專利名稱：一種用于甲烷二氧化碳分離的分子篩炭織物及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種炭分子篩，具體涉及一種用于甲烷二氧化碳分離的分子篩炭織物及其制備方法。
炭分子篩是七十年代發(fā)展起來的炭質(zhì)吸附劑，由于它具有獨特的孔隙結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、機械特性、化學穩(wěn)定性好、耐高溫、耐酸堿等優(yōu)異特性，因而得到了廣泛的研究和開發(fā)。如以煤基、植物基、高分子聚合物等為原料制備粒狀炭分子篩的制備工藝比較成熟，并且已經(jīng)用于空分制氮、天然氣提純、焦爐氣等的氫氣回收、化工、催化等領域。目前國際上從事生產(chǎn)炭分子篩的公司主要由德國的BG公司、日本的Takeda公司和美國的Calgon炭化公司。但由于粒狀炭分子篩只能以裝填方式使用，無法改變其自身形狀而適合不同的市場和工業(yè)需求。另外，粒狀炭分子篩在使用具有較大的阻力降，在微量的水分存在時會造成顆粒破碎，顆粒的破碎會盡一步加大操作阻力，使得原有的系統(tǒng)無法正常運行。
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種織物狀、使用過程阻力小的用于甲烷二氧化碳分離的炭分子篩及其制備方法。
本發(fā)明是采用有機纖維或其織物為原料進行炭化后用水蒸氣作為活性劑，再進行活化處理，制得織物狀炭分子篩。
本發(fā)明的用于甲烷二氧化碳分離的分子篩炭織物的物理性能是形狀纖維、氈、布或紙；比表面積300～1000m2/g；微孔率0.7nm以下的微孔率大于60％；孔容積0.15-0.35ml/g。
如上所述的纖維是聚丙烯腈纖維、粘膠纖維、酚醛纖維、瀝青纖維。
如上所述的氈、布、紙是由聚丙烯腈纖維、粘膠纖維、酚醛纖維或瀝青纖維紡織而成的。
本發(fā)明的制備方法如下(1)將有機纖維或其氈、布、紙織物放入爐內(nèi)，溫度升至750-850℃，進行炭化20-150分鐘；
(2)將活化劑水以6-11ml/min的量注入氣化爐，由流量為0.2-0.4m3/h的氮氣將水蒸氣帶入活化爐，在700-850℃活化10-120分鐘，在氮氣保護下降溫得到產(chǎn)品。
由本方法制備的纖維狀炭分子篩的孔徑分布0.7nm以下的微孔大于60％，比表面積為300-1000m2/g。
在變壓吸附裝置上評價本發(fā)明產(chǎn)品對甲烷與二氧化碳的分離性能，分離條件為吸附表壓力0.1-0.5Mpa，真空脫附，吸附柱長26cm，吸附柱內(nèi)徑1.9cm，原料氣流量40-60ml/min，分離制備的甲烷濃度大于96％。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明的分子篩炭織物易于加工為不同形狀，可滿足不同的市場需求。
(2)制備工藝省去了化學氣相沉積調(diào)孔，操作簡單，且易于保證產(chǎn)品質(zhì)量。
(3)具有豐富的微孔，吸、脫附快。
(4)用于甲烷二氧化碳分離過程，所消耗的動力少，分離得到的甲烷氣純度超過96％。
本發(fā)明的實施例如下實施例1將聚丙烯腈纖維布放入爐內(nèi)，以4℃/min的升溫速率升至300℃，然后以6℃/min的升溫速率升至780℃進行炭化60分鐘；將水以6.5ml/min的量注入氣化爐，并由流量為0.25m2/h的氮氣將水蒸氣帶入活化爐，在780℃溫度下活化100分鐘，在氮氣保護下降溫得到產(chǎn)品。產(chǎn)品性能為比表面積326m2/g，孔容積0.16ml/g，微孔率0.7nm以下的微孔為70％。把得到的產(chǎn)品裝入變壓吸附裝置上，分離條件為甲烷二氧化碳的體積百分比各為50％，吸附表壓力0.2MPa，真空脫附，吸附柱長26cm，吸附柱內(nèi)徑1.9cm，原料氣流量40ml/min，分離的甲烷純度為99％。
