[发明专利]载溴型炭吸附剂、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及化学技术领域，具体来说涉及一种载溴型炭吸附剂，同时还涉及该载溴型炭吸附剂的制备方法，及该载溴型炭吸附剂用于吸附分离煤层气中CH₄/N₂方面的用途。

背景技术

煤层气，俗称煤矿瓦斯气，主要成分为CH₄和N_2，是近几十年在世界上迅速崛起的新型能源。煤层气的开发利用具有能源、环保、煤矿安全等环境、经济和社会多重效益。中国具有丰富的煤层气资源，与常规天然气相当，贮存量居世界第三，据有关矿区调研结果，我国煤矿区煤层中平均煤层气含气量为9.76m³/t，40%以上的矿区煤层气含量大于10m³/t，煤层气可采储量达811.64亿m³。

现今，对于煤层气中CH₄/N₂的分离和富集，主要采用的变压吸附浓缩技术（PSA）。变压吸附应用于煤层气中CH₄和N₂分离，具有能耗低、操作灵活方便、常温下连续运行等优点。对于煤层气，目前已开展小规模试验还未进行工业化应用，开发出高分离系数的吸附剂，是提高变压吸附技术提纯低浓度煤层气经济效益的关键。

活性炭是广泛使用的吸附剂，由于其具备发达的孔道结构和较大的比表面积，因而具有较好的吸附作用。但是对于煤层气体系来说，CH₄分子和N₂分子动力学直径接近，且在活性炭上的吸附机理类似。因此，使用活性炭作为分离富集煤层气用吸附剂，存在CH₄/N₂选择分离性差的缺点。Baksh等曾经使用浸渍蒸汽法对活性炭进行Br₂沉积和ICl沉积改性，可将活性炭CH₄/N₂分离系数提高至4，但由于其改性工艺周期较长且难以控制，造成活性炭孔道结构被破坏，总吸附量下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种在不改变CH₄吸附量的同时，降低活性炭对N₂的吸附，从而提高活性炭对CH₄/N₂的分离系数的载溴型炭吸附剂。

本发明另一个目的在于提供了该载溴型炭吸附剂的制备方法。

本发明再一个目的在于提供该载溴型炭吸附剂用于吸附分离煤层气中CH₄/N₂。

本发明的一种载溴型炭吸附剂，是一种抑制N₂吸附的表面气相沉积溴基团的炭基多孔吸附材。

本发明的一种载溴型炭吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将未经处理过的原始活性炭平铺在瓷舟内，将瓷舟放入高温管式炉炉膛温控区；

（2）调节质量流量控制器获得3-20ml/min的N₂，通过装有液溴的溴蒸汽发生瓶吹出溴蒸汽，在溴蒸汽气氛下对活性炭定点加热至300℃，恒温5小时；

（3）取出样品，放置于通风橱内，自然降温且质量变化率小于0.5%/h时，得到溴蒸汽沉积活性炭产品。

其中：原始活性炭为比表面积800-1500m²/g、平均孔径1-3nm的果壳型活性炭。

本发明的载溴型炭吸附剂应用于吸附分离煤层气中CH₄/N₂的方法，包括如下步骤：

（1）将装有一定量活性炭的吸附柱置于低温恒温水槽中，水浴温度为25℃；

（2）调节质量流量器获得流量为5mL/min的模拟煤层气，持续通入吸附床层内；

（3）经吸附柱吸附后的尾气通过气相色谱进行连续在线监测；

（4）当尾气中CH₄浓度达到原料气的5%时，利用真空泵对吸附柱进行脱附处理处理，得到经活性炭分离富集后的产品气。