[发明专利]一种制氮碳分子筛的再生方法

说明书

技术领域

本发明涉及分子筛技术领域，特别涉及一种制氮碳分子筛的再生方法。 

背景技术

碳分子筛(Carbon Molecular Sieves，CMS)是一种新型的非极性吸附剂，具有在常温变压下吸附空气中氧分子的性能，因而可获得富氮气体。采用碳分子筛变压吸附法制氮新技术，其最显著的特点是氮气（N₂）产品杂质含量较低，氮气浓度和气量根据需要可任意调节，并可通过精制获得氧气（O₂）含量小于5PPm，露点低于-60℃的高纯度氮气。 

制氮碳分子筛具有和活性炭、碳黑属同一种的微晶结构类型，是石墨碳素体结构空间群的一种，它的微孔大小和微孔结构所表现出来的性质，则是碳素体的共价键配位成为六角形的点阵排列所决定。由于O₂分子和N₂分子直径相当接近，N₂分子孔径为3.0埃，O₂分子孔径为2.8埃，而变压吸附是一个复杂的过程，制氮碳分子筛对O₂和N₂的平衡吸附随着吸附压力的增大而增加，随着吸附压力的降低而减少，一般最佳压力控制在0.6-0.8Mpa。同时，制氮碳分子筛对于O₂分子的吸附速度比N₂分子要快，又因制氮碳分子筛的微孔直径是控制在2.8-3埃的范围，有利于O₂被优先吸附。因此在加压吸附时，O₂分子较快地在固相富集，而N₂分子在气相富集，而产生较高纯度的氮气。制氮碳分子筛(CMS)是变压吸附空分制氮的高效吸附剂，由于碳分子筛对水、油等分子具有较强的亲和力，这就要求原料空气必须十分洁净，必须作净化预处理。同时由于变压吸附使用空气压缩机等因素，就不可避免地在空气中带入水份、油蒸气和其他有害化学气体。从而导致制氮碳分子筛微孔堵塞，分离效果渐降，直至丧失作用，即所谓制氮碳分子筛“中毒”。 

碳分子筛变压吸附制氮是靠范德华力来分离氧气和氮气的，因此分子筛的比表面积越大，孔径分布越均匀并且微孔或亚微孔数量越多吸附量就越大，当分子筛的微孔被水分或者油性物质堵塞时，分子筛的吸附能力大大减弱，就会表现出制氮机在相同的产气流量时氮气浓度下降或者相同的产品气浓度时产率下降，这就是分子筛“中毒”。目前针对“中毒”制氮碳分子筛的活化处理主要采用两种方法， 

一是如图1所示，通过加热碳分子筛来除去微孔堵塞物质。工业上一般采用600-900℃高温，来分解吸附的水份，炭化灰尘，以达到“中毒”碳分子筛的活化。

二是如图2所示，通过降低压力和惰性气体反吹，除去微孔堵塞物质。保持吸附剂温度不变，通过降低压力和惰性气体经预热，反向吹扫分子筛至200℃左右，并带走脱附下来的吸附质。 

上述这两种方法，是国内常见的对回收中毒碳分子筛的活化处理技术，这两种技术都只是简单的对碳分子筛进行活化处理，工艺较为简单，一般只针对水、灰尘等浅层次中毒的碳分子筛有效，对于中毒较深制氮碳分子筛（如油污、化学污染）的活化效果比较差、活化后的碳分子筛孔径不均匀、大孔较多。 

发明内容

本发明的目的是提供一种可对中毒较深的制氮碳分子筛进行活化且活化后孔径均匀的制氮碳分子筛的再生方法。 

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的： 

一种制氮碳分子筛的再生方法，其依次包括步骤：

(1)    筛选清洗：将中毒碳分子筛经网筛筛选，再将筛选得到的碳分子筛用水冲洗，去除杂质；

(2)    氮基高温炭化：将清洗完的碳分子筛置于炉胆中，在氮气保护下升温至850-1000℃进行炭化；

(3)    混合气体活化：高温碳化后，往炉胆中通入CO₂、CO混合气体，其中CO₂比例为85%-90%，对炭化的碳分子筛进行活化，炉内温度为700-800℃；

(4)    碳沉积：将经活化后的碳分子筛置于转炉炉胆内，转炉温度为800-900℃，在氮气保护下通入二甲苯，保持炉温在300-500℃下使碳分子筛吸附二甲苯，然后在800-900℃下使二甲苯裂解，从而将热解碳沉积在炭材料上，对碳分子筛进行孔径调整，得到再生成品。

大部分碳分子筛的最佳吸附效果就二三年，过了三年产氮效率逐步下降，即所谓“中毒”。现有技术经过碳化、活化后所得的碳分子筛孔径一般还不均匀，大孔较多,大孔孔径一般在0.5-0.55nm左右，其分离空气的能力不强。