[发明专利]用于分离甲烷/氮气的高性能椰壳活性炭吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于分离甲烷/氮气的高性能椰壳活性炭吸附剂及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：将椰壳进行一次炭化；将经一次炭化后的椰壳磨粉得到炭粉；将炭粉与粘结剂和水混捏，经挤压成型，得到生料条；将生料条进行二次炭化得到炭化料；炭化料依次经浸渍改性和活化处理即得。本发明提供了果壳基柱状活性炭的制备方法，相较常规椰壳破碎炭，具有形状规则，压降小、强度高等优点，由于吸附分离中气流速度过快，有一定压力，且需要循环往复使用，柱状椰壳活性炭更加适用于变压吸附工艺中使用。相较碳分子筛采用酚醛树脂，本发明采用椰壳，在我国海南以及东南亚地区有大量原料来源，来源广泛，价格合理，更容易保证质量稳定和价格合理。

技术领域

本发明涉及一种用于分离甲烷/氮气的活性炭吸附剂及其制备方法，具体涉及一种高性能椰壳活性炭吸附剂及其制备方法，属于能源综合利用领域。

背景技术

我国煤层气资源丰富，但利用程度较低，尤其是井下抽采的低浓度煤层气，大部分被直接排放到大气中，煤层气中甲烷是高热值碳能源，排空直接造成了巨大的能源浪费，同时由于甲烷也是一种温室效应显著的温室气体，其对臭氧层的破坏是二氧化碳的21倍，煤层气中大量甲烷若不能回收利用，直接排空将加速全球变暖，严重污染环境。2011年以来，国家鼓励煤层气利用技术开发，要求煤矿企业提高煤层气抽采率和利用率，目前煤矿企业煤层气利用率较低的原因主要在于煤层气中甲烷浓度较低，很难满足工业应用要求，亟需煤层气浓缩技术来实现低浓煤层气中甲烷的提浓。为了浓缩利用低浓度煤层气，目前开发和研究的技术主要有低温深冷分离技术、膜分离技术和变压吸附分离技术等。变压吸附技术(PSA)是近几年来在工业上新崛起的气体分离技术，因设备简单、操作灵活方便、运行能耗低等优点得到快速发展，且已经成功应用于氢气的回收与精制、空分制氮等领域，被认为是最有可能实现煤层气浓缩的工业气体分离技术。

变压吸附技术的核心在于其中的吸附剂，吸附剂的性能决定了其能否实现混合气体的分离以及分离的效果；因此要想实现煤层气浓缩分离，就需要分离性能优良的吸附剂。煤层气的主要成分是CH₄、N₂和O₂，为了安全起见，现有工艺多先除去O₂后再进行提浓，由于CH₄/N₂物理性质极为相似，常规吸附剂很难实现分离。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以使用林业废弃物椰壳得到高价值吸附剂-活性炭及其制备方法，所述活性炭吸附剂对CH₄/N₂具有较高吸附容量和选择性，能够解决目前煤层气、油田气、沼气等气体中CH₄/N₂分离用吸附剂存在的问题。

椰壳是一种林业废弃物，同时它还是一种可再生的碳源，经常被焚烧或低价值利用，造成资源的浪费，本发明公开一种以椰壳为原料制备甲烷氮气分离用高性能活性炭吸附剂的制备方法，附加值高，同时相较碳分子筛，在保证分离性能的同时，具有吸附容量大特点，应用到变压吸附工艺将可以大大降低吸附剂装填成本。

具体地，本发明所提供的用于分离CH₄/N₂的活性炭的制备方法，包括如下步骤：

1)将椰壳进行一次炭化；

2)将经所述一次炭化后的所述椰壳磨粉得到炭粉；将所述炭粉与粘结剂和水混捏，经挤压成型，得到生料条；

3)将所述生料条进行二次炭化得到炭化料；

4)所述炭化料依次经浸渍改性和活化处理，即得所述用于分离CH₄/N₂的活性炭。

上述的制备方法中，步骤1)中，所述椰壳采用长度为5～10mm的椰壳颗粒；

所述椰壳为碳含量不小于80％的林业废弃椰壳。

上述的制备方法中，步骤1)中，所述一次炭化在惰性气氛中进行；