[发明专利]氮气/甲烷分离用煤基活性炭制备方法及制得的活性炭

说明书

本发明公开了一种氮气/甲烷分离用煤基活性炭的制备方法及制得的活性炭，所述制备方法包括以无烟煤为原料并粉碎；将粉碎所得煤粉与粘结剂、活化催化剂和水混合均匀，得到混合物；将所得混合物经加压成型，并将成型条自然晾晒使其固化；将固化好的成型条放入炭化炉内，在隔绝空气的条件下使其炭化；将所得炭化料放入活化炉中，采用二氧化碳气体作为活化剂进行活化，以得到所述氮气/甲烷分离用煤基活性炭。本发明通过选择适合煤种，改进生产工艺，简化制备工序，成功研究出适宜规模化生产的氮气/甲烷分离用煤基活性炭的制备工艺，实现低成本制备高性能活性炭吸附剂的目的。

技术领域

本发明涉及煤制活性炭领域，具体涉及一种氮气/甲烷分离用煤基活性炭及其制备方法。

背景技术

我国煤层气、油田气和垃圾填埋气等中含有大量CH4气体，如油田气中CH4体积分数在70％-80％左右，垃圾填埋气中CH4体积分数在60％左右，煤矿瓦斯气中CH4含量相对较少，体积分数在20％-50％左右，对这些甲烷气体的利用，可有效改善能源结构，减少温室气体排放。由于N2与CH4气体的物理性质相近，很难通过常规物理方法使二者分离。变压吸附(pressure swing adsorption，PSA)技术是利用动力学效应或平衡效应原理，当两种气体在吸附剂上的平衡分离系数之比大于2时，通过变压或变温手段实现气体分离的技术。

碳分子筛是研究较早的一种PSA分离CH4/N2气体用吸附剂，工艺相对成熟，通过工艺控制，可获得孔径分布均匀，尺寸分布较窄的碳分子筛。但该工艺较繁琐，制造成本高，吨成本在十几万以上，工业化应用成本较高。活性炭吸附剂是近年来新兴的一种PSA分离CH4/N2气体用吸附剂。与碳分子筛相比，活性炭是基于平衡分离原理实现CH4/N2的分离，可通过提高循环次数提高CH4浓度，具有成本低，化学性质稳定等优点。

在变压吸附过程中，气体在吸附剂上的平衡分离系数越大，分离效果越好，所得气体的纯度越高。一般认为当CH4/N2两种气体的平衡分离系数达到2时，就可以通过变压吸附实现气体分离，而当平衡分离系数达到3时，变压吸附过程具有经济可行性。目前，活性炭吸附剂的制备工艺尚不成熟，产品的平衡分离系数较低，缺乏产品综合评价；其次，如果利用常规指标评价该产品的分离性能的优劣，增加了实际生产的成本。

目前，关于CH₄/N₂分离用PSA活性炭的研究相对较少，尤其是以煤炭为原料制备该类变压吸附炭的报道更少，且存在制备工艺繁琐，从经济上不具备工程应用价值。如CN200910103409.5公开了一种成型活性炭的制备方法，具体经过粉碎、空气预氧化、混捏、成型、碳化、活化、水洗和干燥等工艺程序，其炭化和活化过程均在氮气保护下进行，并涉及到空气预氧化、水洗、干燥等工序，在实际生产中必然导致制造成本增加。CN02117916.6公开了一种高比表面积活性炭，比表面积在1700m²/g以上，只提到该活性炭可实现CH₄/N₂的分离，未说明吸附效果。另外，比表面积越高，并不能说明分离效果越好，通常只能增加制备成本。因此，改进制备工艺，降低吸附剂制造成本，提高吸附剂分离CH₄/N₂效率，是现有技术急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种氮气/甲烷分离用煤基活性炭制备方法及制得的活性炭，在简化制备工序以降低成本的同时制备得到高效PSA分离CH4/N2气体用的煤基活性炭。

为实现上述发明目的，本发明的制备方法采用以下技术方案：

一种氮气/甲烷分离用煤基活性炭的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)磨粉

以无烟煤为原料，并粉碎至粒径为200目～325目；

(2)混捏