[发明专利]二元取代苯改性分子筛及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及二元取代苯改性分子筛及其制备方法和应用，属于吸附剂技术领域。本发明解决的技术问题是提供二元取代苯改性分子筛的制备方法。该方法采用二元取代苯溶液对分子筛进行浸渍后，固液分离，固体干燥，得到二元取代苯改性分子筛。本发明通过对分子筛进行浸渍改性，成功制备得到二元取代苯改性分子筛，其制备方法简单可控，能耗低，成本低，且得到的改性分子筛，可作为N₂/CH₄、O₂/CH₄、(N₂+O₂)/CH₄等体系的选择性吸附剂，尤其是在分离N₂/CH₄时，CH₄的吸附量低，氮气甲烷的分离比大，可应用在煤层气、油田气或生物气中提纯甲烷。

技术领域

本发明涉及二元取代苯改性分子筛及其制备方法和应用，属于吸附剂技术领域。

背景技术

甲烷(CH₄)，可作为燃料，如天然气和煤层气，广泛应用于民用和工业中；也可作为化工原料，可以用来生产乙炔、氢气、合成氨、碳黑、硝氯基甲烷、二硫化碳、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氢氰酸等；此外，甲烷是一种温室效应显著的温室气体，CH₄为CO₂分子温室效应的21倍，对臭氧层破坏能力是二氧化碳的7倍，将CH₄排放到大气中，一方面造成了资源的严重浪费，另一方面导致温室效应。因此，对油田气(oil field gas)、煤层气(Coalbed methane，CBM)和生物气(Biogas)等资源中CH₄的利用，具有节能和环保的双重意义。

油田气、煤层气和生物气中通常含有一定浓度的氮气和氧气，导致甲烷的纯度和热值较低，无法达到工业标准，同时氧气的存在增加了其发生爆炸的风险。为了浓缩利用这部分CH₄浓度较低的资源，需要对N₂、O₂和CH₄的混合气体进行分离。目前开发和研究的技术主要有膜分离技术、低温深冷分离技术和变压吸附分离技术等。其中，变压吸附技术(PSA)是一种新型气体吸附分离技术，具有设备简单、操作灵活、维护简便、运行能耗低、投资少性能好等优势，被认为是最可能实现充分利用CH₄资源的气体分离技术。

PSA的核心在于其中的吸附剂，吸附剂的性能决定了其能否实现混合气体的分离以及分离的效果。理论上，煤层气、天然气油田气等的主要组成是CO₂、CH₄和N₂等，CO₂和CH₄分子的物理性质差别大，易于分离，但N₂和CH₄的临界温度都很低，二者物理性质相近，动力学直径相近，不易分离，因此，CH₄气体分离的核心技术是在于CH₄与N₂的有效分离。

碳分子筛(Carbon Molecular Sieves，简记为CMS)是20世纪七十年代发展起来的一种新型吸附剂，是一种优良的非极性碳素材料，它的孔径多在0.3nm～1nm之间，主要用于多种混合气体的分离。目前，它是工程界首选的变压吸附空分富氮吸附剂，但CH₄与N₂的分离中，传统CMS的分离效率不高，需要对其进行改进。

专利CN101596445A公开了一种碳分子筛吸附剂的制备方法，以高分子聚合物为原料，经过固化、干馏、细粉碎、成型、碳化活化和碳沉积调孔制备工艺，制备了用于低浓度瓦斯气变压吸附分离CH₄气的碳分子筛，该碳分子筛对CH₄具有高吸附量，选择吸附系数大，强度好，成本低，无污染，其性能已达到或超过日本样品碳分子筛水平。但是，该吸附剂主要是吸附CH₄，还需进行解吸，才能达到对CH₄有效利用的目的。