[发明专利]煤基碳分子筛及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳分子筛领域，尤其是涉及一种煤基碳分子筛及其制备方法。

背景技术

碳分子筛(CMS)主要由孔径比较集中的微孔和少量大孔组成，孔径分布一般在 0.3～1.0nm范围内。分子筛主要用于变压吸附(PSA)分离提纯气体、催化剂载体等 方面。德国亚深矿业研究公司(简称B.F.公司)、美国宾夕法尼亚大学、日本公害资源研 究所等相继对CMS的制备、性能以及吸附分离理论和变压吸附空分工艺进行了研究， 表1显示出国外某知名品牌碳分子筛的性能指标，但其详细的制备工艺公开报道较少。 我国开发的碳分子筛质量与国际水平差距较大，主要体现在分离性能、产品强度、生 产工艺等方面的不足，尤其是以煤质为原料制备的碳分子筛差距更大。致使国内碳分 子筛的成本与价格较高，制约了CMS在气体分离中的推广应用。

中国专利CN1030030A公开了一种制备煤质色谱固定相用碳分子筛的方法，该方 法采用加碱加酸处理煤的工艺，使煤中富含腐植酸，该处理物经过多次中和、洗涤、 干燥后得到碳分子筛。该方法所述的制备过程中需要大量的酸、碱，在操作过程中对 设备具有较大的腐蚀，且对环境有一定的污染。

中国专利CN1146971A公开了一种连续式制备空分富氮用碳分子筛的方法，该方 法采用煤质、木质、秸秆、果壳、半焦等碳质原料，工艺可连续操作，但要求的反应 器较多，较为繁琐，对设备和操作条件要求也较为苛刻，所得碳分子筛的优势效果也 并不太明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤基碳分子筛及其制备方法。

本发明提供的制备煤基碳分子筛，包括如下步骤：

1)将可溶性化合物、煤质原料、粘结剂和水混匀、压条并干燥，得到干燥后的 混合物；

2)将所述干燥后的混合物在惰性气氛中进行炭化，得到炭化后的混合物；

3)将所述炭化后的混合物用水蒸气和二氧化碳中的至少一种气体进行活化反应， 得到活化后的混合物；

4)用能分解出碳元素的烃作为调孔剂对所述活化后的混合物进行调孔，得到所 述煤基碳分子筛。

该方法的步骤1)中，所述可溶性化合物为至少一种含有钠元素和/或钾元素的化 合物，优选十二烷基苯磺酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠和十二烷基磺酸钠中的至少一种； 所述煤质原料为烟煤和灰分含量低于2％的无烟煤中的至少一种；所述粘结剂为煤焦 油、沥青和糖蜜中的至少一种；所述步骤1)中，所述可溶性化合物、煤质原料、粘 结剂和水的质量份数比为(1～20)∶100∶(30～60)∶(0.5-5)，所述可溶性化合物、煤 质原料和粘结剂的质量份数比优选为2∶100∶40∶0.5-5。在实际操作中，水的用量可 根据煤质原料中的含水量进行调节。所述干燥步骤中，温度为60-120℃，优选80℃， 时间为4-24小时，优选12小时；

所述步骤2)中，所述惰性气氛为氮气气氛；炭化步骤中，温度为400～700℃， 优选500-700℃，时间为30-120分钟，优选30-60分钟；

所述步骤3)活化步骤中，所述水蒸气和二氧化碳组成的混合气中，水蒸气和二 氧化碳的体积比为1∶1；所述活化步骤中，温度为700-1000℃，优选850-900℃，时 间为20分钟-360分钟，优选20分钟-240分钟；

所述步骤4)中，所述调孔剂为苯和甲苯中的至少一种，所述调孔步骤中，温度 为650-800℃，优选800℃，时间为5-60分钟，优选15分钟。

按照上述方法制备所得煤基碳分子筛，也属于本发明的保护范围。

本发明提供的制备煤基碳分子筛的方法，制备原料来源丰富、价格低廉；所得分 子筛具有较好的吸附甲烷、氮气、二氧化碳及分离氮气/甲烷、氮气/二氧化碳的性能。

具体实施方式

本发明提供了一种煤基碳分子筛的制备方法，该方法是以煤质为原料，通过添加 化合物、粘结剂和水，均匀混合、压条，制得前体，经干燥后在一定温度下炭化；再 以水蒸气、二氧化碳或其混合物为活化剂在一定温度下活化，最后采用可分解出碳的 烃类有机物予以调孔，最终制得所述煤基碳分子筛。