℃保持5小时,再升温至700℃保持3小时,冷却后得到本发明所述的蜂窝体炭基滤料。蜂窝体的抗压强度为17.4MPa,方形蜂窝孔边长为2mm,分布密度为4个/cm2,扫描电镜观察发现蜂窝孔孔壁致密,蜂窝孔的比表面积为11.7cm2/g。
实施例2
将75克糯米粉(200目)与200克水90℃下搅拌糊化。普通小麦粉(300目)500克、甲基纤维素10克、杜兰粉(300目)100克混合,将糊化糯米粉与上述粉末混合物混合,搅拌均匀,混捏成可塑体。35℃密封保存2小时,室温条件下再次混捏30分钟,随后挤出成型为蜂窝体,将蜂窝体在120℃下水热蒸熏3小时,冷却后取出,120℃烘干24小时,将其放入通入氩气保护的管式炉中,升温至300℃保持6小时,再升温至850℃保持3小时,冷却后得到本发明所述的蜂窝体炭基滤料。蜂窝体的抗压强度为15.3MPa,圆形蜂窝孔直径为2 mm,分布密度为4个/cm2,扫描电镜观察发现蜂窝孔孔壁致密,蜂窝孔的比表面积为7.5cm2/g。
实施例3
将150克糯米粉(150目)与200克水90℃下搅拌糊化。普通小麦粉(200目)500克、田菁粉8克、杜兰粉(300目)250克混合,将糊化糯米粉与上述粉末混合物混合,搅拌均匀,混捏成可塑体。35℃密封保存5小时,室温条件下再次混捏60分钟,随后挤出成型为蜂窝体,将蜂窝体在150℃下水热蒸熏2小时,冷却后取出,150℃烘干24小时,将其放入通入氩气保护的管式炉中,升温至300℃保持5小时,再升温至1000℃保持4小时,冷却后得到本发明所述的蜂窝体炭基滤料。蜂窝体的抗压强度为27.7MPa,圆形蜂窝孔直径为1 mm,分布密度为5个/cm2,扫描电镜观察发现蜂窝孔孔壁致密,蜂窝孔的比表面积为12.6cm2/g。

Claims (14)

1.一种蜂窝体炭基滤料,其特征在于:具有整体式蜂窝结构,以与蜂窝孔道垂直的横截面为基准,横截面上蜂窝孔均匀分布且分布密度为1-8个/cm2;蜂窝体比表面积小于20m2/g,蜂窝体的抗压强度为15-30MPa;蜂窝体炭基滤料的制备方法,包括如下内容:(1)将水、面粉、助挤剂混合、搅拌、混捏,形成可塑体;(2)将可塑体密封保存一定时间后,再次混捏可塑体,并采用蜂窝成型机将可塑体成型,再将成型体在密闭的条件下水热处理;(3)将步骤(2)水热处理后的产物干燥、焙烧,得到所述蜂窝体炭基滤料;步骤(1)所述的面粉包括糯米粉、普通小麦粉及杜兰小麦粉;所述的糯米粉粒度目数大于100目,用量以质量计占面粉总量的10%-25%;所述的普通小麦粉粒度大于100目,用量以质量计占面粉总量的40%-70%;所述的杜兰小麦粉粒度大于100目,以质量计其占面粉总量的15%-30%;步骤(1)所用水的量以质量计为面粉总量的15%-40%;步骤(1)中糯米粉预先与水加热形成糊化物,然后再与其他物料混合;步骤(2)所述再次混捏的时间为30-120分钟,环境温度为室温;步骤(2)所述的水热处理,水与成型物不发生直接接触,水热温度为100-200℃,时间为0.5-5小时,压力为密闭条件下的自生压力。
2.根据权利要求1所述的滤料,其特征在于:蜂窝孔的孔口形状为圆形、方形、正六边形,或其它异形;蜂窝孔的尺寸为0.5-8mm。
3.一种蜂窝体炭基滤料的制备方法,其特征在于包括如下内容:(1)将水、面粉、助挤剂混合、搅拌、混捏,形成可塑体;(2)将可塑体密封保存一定时间后,再次混捏可塑体,并采用蜂窝成型机将可塑体成型,再将成型体在密闭的条件下水热处理;(3)将步骤(2)水热处理后的产物干燥、焙烧,得到所述蜂窝体炭基滤料;步骤(1)所述的面粉包括糯米粉、普通小麦粉及杜兰小麦粉;所述的糯米粉粒度目数大于100目,用量以质量计占面粉总量的10%-25%;所述的普通小麦粉粒度大于100目,用量以质量计占面粉总量的40%-70%;所述的杜兰小麦粉粒度大于100目,以质量计其占面粉总量的15%-30%;步骤(1)所用水的量以质量计为面粉总量的15%-40%;步骤(1)中糯米粉预先与水加热形成糊化物,然后再与其他物料混合;步骤(2)所述再次混捏的时间为30-120分钟,环境温度为室温;步骤(2)所述的水热处理,水与成型物不发生直接接触,水热温度为100-200℃,时间为0.5-5小时,压力为密闭条件下的自生压力。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(1)所述的助挤剂为田菁粉、甲基纤维素和聚乙二醇中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(1)所述的助挤剂的用量以质量计,为面粉用量的0.1%-10%。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(1)所述的糯米粉粒度目数为200-500目。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(1)所述的普通小麦粉目数为200-500目。
8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(1)所述的杜兰小麦粉目数为200-500目。
9.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(1)所述的杜兰小麦粉在使用前浸泡于水中并在10-60℃下保持1-12小时,再滤出待用。
10.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(1)糯米粉糊化条件为:将糯米粉分散到自身1.5-10倍重量的水中,在搅拌的条件下升温至58-95℃,保持10-60分钟。
11.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(1)中可塑体密封保存的温度为25-45℃,保存时间为0.5-10小时。
12.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(3)所述的干燥,条件为60-200℃干燥1-48小时。
13.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(3)中所述的焙烧在惰性气氛下进行,先在250-400℃温度下恒温保持2-6小时,然后升温至700-1050℃焙烧1-5小时。
14.一种权利要求1或2所述的蜂窝体炭基滤料在除尘、积垢处理过程中的应用。
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