專利名稱：一種炭織物分子篩及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)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炭織物分子篩及其制備方法。
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(xué)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(lǐng)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時具有較大的阻力降，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炭織物分子篩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)明的制備方法如下將爐膛分為炭化段和活化段，使炭化段的溫度控制在750-850℃，活化段的溫度控制在700-850℃，炭化20-150分鐘，氮氣以5-60m3/h通入爐體內(nèi)，水以5-50ml/min注入氣化爐，產(chǎn)生的水蒸氣直接進入活化段爐體內(nèi)，將纖維或纖維布從入口處進入炭化段進行炭化后，連續(xù)進入活化段，在炭化段和活化段的停留時間均為10-120分鐘，從出口處得到連續(xù)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(shù)相比具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明的炭織物分子篩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(xué)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)在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(1)將爐膛炭化段和活化段溫度都控制在780℃，將流量為0.5m3/h的氮氣通入爐體；并將水以6.5ml/min的注入量注入氣化爐，并由流量為0.25m3/h的氮氣將水蒸氣帶入活化爐。
(2)將聚丙烯腈纖維布以10cm/min的速度由炭化爐入口進入，勻速經(jīng)過炭化段和活化段，聚丙烯腈纖維布在炭化段和活化段的停留時間均為30min，然后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,0.7nm以下的微孔率為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45ml/min，分離的甲烷純度為99％。
實施例2(1)將爐膛炭化段和活化段溫度分別控制在750℃和800℃，將流量為10m3/h的氮氣通入爐體；將水以8ml/min的量注入氣化爐，并由流量為0.4m3/h的氮氣將水蒸氣帶入活化爐。
(2)將粘膠纖維氈以5cm/min的速度由炭化爐入口進入勻速通過炭化段和活化段，使粘膠纖維氈在炭化段和活化段的停留時間均為60min，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,0.7nm以下的微孔率為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40-60ml/min，分離的甲烷純度為96％。
實施例3(1)將爐膛的炭化段和活化段溫度分別控制在850℃和820℃，將流量為30m3/h的氮氣通入爐體；將水以8ml/min的量注入氣化爐，并由流量為0.4m3/h的氮氣將水蒸氣帶入活化爐。
(2)將瀝青纖維氈以2.5cm/min的速度由炭化爐入口進入勻速通過炭化段和活化段，使瀝青纖維氈在炭化段和活化段的停留時間均為120min，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,0.7nm以下的微孔率為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40-60ml/min，分離的甲烷純度為98％。
實施例4(1)將爐膛的炭化段和活化段溫度分別控制在800℃和850℃，將流量為50m3/h的氮氣通入爐體；將水以8.5ml/min的量注入氣化爐，并由流量為0.4m3/h的氮氣將水蒸汽帶入活化爐。
(2)將酚醛纖維布以3.3cm/min的速度由炭化爐入口進入勻速通過炭化段和活化段，使樣品在炭化段和活化段的停留時間均為90min，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,0.7nm以下的微孔率為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40-60ml/min，分離的甲烷純度為99％。
權(quán)利要求
1．一種炭織物分子篩，其特征在于物理性能如下形狀纖維、氈、布或紙；比表面積300～1000m2/g；微孔率0.7mm以下的微孔率大于60％；孔容積0.15-0.35ml/g。
2．如權(quán)利要求1所述的一種炭織物分子篩，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．如權(quán)利要求1所述的一種炭織物分子篩，其特征在于所述的氈、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。
4．一種炭織物分子篩的制備方法，其特征在于將爐膛分為炭化段和活化段，使炭化段的溫度控制在750-850℃，活化段的溫度控制在700-850℃，氮氣以5-60m3/h通入爐體內(nèi)，水以5-50ml/min注入氣化爐，產(chǎn)生的水蒸汽直接進入活化段爐體內(nèi)，將纖維或纖維布從入口處進入炭化段進行炭化后，連續(xù)進入活化段，在炭化段和活化段的停留時間均為10-120分鐘，從出口處得到連續(xù)產(chǎn)品。
全文摘要
一種炭織物分子篩其性能為比表面積:300～1000m
文檔編號B01J20/20GK1312128SQ0012219
公開日2001年9月12日 申請日期2000年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月4日
發(fā)明者鄭經(jīng)堂, 陸安慧, 王茂章, 張碧江, 靳國強, 劉平光, 劉振宇, 榮海琴 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所