實施例2將粘膠纖維氈放入爐內(nèi)，以4℃/min的升溫速率升至300℃，然后以6℃/min的升溫速率升至750℃進行炭化30分鐘；將水以8ml/min的量注入氣化爐，并由流量為0.4m2/h的氮氣將水蒸氣帶入活化爐，在800℃溫度下活化100分鐘，在氮氣保護下降溫得到產(chǎn)品。產(chǎn)品性能為比表面積497m2/g，孔容積0.22ml/g，微孔率0.7nm以下的微孔為70％。把得到的產(chǎn)品裝入變壓吸附裝置上，分離條件為甲烷二氧化碳的體積百分比各為50％，吸附表壓力0.3MPa，真空脫附，吸附柱長26cm，吸附柱內(nèi)徑1.9cm，原料氣流量55ml/min，分離的甲烷純度為96％。
實施例3將瀝青纖維氈放入爐內(nèi)，以4℃/min的升溫速率升至300℃，然后以6℃/min的升溫速率升至850℃進行炭化120分鐘；將水以8ml/min的量注入氣化爐，并由流量為0.4m2/h的氮氣將水蒸氣帶入活化爐，在820℃溫度下活化100分鐘，在氮氣保護下降溫得到產(chǎn)品。產(chǎn)品性能為比表面積628m2/g，孔容積0.24ml/g，微孔率0.7nm以下的微孔為70％。把得到的產(chǎn)品裝入變壓吸附裝置上，分離條件為甲烷二氧化碳的體積百分比各為50％，吸附表壓力0.4MPa，真空脫附，吸附柱長26cm，吸附柱內(nèi)徑1.9cm，原料氣流量50ml/min，分離的甲烷純度為98％。
實施例4將酚醛纖維紙放入爐內(nèi)，以4℃/min的升溫速率升至300℃，然后以6℃/min的升溫速率升至800℃進行炭化90分鐘；將水以8.5ml/min的量注入氣化爐，并由流量為0.4m2/h的氮氣將水蒸氣帶入活化爐，在850℃溫度下活化100分鐘，在氮氣保護下降溫得到產(chǎn)品。產(chǎn)品性能為比表面積883m2/g，孔容積0.33ml/g，微孔率0.7nm以下的微孔為70％。把得到的產(chǎn)品裝入變壓吸附裝置上，分離條件為甲烷二氧化碳的體積百分比各為50％，吸附表壓力0.5MPa，真空脫附，吸附柱長26cm，吸附柱內(nèi)徑1.9cm，原料氣流量45ml/min，分離的甲烷純度為99％。
權利要求
1．一種用于甲烷二氧化碳分離的分子篩炭織物，其特征在于物理性能為形狀纖維、氈、布或紙；比表面積300～1000m2/g；微孔率0.7nm以下的微孔率大于60％；孔容積0.15-0.35ml/g。
2．根據(jù)權利要求1所述的一種用于甲烷二氧化碳分離的分子篩炭織物，其特征在于所述的纖維是聚丙烯腈纖維、粘膠纖維、酚醛纖維、瀝青纖維。
3．根據(jù)權利要求1所述的一種用于甲烷二氧化碳分離的分子篩炭織物，其特征在于所述的氈、布或紙是聚丙烯腈纖維、粘膠纖維、酚醛纖維、瀝青纖維紡制而成的。
4．一種用于甲烷二氧化碳分離的分子篩炭織物的制備方法，其特征在于制備方法如下(1)將有機纖維或其氈、布、紙織物放入爐內(nèi)，溫度升至750-850℃，進行炭化20-150分鐘；(2)將活化劑水以6-11ml/min的量注入氣化爐，由流量為0.2-0.4m3/h的氮氣將水蒸氣帶入活化爐，在700-850℃活化10-120分鐘，在氮氣保護下降溫得到產(chǎn)品。
全文摘要
一種用于甲烷二氧化碳分離的分子篩炭織物,其性質(zhì)為:形狀:纖維、氈、布或紙;比表面積:300~1000m
文檔編號B01J20/30GK1303735SQ0010448
公開日2001年7月18日 申請日期2000年7月21日 優(yōu)先權日2000年7月21日
發(fā)明者鄭經(jīng)堂, 陸安慧, 王茂章, 張碧江, 劉平光, 靳國強, 曹亞秀 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所