專利名稱：一種用于儲存甲烷的活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種活性型炭的制備方法，具體涉及一種以石油焦或瀝青焦為原料制備對甲烷具有高吸附儲存容量的活性型炭的方法。
天然氣作為一種資源豐富、低污染的汽車代用燃料，正日益受到汽車行業(yè)的普遍重視。然而與液體燃料相比，天然氣的體積能量密度低，為了解決這一問題，人們研究出了壓縮天然氣(CNG)技術(shù)，并已經(jīng)應(yīng)用于汽車行業(yè)。但是由于高壓(＞20MPa)所帶來的安全和經(jīng)濟(jì)問題限制了其廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。如在CNG氣瓶中加入吸附劑，使較低壓力下的天然氣存儲密度與高壓(CNG)相當(dāng)，這樣就可克服CNG的不足，這就是吸附儲存天然氣(ANG)技術(shù)。ANG技術(shù)無論對于天然氣汽車的普及，還是對于以天然氣為主要燃料的城市煤氣使用時峰值的調(diào)配來說都具有重要的使用價值。選擇合適的具有高甲烷吸附容量以及吸脫附速度的吸附劑是吸附天然氣技術(shù)走向?qū)嶋H大規(guī)模應(yīng)用最關(guān)鍵的一步。在一般的吸附劑中，活性炭對甲烷的吸附容量最大(Parkyns ND,Quinn D F.Porosity in Carbons，ed.Patrick J W.Edward Arnold,London,1995.PP.302)，然而目前已商品化的普通粒狀活性炭由于比表面積低(1200m2/g左右)，孔分布寬，在常溫、3.4MPa下吸附儲存甲烷的量只相當(dāng)于20MPa下壓縮儲存甲烷量的二分之一(Quinn D F,Macdonald J A.Carbon,1992,30(7):1097)。在常溫、3.4MPa下，甲烷的吸附主要是發(fā)生在微孔，并且隨著活性炭比表面積的增大，對甲烷的吸附量也呈增大的趨勢。因此微孔發(fā)達(dá)的高比表面積活性炭有可能是天然氣吸附儲存的良好材料。
高比表面積活性炭具有BET比表面積大，微孔分布集中，吸脫附性能好等優(yōu)點。但由于用KOH活化法制得的高比表面積活性炭大多為粉末狀，裝填密度比較小，對甲烷的質(zhì)量吸附量雖然較大，換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積吸附量則相對較小，不能滿足實際應(yīng)用的要求。
因此，人們試圖通過各種方法提高活性炭的裝填密度以增大其對甲烷的體積吸附容量。例如中國專利(申請?zhí)?8126462.X)采用石油焦或瀝青焦磨粉、篩分、干燥后與KOH以1∶1～1∶6(重量比)化學(xué)活化法制得高比表面積粉狀活性炭后，以酚醛樹脂、煤瀝青、煤焦油為粘接劑利用在50～150℃熱壓成型后在700～1000℃進(jìn)行炭化、活化處理制得高比表面積活性型炭。但是此種方法由于成型時采用熱壓法，而且成型后還需要再次進(jìn)行高溫炭、活化處理，所以制備工藝較為繁瑣，所需時間長，耗能高。
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種既保證對甲烷體積吸附儲存容量高、且方法簡單，所需時間短、耗能低的高比表面積活性型炭的制備方法。
本發(fā)明的制備方法是以石油焦或瀝青焦為原料，以KOH為活化劑，在700～1000℃活化0.5～2.0hr制得高比表面積粉狀活性炭，再將該粉狀活性炭與粘結(jié)劑混合均勻后在常溫下壓制成型，再進(jìn)行低溫?zé)崽幚淼玫匠尚透弑缺砻娣e活性炭。
本發(fā)明的制備方法如下(1)將石油焦或瀝青焦磨碎、篩分、干燥后與KOH以1∶1～1∶6(重量比)的比例浸漬混合，然后于氮氣保護(hù)下，在700～1000℃下活化0.5～2.0hr制得粉狀的高比表面積活性炭；(2)將粘接劑溶于溶劑中配成糊狀液，把制得的粉狀活性炭與粘結(jié)劑以1∶0.07～1∶0.25(重量比)的比例加入糊狀液中并混合均勻，在70-200MPa壓力下壓制成型，得到塊狀炭；(3)壓制成型的塊狀炭在惰性氣體保護(hù)下以0.5～5.0℃/min的升溫速率升至200℃，并恒溫0.5～1小時進(jìn)行熱處理，制得產(chǎn)品。
如上所述的粘結(jié)劑是縮甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛。
采用添加粘接劑的成型方法，提高了高比表面積活性炭的裝填密度，從而大大提高了其對甲烷的體積吸附量。該方法制得的型炭在3.4MPa下其對甲烷的體積吸附量為140～160v/v，在5.4MPa下其對甲烷的體積吸附量為190～240v/v。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(1)制備工藝簡單，易操作。
(2)所需時間短，耗能低，制造成本下降。
(3)提高了高比表面活性炭的裝填密度，大大提高了對甲烷體積的吸附量。
本發(fā)明的實施例如下實施例1取40克石油焦，與160克KOH浸漬混合，在800℃下活化1hr，制得粉狀高比表面積活性炭，取0.25g縮甲基纖維素加入2.2ml水溶解后加入制得的粉狀高比表面積活性粉狀炭2.5克混合后攪拌均勻，在100MPa壓力下壓制成型，然后在氮氣保護(hù)下于200℃熱處理1小時，制得高比表面積活性型炭，其BET比表面積為2308m2/g。此種型炭在25℃、3.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為160V/V；5.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為240V/V。
