[发明专利]一种甲烷氮气分离用炭吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种甲烷氮气分离用炭吸附剂及其制备方法，是以玉米芯为原料，浸渍在活化剂磷酸溶液中，经烘干处理后，惰性环境中高温活化制备得到炭吸附剂。本发明制备的炭吸附剂孔隙结构发达，同时含有大量的微孔和发达的中孔结构，其CH4/N2平衡分离比达到3.2以上，与不掺磷酸制备的炭吸附剂相比，分离系数明显提高。

技术领域

本发明属于气体分离用吸附剂技术领域，涉及一种用于分离CH4/N2的炭吸附剂，以及该炭吸附剂的制备方法。

背景技术

煤层气的主要成分是CH4，还伴生有少量重烃类气体以及N2、H2、CO2、SO2等，是一种没有大规模开采利用的新型洁净能源。

我国是产煤大国，煤层气储量丰富，居世界第三位。但是由于开采技术的原因，目前绝大多数煤层气被排放到空气中，这不仅是对能源的浪费，同时也造成了大气污染和温室效应。因此，对煤层气中的CH4进行富集和回收就显得尤为重要。

如今，变压吸附(PSA)工艺以其投资少、性能好、操作灵活方便等优势，成为最受关注的CH4/N2分离技术。但是，CH4与N2不仅动力学直径相近，而且在超临界条件下的性质也相似，成为最难分离的体系。因此，开发出高分离系数的CH4/N2吸附剂，是提高变压吸附技术提纯低浓度煤层气经济效益的关键。

炭吸附剂是一种非极性吸附剂，具有孔道结构发达、比表面积大、化学稳定性和物理稳定性好、价格便宜等优点。但是当原料和工艺不同时，所制备的炭吸附剂会具有不同的孔结构和吸附性能。

CN 103086354A公布了一种煤层气浓缩提纯CH4用炭分子筛及其制备方法，是将酚醛树脂、粘结剂和水混合后进行炭化，使用有机调孔剂对炭化料进行调孔制得炭分子筛。该工艺虽然对CH4的提纯起到一定效果，但是流程复杂，操作性差，并且使用有机调孔剂容易对环境造成污染。

王德超等(神府丝炭制备分离CH4/N2的炭分子筛工艺及其性能研究. 现代化工,2016, 36(7), 82-86)报道了一种以神府煤丝炭(SFF)为原料，采用炭化-KOH活化-苯气相碳沉积方法制备炭分子筛的方法。该方法在最优条件下制备的炭分子筛碘吸附值和比表面积分别为985.23mg/g和1195.52m2/g，但CH4/N2的分离比仅为2.5。

发明内容

本发明的目的是提供一种CH4/N2分离系数大的甲烷氮气分离用炭吸附剂及其制备方法，以实现CH4/N2的有效分离。

本发明所述的甲烷氮气分离用炭吸附剂是以玉米芯为原料，浸渍在活化剂磷酸溶液中，经烘干处理后，惰性环境中高温活化制备得到的炭吸附剂。

本发明所使用的玉米芯原料优选为去除掉海绵絮层的玉米芯。