[发明专利]用于沼气、煤层气净化提纯的高效吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及沼气、煤层气净化提纯的高效吸附剂及制造方法。

背景技术

近年来，煤炭、石油、天然气等化石燃料的不可再生性，以及石油炼制产业引起的温室效应、酸雨、粉尘污染等种种环境问题，引起人们普遍关注，极大地推动了风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源产业的研究和发展。沼气作为一种普遍、易获得的生物质能以其高效稳定的大规模利用受到普遍关注，与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种公认的清洁型可再生燃料。

要提高沼气品质，首先要净化沼气，去除各种杂质成分(去除硫化物、卤化物、胺类等)，然后进行CH₄提纯(去除CO₂)。净化方法按吸收剂状态分可分为湿法和干法；按处理的原理来分，可分为化学吸收法、物理吸收法、膜分离法、变压吸附法和生物法等。对比以上几种分离方法，膜分离法中使用的膜需要经常更换，运行成本较高，而变压吸附剂和化学吸收剂可循环使用，因此，变压吸附法和化学吸收法较膜分离技术的实际应用更广。另外变压吸附法与化学吸收法相比，没有其他药剂的加入，对设备无腐蚀性，几乎无“三废”产生，不会造成新的环境污染，且在常温下操作，可以省去加热或者冷却的能耗，降低运行成本。除此之外变压吸附法工艺的产品纯度高且可灵活调节，并可根据工艺条件的变化在较大的范围内随意调节产品甲烷的纯度。同时，变压吸附法提纯设施规模灵活，在较小规模的提纯项目上尤其有优势。而且整个工艺由计算机控制，操作方便，装置可以实现全自动操作。可见，变压吸附法是气体提纯中的首选技术。

变压吸附法工艺中关键技术是吸附剂的性能；一般来说，吸附剂具有合适表面结构及孔结构，制造方便，一般不与被吸附气体反应，易再生，有良好的机械强度，使得吸附剂在石油工业、气体工业、医学、环保、制药工业等众多领域都有广泛应用。目前所用到的吸附剂种类很多，但常用的有活性炭、分子筛、硅胶、活性氧化铝和粘土等。常用的吸附剂有活性炭和分子筛两种。

活性炭的微晶体是由碳原子以六角晶格排列的片状结构堆积而成的，不易破碎，晶格间生成的空隙形成各种形状和大小的细孔，具有丰富的微孔结构，使得活性炭具有大的比表面积和强吸附性能，属于非极性物质。

分子筛微孔中有许多排列整齐的孔穴，这些孔穴不但提供了大比表面积，还能起到筛选分子的作用，小于孔径的分子则进入分子筛内孔，而比孔径大的分子则被阻挡在分子筛表面，从而使得形状及大小不同的分子被分开，属于极性吸附剂，对极性分子有强烈的吸附性能，能对气体进行深度干燥和净化，在较高温度以及一定湿度的情况下，也具有较高的选择性。

目前活性炭吸附剂的研究成果主要有两个方面，一是对活性炭的改性，例如采用钙、铜、镁等金属离子对活性炭作表面改性处理后，活性炭吸附CO₂的性能有明显改善。二是开发制造活性碳的新原料，例如煤基和生物质基等。在分子筛的开发研究方面，主要集中在分子筛的改性研究上。

本发明的吸附剂采用酚醛树脂、淀粉和煤为原料，得到的吸附剂具有活性炭和分子筛的双重功能，具有优良的吸附性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于沼气、煤层气净化提纯的高效吸附剂。

本发明的另一目的是提供上述吸附剂的一种简单的制备方法，该吸附剂可用于变压吸附通过顺放步骤和逆向抽真空步骤浓缩分离沼气或煤层气中的甲烷和二氧化碳。

本发明的目的通过下列技术方案来实现：

(1)将所需原料淀粉、酚醛树脂和煤粉粉碎到15μm以下；

(2)按一定比例加入捏合机，同时加入水，开动机器混匀；

(3)混合好的物料在成型机上成型为圆柱体；

(4)放入干燥器，在80℃下干燥12h；

(5)将干燥好的物料放入加热炉内，在氮气保护下，以10℃/min的升温速度加热至300℃，然后再以5℃/min的升温速度加热至850℃，恒温90min。

(6)降温后，将碳化好的样品，在氮气保护下，进行水蒸气活化，活化温度为700～800℃，活化时间为1～6h。

(7)冷却后，再经水洗、干燥后得到颗粒状吸附剂。

所述吸附剂原料，酚醛树脂为热固性树脂，淀粉可以是玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉或小麦淀粉，最好为木薯淀粉。

所述原料经粉碎后，粒径应控制在10～20μm。

所述原料的质量配比：淀粉∶酚醛树脂∶煤粉＝5％～20％∶20～60％∶20～60％，优选值为淀粉∶酚醛树脂∶煤粉＝10％∶45％∶45％。