[发明专利]一种变压吸附提氢吸附剂、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种变压吸附提氢吸附剂、制备方法及应用。所述变压吸附提氢吸附剂为为比表面积1200‑1500m²/g、直径0.8‑2.0nm微孔体积0.2‑0.3ml/g的改性柱状活性炭，其CO₂吸附容量≥80ml/g，耐磨强度≥98％，表观密度≥0.65g/ml，原位生成Si₃N₄的质量含量3‑6％；其兼具较高分离能力和抗压强度、耐磨强度、表观密度的柱状活性炭，生产成本适中；在变压吸附提氢应用中，具有较高的单位装填体积分离能力，不易碎断，耐磨性较高，掉落粉尘较少，对吸附塔的出口气流自动阀密封部件的磨损减轻、自动阀寿命延长，对后续工艺的污染较轻或过滤器清理频率较低。

技术领域

本发明属变压吸附提氢技术领域，具体涉及一种变压吸附提氢吸附剂、制备方法及应用。

背景技术

通过变压吸附技术进行气体分离和提纯的工艺，在过去的几十年中获得广泛应用，其中一个重要分支是变压吸附提氢工艺。变压吸附技术的原理，是基于压力和循环条件下将多组分混合气体通过吸附塔，基于各组分气体的吸附平衡或吸附速率行为的差异进行快速的吸附-脱附循环，达到气体分离和吸附剂循环使用的目的，具有循环时间短，常温操作、能耗低、易于自动控制、可获得高纯度产品等优点。

变压吸附提氢工艺中，主要发生H₂以外杂质成分的常温物理吸附和脱附过程，通过多种吸附剂如活性炭、分子筛的配合使用，及对气体流向、压力的控制，实现了高效、可靠、低成本的氢气提纯和分离。

变压吸附提氢工艺中，通常采用多个如4-15个吸附塔，按所需时序进行吸附、均压、顺放、逆放、逆洗、升压等操作。吸附塔装填的吸附剂通常包括活性炭、分子筛，及硅胶/活性氧化铝，其中硅胶/活性氧化铝主要作用是分离水蒸气、轻烃、甲醇等沸点相对较高、较易吸附的成分；活性炭、分子筛一般搭配使用，主要作用是分离CO₂、CH₄、N₂等沸点相对较低、较难吸附的成分，其中分子筛常用5A分子筛、13X分子筛。各吸附塔的分离作用，或各吸附塔中吸附剂的装填组合，根据原料气流的成分、压力情况和具体的分离要求而定，通常包括两种情况或方式，一种是各塔作用相同，每一个塔中都级配分层装填所述各种吸附剂，每一个塔都能把含氢原料气流分离为富氢气流和贫氢气流二股气流；另一种方式是各塔分成作用不同的二组或多组，分别主要实现如CO₂分离、H₂分离，分离为富氢气流、贫氢气流和如纯度99％以上的CO₂气流等三股以上的气流。

变压吸附提氢工艺的含氢原料气流，压力一般为如0.8MPa以上，主要成分H₂的体积含量一般为50-90％，其它成分主要包括CO₂、CO、CH₄、N₂及水蒸气，有的还含少量轻烃、甲醇、H₂S等。

变压吸附提氢工艺的产品富氢气流，根据工艺条件和具体要求，其H₂体积含量可为98-99.99％，压力略低于原料气流；贫氢气流的H₂体积含量一般30％以下、富集了CO₂、CO、CH₄、N₂等成分，该贫氢气流压力显著低于原料气压力，所述原料氢气流与贫氢气流的压力差是CO₂、CO、CH₄、N₂脱附过程的推动力。

变压吸附提氢工艺吸附塔装填的活性炭，其性能指标对提氢效果的影响显著。林业行业标准LY/T1971-2011推荐的变压吸附精制氢气用活性炭指标情况，主要包括：CO₂吸附容量≥42ml/g，耐磨强度≥96％，表观密度0.56-0.63g/ml。