CN1303735A - 一种用于甲烷二氧化碳分离的分子筛炭织物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于甲烷二氧化碳分离的分子筛炭织物,其性质为:形状:纤维、毡、布或纸;比表面积:300~1000m2/g;微孔率:0.7nm以下的微孔率大于60%;孔容积:0.15－0.35ml/g。该分子筛炭织物制备方法是采用有机纤维或其织物为原料进行炭化后用水蒸气作为活性剂,再进行活化处理,制得织物状炭分子筛。本发明具有操作简单,具有丰富的微孔,吸、脱附快。用于甲烷二氧化碳分离过程,所消耗的动力少,分离得到的甲烷气纯度超过96%。
Description
本发明属于一种炭分子筛，具体涉及一种用于甲烷二氧化碳分离的分子筛炭织物及其制备方法。
炭分子筛是七十年代发展起来的炭质吸附剂，由于它具有独特的孔隙结构、表面性质、机械特性、化学稳定性好、耐高温、耐酸碱等优异特性，因而得到了广泛的研究和开发。如以煤基、植物基、高分子聚合物等为原料制备粒状炭分子筛的制备工艺比较成熟，并且已经用于空分制氮、天然气提纯、焦炉气等的氢气回收、化工、催化等领域。目前国际上从事生产炭分子筛的公司主要由德国的BG公司、日本的Takeda公司和美国的Calgon炭化公司。但由于粒状炭分子筛只能以装填方式使用，无法改变其自身形状而适合不同的市场和工业需求。另外，粒状炭分子筛在使用具有较大的阻力降，在微量的水分存在时会造成颗粒破碎，颗粒的破碎会尽一步加大操作阻力，使得原有的系统无法正常运行。
本发明的发明目的是提供一种织物状、使用过程阻力小的用于甲烷二氧化碳分离的炭分子筛及其制备方法。
本发明是采用有机纤维或其织物为原料进行炭化后用水蒸气作为活性剂，再进行活化处理，制得织物状炭分子筛。
本发明的用于甲烷二氧化碳分离的分子筛炭织物的物理性能是：
形状：纤维、毡、布或纸；
比表面积：300～1000m2/g；
微孔率：0.7nm以下的微孔率大于60％；
孔容积：0.15-0.35ml/g。
如上所述的纤维是聚丙烯腈纤维、粘胶纤维、酚醛纤维、沥青纤维。
如上所述的毡、布、纸是由聚丙烯腈纤维、粘胶纤维、酚醛纤维或沥青纤维纺织而成的。
本发明的制备方法如下：
(1)将有机纤维或其毡、布、纸织物放入炉内，温度升至750-850℃，进行炭化20-150分钟；
(2)将活化剂水以6-11ml/min的量注入气化炉，由流量为0.2-0.4m3/h的氮气将水蒸气带入活化炉，在700-850℃活化10-120分钟，在氮气保护下降温得到产品。
由本方法制备的纤维状炭分子筛的孔径分布0.7nm以下的微孔大于60％，比表面积为300-1000m2/g。
在变压吸附装置上评价本发明产品对甲烷与二氧化碳的分离性能，分离条件为吸附表压力0.1-0.5Mpa，真空脱附，吸附柱长26cm，吸附柱内径1.9cm，原料气流量40-60ml/min，分离制备的甲烷浓度大于96％。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明的分子筛炭织物易于加工为不同形状，可满足不同的市场需求。
(2)制备工艺省去了化学气相沉积调孔，操作简单，且易于保证产品质量。
(3)具有丰富的微孔，吸、脱附快。
(4)用于甲烷二氧化碳分离过程，所消耗的动力少，分离得到的甲烷气纯度超过96％。
本发明的实施例如下：
实施例1
