[發明專利]載溴型炭吸附劑、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 201410652021.1
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104475018A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 林倩;潘紅艷;徐江海;曹建新;劉飛;鄭蓓蕾
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C10L3/10
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標事務有限公司 52002
• 代理人: 袁慶云

技術領域

本發明涉及化學技術領域，具體來說涉及一種載溴型炭吸附劑，同時還涉及該載溴型炭吸附劑的制備方法，及該載溴型炭吸附劑用于吸附分離煤層氣中CH₄/N₂方面的用途。

背景技術

煤層氣，俗稱煤礦瓦斯氣，主要成分為CH₄和N_2，是近幾十年在世界上迅速崛起的新型能源。煤層氣的開發利用具有能源、環保、煤礦安全等環境、經濟和社會多重效益。中國具有豐富的煤層氣資源，與常規天然氣相當，貯存量居世界第三，據有關礦區調研結果，我國煤礦區煤層中平均煤層氣含氣量為9.76m³/t，40%以上的礦區煤層氣含量大于10m³/t，煤層氣可采儲量達811.64億m³。

現今，對于煤層氣中CH₄/N₂的分離和富集，主要采用的變壓吸附濃縮技術（PSA）。變壓吸附應用于煤層氣中CH₄和N₂分離，具有能耗低、操作靈活方便、常溫下連續運行等優點。對于煤層氣，目前已開展小規模試驗還未進行工業化應用，開發出高分離系數的吸附劑，是提高變壓吸附技術提純低濃度煤層氣經濟效益的關鍵。

活性炭是廣泛使用的吸附劑，由于其具備發達的孔道結構和較大的比表面積，因而具有較好的吸附作用。但是對于煤層氣體系來說，CH₄分子和N₂分子動力學直徑接近，且在活性炭上的吸附機理類似。因此，使用活性炭作為分離富集煤層氣用吸附劑，存在CH₄/N₂選擇分離性差的缺點。Baksh等曾經使用浸漬蒸汽法對活性炭進行Br₂沉積和ICl沉積改性，可將活性炭CH₄/N₂分離系數提高至4，但由于其改性工藝周期較長且難以控制，造成活性炭孔道結構被破壞，總吸附量下降。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺點而提供的一種在不改變CH₄吸附量的同時，降低活性炭對N₂的吸附，從而提高活性炭對CH₄/N₂的分離系數的載溴型炭吸附劑。

本發明另一個目的在于提供了該載溴型炭吸附劑的制備方法。

本發明再一個目的在于提供該載溴型炭吸附劑用于吸附分離煤層氣中CH₄/N₂。

本發明的一種載溴型炭吸附劑，是一種抑制N₂吸附的表面氣相沉積溴基團的炭基多孔吸附材。

本發明的一種載溴型炭吸附劑的制備方法，包括如下步驟：

（1）將未經處理過的原始活性炭平鋪在瓷舟內，將瓷舟放入高溫管式爐爐膛溫控區；

（2）調節質量流量控制器獲得3-20ml/min的N₂，通過裝有液溴的溴蒸汽發生瓶吹出溴蒸汽，在溴蒸汽氣氛下對活性炭定點加熱至300℃，恒溫5小時；

（3）取出樣品，放置于通風櫥內，自然降溫且質量變化率小于0.5%/h時，得到溴蒸汽沉積活性炭產品。

其中：原始活性炭為比表面積800-1500m²/g、平均孔徑1-3nm的果殼型活性炭。

本發明的載溴型炭吸附劑應用于吸附分離煤層氣中CH₄/N₂的方法，包括如下步驟：

（1）將裝有一定量活性炭的吸附柱置于低溫恒溫水槽中，水浴溫度為25℃；

（2）調節質量流量器獲得流量為5mL/min的模擬煤層氣，持續通入吸附床層內；

（3）經吸附柱吸附后的尾氣通過氣相色譜進行連續在線監測；

（4）當尾氣中CH₄濃度達到原料氣的5%時，利用真空泵對吸附柱進行脫附處理處理，得到經活性炭分離富集后的產品氣。