實施例2取40克石油焦，與40克KOH浸漬混合，在950℃下活化0.7hr，制得粉狀高比表面積活性炭，取0.375g縮甲基纖維素加入2.5ml水溶解，加入制得的粉狀高比表面積活性粉狀炭2.5克混合后攪拌均勻，在110MPa壓力下壓制成型，然后在氮氣保護(hù)下于200℃熱處理1小時，制得高比表面積活性型炭，其BET比表面積為2000m2/g。此種型炭在25℃、3.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為150V/V；5.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為220V/V。
實施例3取40克石油焦，與80克KOH浸漬混合，在900℃下活化1hr，制得粉狀高比表面積活性炭，取0.5g縮甲基纖維素加入3ml水溶解，加入制得的粉狀高比表面積活性粉狀炭2.5克混合后攪拌均勻，在120MPa壓力下壓制成型，然后在氮氣保護(hù)下于200℃熱處理1小時，制得高比表面積活性型炭，其BET比表面積為1800m2/g。此種型炭在25℃、3.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為140V/V；5.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為190V/V。
實施例4取40克石油焦，與200克KOH浸漬混合，在750℃下活化2hr，制得粉狀高比表面積活性炭，取0.175g聚乙烯醇縮丁醛加入3ml乙醇溶解，加入制得的粉狀高比表面積活性粉狀炭2.5克混合后攪拌均勻，在140MPa壓力下壓制成型，然后在氮氣保護(hù)下于200℃熱處理1小時，制得高比表面積活性型炭，其BET比表面積為1910m2/g。此種型炭在25℃、3.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為155V/V；5.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為205V/V。
實施例5取40克石油焦，與240克KOH浸漬混合，在750℃下活化1.5hr，制得粉狀高比表面積活性炭，取0.375g聚乙烯醇縮丁醛加入3ml乙醇溶解，加入制得的粉狀高比表面積活性粉狀炭2.5克混合后攪拌均勻，在160MPa壓力下壓制成型，然后在氮氣保護(hù)下于200℃熱處理1小時，制得高比表面積活性型炭，其BET比表面積為1600m2/g。此種型炭在25℃、3.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為145V/V；5.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為185V/V。
實施例6取30克瀝青焦，與120克KOH浸漬混合，于800℃下活化1.5小時，制得粉狀高比表面積活性炭，取0.25g縮甲基纖維素加入2.2ml水溶解，加入上述粉狀高比表面積活性粉狀炭2.5克混合后攪拌均勻，在200MPa壓力下壓制成型，然后在氮氣保護(hù)下于200℃熱處理1小時，制得高比表面積活性型炭，其BET比表面積為2100m2/g。此種型炭在25℃、3.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為156V/V；5.4MPa下對于甲烷的體積吸附量為230V/V。
權(quán)利要求
1．一種用于儲存甲烷的活性炭的制備方法，其特征在于制備方法如下(1)將石油焦或瀝青焦磨碎、篩分、干燥后與KOH按重量比為1∶1～1∶6的比例浸漬混合，然后于氮氣保護(hù)下，在700～1000℃下活化0.5～2.0hr制得粉狀的高比表面積活性炭；(2)將粘接劑溶于溶劑中配成糊狀液，把制得的粉狀活性炭與粘結(jié)劑按重量比為1∶0.07～1∶0.25的比例加入糊狀液中并混合均勻，在70～200MPa壓力下壓制成型，得到塊狀炭；(3)壓制成型的塊狀炭在惰性氣體保護(hù)下以0.5～5.0℃/min的升溫速率升至200℃，并恒溫0.5～1小時進(jìn)行熱處理，制得產(chǎn)品。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的粘結(jié)劑是縮甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛。
全文摘要
一種用于儲存甲烷的活性炭的制備方法,是以石油焦或瀝青焦為原料,以KOH為活化劑,在700~1000℃活化0.5~2.0hr制得高比表面積粉狀活性炭,再將該粉狀活性炭與粘結(jié)劑混合均勻后在常溫下壓制成型,再進(jìn)行低溫?zé)崽幚淼玫匠尚透弑缺砻娣e活性炭。本發(fā)明具有制備工藝簡單,易操作,時間短,提高了高比表面活性炭的裝填密度,大大提高了對甲烷的體積吸附量等優(yōu)點。
文檔編號B01J20/20GK1303732SQ0010426
公開日2001年7月18日 申請日期2000年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月11日
發(fā)明者凌立成, 宋燕, 劉朗, 李開喜 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所