一種吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，尤其適用于變壓吸附法分離二氧化碳。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤炭燃燒過程中產(chǎn)生大量的C02，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，造成我國(guó)成為世界上最大的二氧化碳排放國(guó)，由于溫室氣體控制的國(guó)際公約要求，面臨著巨大的國(guó)際壓力，我國(guó)必須解決二氧化碳的捕集和封存問題。
[0003]目前研究中的CO2捕集方法有溶劑吸收法、低溫精餾法、膜分離法和變壓吸附法等。其中，變壓吸附技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、無腐蝕、使用壽命長(zhǎng)、操作方便、成本低、技術(shù)可靠、無污染等優(yōu)點(diǎn)，因此用于濃縮分離CO2具有巨大發(fā)展前景和現(xiàn)實(shí)意義。變壓吸附技術(shù)的核心是吸附劑，吸附劑對(duì)CO2的吸附能力及選擇性決定變壓吸附法分離CO2的難易程度和經(jīng)濟(jì)性，因此變壓吸附技術(shù)分離捕集CO2的關(guān)鍵是制造出成本低廉、吸附性能良好的吸附劑。
[0004]在⑶2提純和濃縮的應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)際上變壓吸附炭的CO2吸附量(0°C，Iatm)可達(dá)到90mL/g以上，而我國(guó)變壓吸附活性炭產(chǎn)品指標(biāo)普遍偏低，CO2吸附量大多在75mL/g(latm，0°C)以下。
[0005]如:國(guó)內(nèi)重慶大學(xué)申報(bào)的專利“具有分子篩效應(yīng)的煤基顆?；钚蕴恐苽浞椒?200910190860.5)”中提到煤基顆?；钚蕴恐苽浒ㄈ缦虏襟E:(a)將煤炭粉碎；(b)向煤粉中加入煤焦油等粘結(jié)劑并和水混合均勻；(c)成型為圓柱體顆粒再干燥；(d)將成型后的圓柱體顆粒在氮?dú)獗Ｗo(hù)下碳化；(e)將碳化后的圓柱體顆粒在氮?dú)獗Ｗo(hù)下用水蒸氣活化；(f)冷卻至室溫出料后再經(jīng)水洗和干燥。文中沒有具體的CO2吸附量說明，僅提到原料氣為二氧化碳/氮?dú)?，其中二氧化碳的體積百分比濃度為13%，吸附壓力為0.8MPa，吸附時(shí)間30s，順向減壓至0.15MPa，分離得到的氣體二氧化碳濃度為39%，說明其分離系數(shù)較小，達(dá)不到高性能變壓吸附活性炭的技術(shù)指標(biāo)。
[0006]因此，亟待改變國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的變壓吸附炭的CO2吸附量難以超過75mL/g的現(xiàn)狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述現(xiàn)存的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，通過原料煤、催化劑和活化劑的耦合，以制備高性能吸附分離二氧化碳的活性炭。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，包括如下具體步驟:A、以無煙煤為原料，磨粉至200目通過率>90%，得煤粉。
[0009]進(jìn)一步，所述的無煙煤選用太西無煙煤。
[0010]B、將煤粉、催化劑KN03、水和煤焦油按質(zhì)量比100:2-5:6-8:30-33在捏合攪拌設(shè)備中混捏均勻成煤膏，然后擠壓成炭條。其中，水的添加主要是為了溶解催化劑，添加量以能完全溶解加入的KNO3為度，煤焦油則是為了黏結(jié)煤粉，使最終制備出的活性炭具有足夠的強(qiáng)度。[0011 ]進(jìn)一步，所述的煤粉、催化劑KNO3、水和煤焦油的優(yōu)選配比為100:3:6:32,活性炭性能和制造成本有最佳的平衡。
C、將炭條送入處于室溫的炭化爐，隔絕空氣升溫至650-750°C，控制炭化時(shí)間為40-60min，得揮發(fā)分為8%-12%的炭化料。