将聚丙烯腈纤维布放入炉内，以4℃/min的升温速率升至300℃，然后以6℃/min的升温速率升至780℃进行炭化60分钟；将水以6.5ml/min的量注入气化炉，并由流量为0.25m2/h的氮气将水蒸气带入活化炉，在780℃温度下活化100分钟，在氮气保护下降温得到产品。产品性能为：比表面积326m2/g，孔容积0.16ml/g，微孔率0.7nm以下的微孔为70％。把得到的产品装入变压吸附装置上，分离条件为甲烷二氧化碳的体积百分比各为50％，吸附表压力0.2MPa，真空脱附，吸附柱长26cm，吸附柱内径1.9cm，原料气流量40ml/min，分离的甲烷纯度为99％。
实施例2
将粘胶纤维毡放入炉内，以4℃/min的升温速率升至300℃，然后以6℃/min的升温速率升至750℃进行炭化30分钟；将水以8ml/min的量注入气化炉，并由流量为0.4m2/h的氮气将水蒸气带入活化炉，在800℃温度下活化100分钟，在氮气保护下降温得到产品。产品性能为：比表面积497m2/g，孔容积0.22ml/g，微孔率0.7nm以下的微孔为70％。把得到的产品装入变压吸附装置上，分离条件为甲烷二氧化碳的体积百分比各为50％，吸附表压力0.3MPa，真空脱附，吸附柱长26cm，吸附柱内径1.9cm，原料气流量55ml/min，分离的甲烷纯度为96％。
实施例3
将沥青纤维毡放入炉内，以4℃/min的升温速率升至300℃，然后以6℃/min的升温速率升至850℃进行炭化120分钟；将水以8ml/min的量注入气化炉，并由流量为0.4m2/h的氮气将水蒸气带入活化炉，在820℃温度下活化100分钟，在氮气保护下降温得到产品。产品性能为：比表面积628m2/g，孔容积0.24ml/g，微孔率0.7nm以下的微孔为70％。把得到的产品装入变压吸附装置上，分离条件为甲烷二氧化碳的体积百分比各为50％，吸附表压力0.4MPa，真空脱附，吸附柱长26cm，吸附柱内径1.9cm，原料气流量50ml/min，分离的甲烷纯度为98％。
实施例4
将酚醛纤维纸放入炉内，以4℃/min的升温速率升至300℃，然后以6℃/min的升温速率升至800℃进行炭化90分钟；将水以8.5ml/min的量注入气化炉，并由流量为0.4m2/h的氮气将水蒸气带入活化炉，在850℃温度下活化100分钟，在氮气保护下降温得到产品。产品性能为：比表面积883m2/g，孔容积0.33ml/g，微孔率0.7nm以下的微孔为70％。把得到的产品装入变压吸附装置上，分离条件为甲烷二氧化碳的体积百分比各为50％，吸附表压力0.5MPa，真空脱附，吸附柱长26cm，吸附柱内径1.9cm，原料气流量45ml/min，分离的甲烷纯度为99％。
Claims (4)
1．一种用于甲烷二氧化碳分离的分子筛炭织物，其特征在于物理性能为：
形状：纤维、毡、布或纸；
比表面积：300～1000m2/g；
微孔率：0.7nm以下的微孔率大于60％；
孔容积：0.15-0.35ml/g。
2．根据权利要求1所述的一种用于甲烷二氧化碳分离的分子筛炭织物，其特征在于所述的纤维是聚丙烯腈纤维、粘胶纤维、酚醛纤维、沥青纤维。
3．根据权利要求1所述的一种用于甲烷二氧化碳分离的分子筛炭织物，其特征在于所述的毡、布或纸是聚丙烯腈纤维、粘胶纤维、酚醛纤维、沥青纤维纺制而成的。
4．一种用于甲烷二氧化碳分离的分子筛炭织物的制备方法，其特征在于制备方法如下：
(1)将有机纤维或其毡、布、纸织物放入炉内，温度升至750-850℃，进行炭化20-150分钟；
(2)将活化剂水以6-11ml/min的量注入气化炉，由流量为0.2-0.4m3/h的氮气将水蒸气带入活化炉，在700-850℃活化10-120分钟，在氮气保护下降温得到产品。
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