一種脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法，將含炭原料處理后灰分達(dá)到3wt％以下，磨粉后添加粘結(jié)劑和調(diào)孔劑，經(jīng)捏合成型、炭化和活化制得活性炭吸附劑。所得活性炭吸附劑BET法比表面積為1200～1600m2/g。Cranston-Inkley法測得活性炭吸附劑孔徑在1.0～2.8nm范圍內(nèi)的細(xì)孔體積大于或等于0.6mL/g，總孔體積大于等于0.8mL/g，機(jī)械強(qiáng)度≥95％。本發(fā)明產(chǎn)品具有優(yōu)異的吸附性能，重質(zhì)烴吸附能力遠(yuǎn)高于普通活性炭，吸附量≥32wt％，可反復(fù)再生使用。
【專利說明】一種脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及活性炭吸附劑的制造方法。具體地涉及一種脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前世界對于環(huán)境問題和資源多樣化的對策中，在能源領(lǐng)域?qū)ψ鳛槭吞娲咸烊粴獾氖褂贸掷m(xù)增加。
[0003]作為以天然氣作為原料生產(chǎn)合成氣(GTL)，通過費(fèi)-托(FT)合成反應(yīng)(CO加H2合成氣在催化劑上合成烴類)，制造以直鏈狀的烴為主體的合成油的工序中，合成反應(yīng)生成的烴的碳數(shù)并非一定，生成各種聚合度(η數(shù))的烴。為實(shí)現(xiàn)作為FT出口氣燃料的有效利用，一般使用活性炭將FT出口氣中含有的碳數(shù)5以上的重質(zhì)烴在供給燃燒器前除去，以保證裝置長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004]由于活性炭吸附劑具有優(yōu)良的吸附能力，在許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著煤化工、天然氣合成工業(yè)的發(fā)展，活性炭的使用量逐步增加。當(dāng)前用于脫除重?zé)N的活性炭，多為普通煤質(zhì)或果殼活性炭產(chǎn)品，吸附C5以上的重質(zhì)烴能力不強(qiáng)，吸附量在16%左右。
[0005]近年來，隨著天然氣合成工藝的優(yōu)化，重?zé)N吸附裝置呈現(xiàn)小型化趨勢，為了適應(yīng)這種需求，吸附材料的細(xì)孔最優(yōu)化、單位體積性能的提高是必要的?；谶@種觀點(diǎn)，普通活性炭因所需細(xì)孔總?cè)莘e不足而無效孔過多并不能滿足這樣的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法，該方法制得的活性炭吸附劑具有較高機(jī)械強(qiáng)度和高的耐磨損性，含有大量適于吸附重?zé)N，特別是C5以上重?zé)N的細(xì)孔。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法，將含炭原料處理后灰分達(dá)到3wt%以下，磨粉后添加粘結(jié)劑、水和調(diào)孔劑，經(jīng)捏合成型、炭化和活化制得活性炭吸附劑；
[0009]其中，所述的含炭原料為非粘結(jié)性煤或者無煙煤，固定碳含量> 70% ；
[0010]其中，所述的粘結(jié)劑為煤焦油和煤浙青的混合物，煤焦油和煤浙青的含量占含炭原料的比例分別為20~3(^丨％和4~10wt%，分別優(yōu)選23~28?丨％和4~8wt%，分別最優(yōu)選25~26wt%和4~8wt% ；
[0011]其中，水的加入量為含炭原料的5~10wt%,優(yōu)選6wt% ；
[0012] 其中，所述的調(diào)孔劑為二甲苯、聚乙二醇和二甲基二胺中的任意一種或幾種的組合，調(diào)孔劑的含量占含炭原料比例為3~15wt%,優(yōu)選4~12wt%,最優(yōu)選5~10wt%。
[0013]其中，將含炭原料處理后灰分達(dá)到3wt%以下，所述的處理方法為:將灰分含量為7wt%以下(優(yōu)選5wt%以下)的含炭原料經(jīng)重介洗選處理使得灰分達(dá)到3wt%以下；或者將灰分含量為7wt%以下(優(yōu)選5wt%以下)的含炭原料破碎成小于8mm顆粒經(jīng)稀鹽酸或稀硝酸洗滌再水洗使灰分達(dá)到3wt%以下。
[0014]其中，磨粉至粒徑小于等于200目。
[0015]其中，所述的炭化，其條件是將成型的產(chǎn)品置于炭化爐中炭化，炭化溫度450~6500C，優(yōu)選500~600°C，最優(yōu)選530~580°C，炭化時(shí)間為50~90min，優(yōu)選50~80min，最優(yōu)選60~70min。