[00?2] 進(jìn)一步，炭化溫度優(yōu)選650°C，入爐到出爐的炭化時(shí)間為50min，炭化效果最佳。
[0013]D、將炭化料送入活化爐，通入⑶^^氣體活化，活化溫度為900_960°C，控制活化時(shí)間，使產(chǎn)品得率占入爐炭化料的50%-70%，冷卻后得到活性炭。
[0014]進(jìn)一步，活化溫度優(yōu)選930°C，此時(shí)產(chǎn)品的得率能達(dá)到爐炭化料的65%左右，得率、效率與成本綜合考慮最佳。
[0015]本發(fā)明制備反應(yīng)過程中，KNO3具有雙重的作用，一方面它可以在炭化溫度下分解生成氧，這樣的氧會(huì)使原料煤分子結(jié)構(gòu)的有序性遭到破壞，從而產(chǎn)生較多的活性點(diǎn)易與活化氣體反應(yīng)，更快地造孔，從而使活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)趨于集中，有利于提高能吸附CO2孔隙的形成；另一方面，KNO3中K元素的存在，在炭化和活化過程中具有催化作用，特別是對(duì)于活化反應(yīng)具有很強(qiáng)的催化作用，可以大大加快活化反應(yīng)速度，因?yàn)镃O2活化比水蒸氣活化的速度慢很多。而活化過程中，CO2與炭化料的活化反應(yīng)速度低于水蒸氣，使CO2更易于深入孔隙內(nèi)部與碳反應(yīng)造孔，而水蒸氣分子則較多地在孔隙入口附近反應(yīng)，因?yàn)樗魵夥磻?yīng)速度快，孔隙入口處的水蒸氣濃度大于孔隙內(nèi)部，這也是CO2活化的孔隙結(jié)構(gòu)更趨于較窄范圍微孔的原因。
[0016]綜上所述，本發(fā)明利用物理活化法，通過太西無煙煤、催化劑KNO3及CO2作活化氣體三者的耦合，使制備出的活性炭對(duì)CO2吸附量超過90mL/g，CO2吸附指標(biāo)能夠達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明活性炭的制備流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]本發(fā)明是在常規(guī)活性炭生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，通過無煙煤、催化劑KNO3和活化劑CO2氣體的耦合，如圖1所示，經(jīng)磨粉一混捏、壓條一炭化一活化等步驟，制備出高性能吸附分離CO2用的活性炭產(chǎn)品，【具體實(shí)施方式】如下。
[0020]實(shí)施例1:
首先，將太西無煙煤磨粉至200目通過率>90%。
[0021]然后，將煤粉與催化劑、水和煤焦油按100:2:6:30的質(zhì)量比例在捏合攪拌設(shè)備中混捏均勻成煤膏，并擠壓成炭條。
[0022]接著，將炭條于室溫下送入炭化爐中，在40min內(nèi)升至700°C，取出、冷卻，所得炭化料揮發(fā)分約為8.5%。
[0023]最后，將炭化料送入活化爐，通入活化，活化150min。所得活性炭產(chǎn)品的活化率占入爐炭化料的62%。
[0024]將得到的活性炭進(jìn)行吸附試驗(yàn)，得出產(chǎn)品CO2吸附量(0°C，Iatm)為90.lmL/g。
[0025]實(shí)施例2:
首先，將太西無煙煤磨粉至200目通過率>90%。
[0026]然后，將煤粉與催化劑、水和煤焦油按100:3:7:31的比例在捏合攪拌設(shè)備中混捏均勻成煤膏，并擠壓成炭條。
將炭條于室溫下送入炭化爐中，在45min內(nèi)升至680°C，取出、冷卻，所得炭化料揮發(fā)分約為10.2%。
[0027]最后，將炭化料送入活化爐，通入⑶2在920°(3活化，控制活化時(shí)間140min，使最終活性炭產(chǎn)品的活化得率為60%。
[0028]將得到的活性炭進(jìn)行吸附試驗(yàn)，得出產(chǎn)品CO2吸附量(0°C，Iatm)為91.3mL/g。
[0029]實(shí)施例3:
首先，將太西無煙煤磨粉至200目通過率>90%。
