[发明专利]用于提浓煤层气中甲烷的活性炭及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于提浓煤层气中甲烷的活性炭及其制备方法，是以玉米芯为原料，与活化剂氢氧化钾溶液混合并烘干后，惰性环境中高温活化制备得到活性炭。本发明制备的活性炭具有高的比表面积和高微孔容积，其CH4/N2平衡分离比达到3.0以上，与不掺氢氧化钾制备的活性炭相比，吸附量明显增大，分离比也有所提高，用于CH4/N2的吸附分离，可以实现CH4/N2的有效分离。

技术领域

本发明属于气体分离用吸附剂技术领域，涉及一种具有较大CH4、N2吸附量及CH4/N2平衡分离比的活性炭，以及该活性炭的制备方法。

背景技术

煤层气的主要成分是CH4、N2等，是一种以吸附态、游离态或溶解态存在于煤层内的非常规天然气。我国煤层气资源丰富，埋深浅于2000m的煤层气地质资源量约为36.81万亿立方米。因此，非常规天然气的商业开发显示出巨大的经济价值。

目前，针对煤层气中甲烷的提浓工艺主要包括低温精馏、膜分离和变压吸附等。其中变压吸附技术可基于吸附平衡、吸附动力学及空间位阻效应进行分离，操作灵活、适用范围广，已广泛应用于工程领域。但在实际生产中，由于CH4、N2两者动力学直径相近，性质相似，成为最难分离的体系。所以，变压吸附技术应用的核心在于吸附剂的选择。

活性炭是一种碳质多孔材料，由于具有发达的孔道结构和较大的比表面积，因而常被用作气体吸附剂。

CN 104475018A公开了一种载溴型活性炭的制备方法，其通过气相沉积法将溴基团负载到活性炭上，对N2的吸附起到抑制作用，从而提高CH4/N2分离比。但是该工艺中大量溴蒸汽的使用必然增加了生产成本，且对人员和环境造成严重危害，因此限制了其的大规模工业生产。

CN 106395819A公开了一种木屑活性炭的制备方法，是以磷酸和浓硫酸为活化剂，将粉碎的木屑与活化剂混合均匀，一同放入马弗炉中炭化、活化。该制备方法工艺简单、易操作，而且成本低廉，但未提到对CH4/N2的吸附分离效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于提浓煤层气中甲烷的活性炭及其制备方法，本发明制备的活性炭具有高比表面积和高微孔容积，用于CH4/N2的吸附分离，可以实现CH4/N2的有效分离。

本发明所述的用于提浓煤层气中甲烷的活性炭是以玉米芯为原料，与活化剂氢氧化钾溶液混合并烘干后，惰性环境中高温活化制备得到的活性炭。

本发明所使用的玉米芯原料优选为去除掉海绵絮层的玉米芯。

其中，本发明中所述玉米芯与氢氧化钾的质量比为0.5～3∶1。

进一步地，本发明所述烘干处理过程是在150～180℃条件下进行的。

进而，本发明还提供了所述用于提浓煤层气中甲烷的活性炭的制备方法，所述方法具体按照以下步骤进行：