[0016]其中，所述的活化，其條件是將炭化后的產(chǎn)品置于活化爐中活化，高溫水蒸氣作活化劑，活化溫度800~950°C，優(yōu)選850~950°C，最優(yōu)選880~920°C，活化時(shí)間為3~8h，優(yōu)選3.5~6.5h,最優(yōu)選4~6h。
[0017]按照上述的脫除重?zé)N的專用活性炭的制備方法制備得到的活性炭吸附劑也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0018]其中，本發(fā)明方法制備得到的活性炭吸附劑，BET法比表面積為1200~1600m2/g，通過Cranston-1nkley計(jì)算活性炭孔徑在1.0~2.8nm范圍內(nèi)的細(xì)孔體積大于或等于
0.6mL/g,總孔體積大于等于0.8mL/g,所述的活性炭吸附劑充填密度大于或等于0.48g/mL，機(jī)械強(qiáng)度≥95%。
[0019]其中，本發(fā)明方法制備得到的所述的活性炭吸附劑為粒狀。 [0020]上述活性炭吸附劑在吸附重?zé)N中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0021]上述活性炭吸附劑在溶劑回收或脫色中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0022]活性炭吸附劑的吸附作用是在孔隙中進(jìn)行，能被吸附的物質(zhì)其分子直徑要小于吸附劑孔徑；吸附理論認(rèn)為，當(dāng)吸附劑孔隙直徑達(dá)到吸附質(zhì)分子平均直徑1.7倍時(shí)，對吸附質(zhì)的吸附量最佳，因此活性炭吸附劑的孔隙結(jié)構(gòu)和孔容分布狀況決定了活性炭的選擇吸附能力。
[0023]活性炭的炭、活化過程較為復(fù)雜，隨著活化的深入，微孔逐漸連續(xù)形成和發(fā)展，時(shí)間延長微孔孔徑不斷擴(kuò)大，同時(shí)也有新的較小微孔生成，最終的產(chǎn)品活性炭大、中、微孔富集，對選擇性吸附應(yīng)用來說，所需的有效吸附孔容量比例降低，無用孔容所占較多，致吸附能力不足。本發(fā)明活性炭吸附劑由于制造過程加入了煤焦油和煤浙青粘結(jié)劑，產(chǎn)品強(qiáng)度較好，以二甲苯、聚乙二醇、二甲基二胺作調(diào)孔劑，在炭化和活化過程由于受熱揮發(fā)和分解的作用，使孔隙的形成快速地向所需要結(jié)構(gòu)方向集中發(fā)展，形成大量細(xì)孔，產(chǎn)品收率提高。
[0024]本發(fā)明的活性炭吸附劑吸附性能優(yōu)異，重質(zhì)烴吸附能力遠(yuǎn)高于普通活性炭，吸附量> 32wt%，可反復(fù)再生使用，同時(shí)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，在工業(yè)應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)裝置小型化。
【具體實(shí)施方式】
[0025]根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]將重介洗選處理后灰分小于3%的無煙煤1000g破碎至小于8mm顆粒,于球磨機(jī)中磨粉至200目通過95%以上，放入捏合機(jī)中，加入250g煤焦油、60g煤浙青和60g水，再加入50g的聚乙二醇,混合攪拌50min,于擠條機(jī)中壓制成Φ4.0mm顆粒，晾干后置于炭化爐中升溫至550°C下炭化60min,將炭化料于活化爐中在920°C下活化5hr。
[0028]實(shí)施例2:
[0029]將重介洗選處理后灰分小于3%的無煙煤1000g破碎至小于8mm顆粒,于球磨機(jī)中磨粉至200目通過95%以上，放入捏合機(jī)中，加入250g煤焦油、60g煤浙青和60g水，再加入30g的聚乙二醇和70g 二甲基二胺,混合攪拌70min,于擠條機(jī)中壓制成Φ4.0mm顆粒，晾干后置于炭化爐中升溫至560°C下炭化70min，將炭化料于活化爐中在880°C下活化4.5h。
[0030]實(shí)施例3:
[0031]將重介洗選處理后灰分小于3%的非粘結(jié)性煙煤1000g破碎至小于8mm顆粒，于球磨機(jī)中磨粉至200目通過95%以上，放入捏合機(jī)中，加入200g煤焦油、80g煤浙青和60g水，再加入100g的聚乙二醇,混合攪拌50min,于擠條機(jī)中壓制成Φ4.0mm顆粒，晾干后置于炭化爐中升溫至530°C下炭化90min,將炭化料于活化爐中在900°C下活化5.5h。
[0032]實(shí)施例4:
