[发明专利]一种防静电碳分子筛的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种防静电碳分子筛的制备方法及其应用，是以聚苯乙烯、聚酰胺等高聚物为原料，通过一次碳化、粉碎、成型、二次碳化、活化、碳沉积调孔等方法制作碳分子筛。本发明制备的碳分子筛原料来源广、成本低，对CH₄有高吸附量，强度好，无污染、还可以有效避免在变压吸附中产生静电，达到抑爆目的。

技术领域

本发明涉及工业气体分离领域，具体涉及一种防静电碳分子筛的制备方法及其应用。

背景技术

碳分子筛是一种新型的吸附剂，是一种特殊的活性炭。它在密度，比表面积，孔径以及其产生的吸附特征上与一般的活性炭相比有较大的差异。碳分子筛有较为优秀的气体选择性，这得益于它的孔径分布相对较窄。同时，孔隙大这一特点让碳分子筛其对分子小的气体有更大的吸附强度。碳分子筛还有物化性能稳定，耐腐蚀性高，制备价格低廉等优点。目前碳分子筛空分制氮已广泛地应用于石油化工、金属热处理、电子制造、食品保鲜等行业。

我国的能源特性是富煤，少气，贫油。一直以来，我国是全球的最大煤炭生产市场。每年，90％以上的低浓度(≤20～30％)煤层气因爆炸(5～16％极限)而排空，达1000亿m³。大量低浓度煤层气排放到大气中，不仅造成了能源浪费，同时也加剧了温室效应，引发了各国的担忧。

我国瓦斯的治理和利用是防范煤矿瓦斯事故的根本措施。长期以来，我国煤矿瓦斯的治理和利用严重滞后，成为煤矿安全生产的最大隐患。据统计，我国大多数矿井抽出的瓦斯属于中低浓度煤层气，作为民用燃料时因其成分复杂，浓度不稳定，故不能用与天然气混输混用进行远距离的输送，且无法满足大功率发电机组的需要，难以形成规模效益。煤层气利用的关键是天然气(CH₄)的浓缩。甲烷体积分数超过80％才能作为高效燃料并入城市天然气供应网，作为优质化工资源则需要浓缩到更高的纯度。发展煤层气浓缩技术或分离纯化技术是开发利用煤层气的关键所在。目前低浓度煤层气浓缩甲烷的主要技术途径有深冷分离技术、变压吸附技术和膜分离技术。国内外煤层气浓缩技术还处于初级研发阶段。

变压吸附法是一种通过循环定期地改变系统压力，从而实现多元气体组分中不同物质的分离提纯浓缩过程。相对于其它几种分离技术来说具有低能耗，可连续进行，工艺流程简单，产品纯度高，操作费用小等优点，但其对吸附剂的要求较大。目前，此项技术主要应用于H₂的回收与提纯，在低浓度煤层气分离甲烷上也备受推崇。

发明内容

本发明旨在提供一种防静电碳分子筛的制备方法及其应用。本发明制备的碳分子筛的优点在于原料来源广，成本低，对CH₄有高吸附量，强度好，无污染。

本发明防静电碳分子筛的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：一次碳化

将高聚物原料破碎后放入放入恒温干燥箱内，在温度为50～150℃条件下干燥2～10h将干燥后的高分子聚合物放入气氛管中，在氮气的保护下进行一次碳化，升温速率为2～25℃/min，升温至500～1000℃，碳化时间1～5h；在粉碎前进行一次碳化，使粉碎更加容易，粉碎后的高聚物颗粒更加细小。

步骤2：粉碎

将一次碳化的产物用粉碎机粉碎至粒径≤1.0cm，粉碎后的高聚物再进一步球磨，制得粒径1～10微米的高聚物颗粒；

步骤3：成型

将经步骤2粉碎后获得的高聚物颗粒与粘结剂和助剂按质量比1:1:0.1至3:1:0.1的比例混合均匀，在压力10～40MPa的条件下，用油压机压挤成型，随后在60～120℃下干燥2～10h；

步骤4：二次碳化

在惰性气体保护下，将成型后的材料升温至500～1100℃进行二次碳化，碳化时间为0.5～4h，升温速率为2～25℃/min；二次碳化能够使得到的产物碳化更完全。