[0030]然后，將煤粉與催化劑、水和煤焦油按100:3:6:32的比例在捏合攪拌設(shè)備中混捏均勻成煤膏，并擠壓成炭條。
[0031]將炭條于室溫下送入炭化爐中，在50min內(nèi)升至650°C，取出、冷卻，所得炭化料揮發(fā)分約為10.2%。
[0032]最后，將炭化料送入活化爐，通入⑶2在930°(3活化，控制活化時(shí)間130min，使最終活化得率為65.3%。
[0033]將得到的活性炭進(jìn)行吸附試驗(yàn)，得出產(chǎn)品CO2吸附量(0°C，Iatm)為92.2mL/g。
[0034]實(shí)施例4:
首先，將太西無煙煤磨粉至200目通過率>90%。
[0035]然后，將煤粉與催化劑、水和煤焦油按100:5:8:33的比例在捏合攪拌設(shè)備中混捏均勾成煤膏，擠壓成炭條。
[0036]將炭條于室溫下送入炭化爐中，在60min內(nèi)升至600°C，取出、冷卻，所得炭化料揮發(fā)分約為10.5%。
[0037]最后，將炭化料送入活化爐，通入0)2在9601活化lOOmin，最終活性炭產(chǎn)品的活化得率占入爐炭化料的68.1 %。
[0038]將得到的活性炭進(jìn)行吸附試驗(yàn)，得出產(chǎn)品CO2吸附量(0°C，Iatm)為90.5mL/g。
[0039]綜上，從吸附試驗(yàn)結(jié)果可知，本發(fā)明方法采用物理活化法制備出的吸附炭對(duì)0)2吸附量超過90mL/g，其吸附指標(biāo)能夠達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，其特征在于，包括如下具體步驟: A、以無煙煤為原料，磨粉至200目通過率>90%，得煤粉； B、將煤粉、催化劑KNO3、水和煤焦油按質(zhì)量比100: 2-5: 6-8: 30-33在捏合攪拌設(shè)備中混捏均勻成煤膏，然后擠壓成炭條； C、將炭條送入處于室溫的炭化爐，隔絕空氣升溫至650-750°C，控制炭化時(shí)間為40-60min，得揮發(fā)分為8%-12%的炭化料； D、將炭化料送入活化爐，通入CO2氣體活化，活化溫度為900-960°C，控制活化時(shí)間，使產(chǎn)品得率占入爐炭化料的50%-70%，冷卻后得到活性炭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，其特征在于，所述的步驟B中煤粉、催化劑KNO3、水和煤焦油的優(yōu)選配比為100:3:6:32。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，其特征在于，所述的無煙煤選用太西無煙煤。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，其特征在于，所述的步驟C中炭化溫度選650°C，炭化時(shí)間為50min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種吸附分離二氧化碳用活性炭的制備方法，包括如下具體步驟：A、以無煙煤為原料，磨粉至200目通過率＞90%，得煤粉；B、將煤粉、催化劑KNO3、水和煤焦油按質(zhì)量比100：2-5：6-8：30-33在捏合攪拌設(shè)備中混捏均勻成煤膏，然后擠壓成炭條；C、將炭條送入炭化爐，炭化溫度為650-750℃，控制炭化時(shí)間為40-60min，得揮發(fā)分為8%-12%的炭化料；D、將炭化料送入活化爐，通入CO2氣體活化，活化溫度為900-960℃，控制活化時(shí)間，使產(chǎn)品得率占入爐炭化料的50%-70%，冷卻后得到活性炭。此法制備出的活性炭的CO2吸附量超過90mL/g，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
【IPC分類】C01B31/10
【公開號(hào)】CN105502379
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511013483
【發(fā)明人】張雙全, 袁翠翠, 岳曉明
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日