[发明专利]炭吸附剂及其制造方法和气体分离法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及工业气体的分离精制领域。作为这样的领域，有诸如使空气中的氧气和氮气分离以制造氮气、从甲醇分解气中除去二氧化碳等以制造氢气、从焦炉气中除去甲烷等以制造氢气、从燃烧废气中浓缩二氧化碳以制造二氧化碳等。本发明涉及可用于这些气体分离的由分子筛炭或活性炭组成的炭吸附剂的制造方法，以及使用了此类炭吸附剂的变压吸附分离方法和分离装置。

背景技术

分子筛炭或活性炭是从焦炭、煤、木炭、椰壳炭等碳化合物，或者苯酚类树脂、呋喃类树脂、偏二氯乙烯共聚物等各种树脂干馏得到的碳化合物制造的。本发明中，称碳化合物干馏得到的物质为干馏炭。

作为使空气分离为氧气和氮气的吸附剂，已知有分子筛炭(moleeular sieving carbon，简称MSC；或carbon molecularsieve，简称CMS)。

分子筛炭是利用对分子直径小的氧气的吸附速度比氮气快的速度分离型吸附剂。

分子筛炭是通过利用各种方法调整原料炭材(例如活性炭)内部细孔径的大小而得到的。

作为迄今为止已提出的分子筛炭的制造方法，有特公昭52-18675号公报、特开昭59-64514号公报、特公昭61-8004号公报、特开昭62-176908号公报、特开昭60-171212号公报、美国专利5,098,880号说明书、特开昭62-176908号公报、特开昭62-132543号公报、特开昭62-108722号公报、特公昭49-18555号公报、特公昭61-8004号公报、特开平4-310209号公报等中所述的方法。

特公昭52-18675号公报公开了在挥发性成分含量多达5％的焦炭中添加能通过热分解释放出碳的烃类并在600-900℃处理的方法。特开昭60-171212号公报公开了通过在市售炭吸附剂中添加热分解性烃类来调整活性炭内部细孔径的大小的方法。美国专利5,098,880号说明书公开了通过使市售原料活性炭在加热下分两次接触两种挥发性烃类来调整活性炭内部细孔径的大小的方法。

作为使用分子筛炭分离空气的先有变压吸附分离方法，已知有美国专利2,944,627号说明书、特公昭53-44160号公报、特公昭54-8200号公报、特开昭59-182215号公报。

作为混合气体中二氧化碳或甲烷的分离法，有溶液吸收法、液化分离法等，但多数采用称之为PSA(Pressure Swing Adsorption)的变压吸附分离法。在变压吸附分离法中，可以使用沸石或活性炭作为吸附剂。

在特开平3-98641号公报中，公开了对炭素材料或活性炭在含氧赋活气氛中在约600℃以下不燃烧的条件下进行处理，能得到对二氧化碳吸附优异的活性炭。

在特开平4-200742号公报中，描述了含有胺和水的活性炭适用于在低温吸附二氧化碳而在高温将其释放。

在特公昭52-47758号公报中，公开了将萨冉树脂废物干馏、粉碎、配入煤焦油等烧结剂，再配入微晶纤维素等造粒剂造粒，在400～900℃干馏，可以得到不吸附甲烷但吸附二氧化碳的炭材。

在特开平6～100309号公报中，公开了一种对甲烷和二氧化碳的平衡吸附量差大的分子筛炭，其特征在于把有5.5～12_平均微孔径的炭质基材置于在650～850℃加热的处理炉中，供给含有芳香族烃类和/或脂环族烃类的非活性气体，使热分解炭蒸着于微米孔内。

作为以利用了活性炭的变压吸附分离法分离混合气体中的二氧化碳的实例，有特开昭60-241931号公报、特开平3-98641号公报等。

作为活性炭对二氧化碳的吸附等温线的数据，有以下实例。河添等人，生产研究，25(11)，513页(1973)〔8.5g/100g＝43mlSTP/g(20℃，1atm)〕。矢野等人，化学工学，25(9)，654页(1961)〔30ccSTP/g(30℃，1atm)〕。化学工学便览，589页(1992)〔40cm³NTP/g(37.7℃，1atm)〕。