[0033]將重介洗選處理后灰分小于3%的無煙煤及非粘結(jié)性煙煤各500g破碎至小于8mm顆粒，于球磨機(jī)中磨粉至200目通過95%以上，放入捏合機(jī)中，加入280g煤焦油、40g煤浙青和60g水,再加入40g的聚乙二醇和20g 二甲苯,混合攪拌50min,于擠條機(jī)中壓制成Φ4.0mm顆粒，晾干后置于炭化爐中升溫至550°C下炭化90min,將炭化料于活化爐中在900°C下活化5h。
[0034]實(shí)施例5:
[0035]將重介洗選處理后灰分小于3%的非粘結(jié)性煙煤1000g破碎至小于8mm顆粒，于球磨機(jī)中磨粉至200目通過95%以上，放入捏合機(jī)中，加入250g煤焦油、50g煤浙青和60g水，再加入70g的聚乙二醇,混合攪拌50min,于擠條機(jī)中壓制成Φ4.0mm顆粒，晾干后置于炭化爐中至68011C下炭化60min,將炭化料于活化爐中在880O下活化6h。
[0036]實(shí)施例6:
[0037]實(shí)施例所得活性炭吸附劑的性能測試:比表面積采用BET法，孔徑分布采用Cranston-1nkley法，強(qiáng)度采用GB/T12496.6-1999 ;重?zé)N吸附能力測定以CO2氣體作載氣，C5和C8烴各占?xì)饬髁磕柗謹(jǐn)?shù)的30%，于試驗(yàn)吸附裝置中進(jìn)行。
[0038]用本發(fā)明方法制備的活性炭吸附劑主要物理性能和重?zé)N吸附性能如下表所示。
【權(quán)利要求】
1.一種脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法，其特征在于，將含炭原料處理后灰分達(dá)到3wt%以下，磨粉后添加粘結(jié)劑、水和調(diào)孔劑，經(jīng)捏合成型、炭化和活化制得活性炭吸附劑； 其中，所述的含炭原料為非粘結(jié)性煤或者無煙煤，固定碳含量> 70% ； 其中，所述的粘結(jié)劑為煤焦油和煤浙青的混合物，煤焦油和煤浙青的含量占含炭原料的比例分別為20~3(^七％和5~IOwt % ； 其中，水的加入量為含炭原料的5~IOwt% ； 其中，所述的調(diào)孔劑為二甲苯、聚乙二醇和二甲基二胺中的任意一種或幾種的組合，調(diào)孔劑的含量占含炭原料比例為3~15wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除重?zé)N的專用活性炭的制備方法，其特征在于，將含炭原料處理后灰分達(dá)到3wt%以下，所述的處理方法為:將灰分含量為7wt%以下的含炭原料經(jīng)重介洗選處理使得灰分達(dá)到3wt%以下；或者將灰分含量為7wt%以下的含炭原料破碎成小于8_顆粒經(jīng)稀鹽酸或稀硝酸洗滌再水洗使灰分達(dá)到3wt%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法，其特征在于，磨粉至粒徑小于等于200目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法，其特征在于，所述的炭化，其條件 是將成型的產(chǎn)品置于炭化爐中炭化，炭化溫度450~650°C，炭化時(shí)間為50 ~90mino
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法，其特征在于，所述的活化，其條件是將炭化后的產(chǎn)品置于活化爐中活化，高溫水蒸氣作活化劑，活化溫度800~950°C，活化時(shí)間為3~8h。
6.權(quán)利要求1~5所述的脫除重?zé)N的專用活性炭吸附劑的制備方法制備得到的活性炭吸附劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活性炭吸附劑，其特征在于，所述的活性炭吸附劑，BET法比表面積為1200~1600m2/g,通過Cranston-1nkley計(jì)算活性炭吸附劑孔徑在1.0~2.8nm范圍內(nèi)的細(xì)孔體積大于或等于0.6mL/g,總孔體積大于等于0.8mL/g,所述的活性炭吸附劑充填密度大于或等于0.48g/mL，機(jī)械強(qiáng)度≥95%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活性炭吸附劑，其特征在于，所述的活性炭吸附劑為粒狀。
9.權(quán)利要求6所述的活性炭吸附劑在吸附重?zé)N中的應(yīng)用。
10.權(quán)利要求6所述的活性炭吸附劑在溶劑回收或脫色中的應(yīng)用。
【文檔編號】C01B31/10GK103979535SQ201410244499
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】荀波, 李建中 申請人:南京正森環(huán)?？萍加邢薰?br>