一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法
2023-07-17 16:11:11
一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，矽酸鈉或矽酸鉀水合物與蒸餾水按質量比1:2進行混合，滴入適量鹽酸並攪拌，保溫靜置形成溶膠後再滴入鹽酸，再加入無水乙醇和尿素後攪拌、靜置、過濾、洗滌、乾燥，最後焙燒得到具有均勻微孔的吸附劑。用本發明的方法獲得的吸附劑介孔二氧化矽，其孔徑集中分布30～50nm的均勻孔徑，吸附劑中孔面積達80％。在用作淨化頁巖氣吸附劑中，實現了吸附劑的高性能、大容量、可再生、長壽命。
【專利說明】一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於吸附劑製備領域，具體是一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法。
【背景技術】
[0002]頁巖氣是由泥頁巖連續生成的生物化學成因氣、熱成因氣或兩者的混合，在頁巖系統(作為儲集巖)中以吸附、游離或溶解方式儲存的天然氣，屬於非常規天然氣資源。頁巖氣主要成分是甲燒，含有少量的乙燒、丙燒和丁燒，此外一般還含有二氧化碳、硫化氫、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。
[0003]目前頁巖氣淨化處理中主要採用變壓吸附(PSA)法。變壓吸附法工藝流程簡單、能耗低且無腐蝕和汙染、自動化程度高，但是由於變壓吸附中的分子篩很容易中毒，失去活性，造成整個設備停止工作，另外還會造成原氣中較大的甲烷損耗。
[0004]介孔材料具有極高的比表面積、規則有序的孔道結構、狹窄的孔徑分布、孔徑大小連續可調等特點，使得它在很多微孔沸石分子篩難以完成的大分子的吸附中發揮作用。隨著科學技術的發展，介孔二氧化矽作為一種有序介孔材料，同傳統的微孔吸附劑相比，對氬氣、氮氣、揮發性烴等有較高的吸附能力，在溫度為20% -80%範圍內，具有可迅速脫附的特性，可重複利用的優點使其具有很好的環保經濟效益。許多場合需要從某些氣體中脫除二氧化碳及其他酸性氣體，如頁巖氣純化、工業廢氣處理、空氣淨化等等，由於成本低、易操作等優點，固體吸附劑為首選。在淨化頁巖氣過程中，介孔二氧化矽吸附劑的性能的好壞是這項技術應用成功與否的關鍵因素之一，氣體分離淨化的效果取決於二氧化矽吸附劑的介孔是否形成均一且可調的孔徑、穩定的骨架結構、具有一定壁厚且易於摻雜的無定型骨架組成和比表面積大且可修飾的內表面。因此，在製備介孔二氧化矽吸附劑研宄，應注重控制孔尺寸和形狀。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，應用該方法製備的吸附劑介孔二氧化矽，介孔能形成均一且可調的孔徑、穩定的骨架結構，具有一定壁厚，易於摻雜的無定型骨架組成，比表面積大且可修飾的內表面，吸附劑的高性能、大容量、可再生、長壽命。
[0006]本發明以如下技術方案解決上述技術問題:
[0007]一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，其工藝步驟為:
[0008](I)將矽酸鈉水合物或矽酸鉀水合物與蒸餾水按質量比1:2進行混合，配製成質量比20%的矽酸鈉或矽酸鉀水溶液；
[0009](2)在0°C?2°C條件下，向步驟⑴所得溶液滴入質量濃度為50%的鹽酸，邊滴定邊攪拌直至pH值為2?3 ;
[0010](3)將步驟⑵所得的溶膠狀物質置於20°C?25°C環境中靜置I小時；
[0011](4)向步驟(3)所得溶膠狀物質滴加質量濃度50%的鹽酸直至pH值為0.6?
1.0 ；
[0012](5)在步驟(4)所得溶膠狀物質中，加入質量為溶膠狀物質質量20%的無水乙醇和質量為溶膠狀物質質量8 — 10%的尿素；攪拌均勻後靜置4h?5h ;
[0013](6)將步驟(5)所得物質過濾、洗滌、乾燥；
[0014](7)將步驟(6)所得乾燥物在500 °C?550°C焙燒5h即得所述吸附劑。
[0015]所述步驟(2)中攪拌時以同一方向進行勻速攪拌。
[0016]所述步驟(5)中攪拌速率為120r/min?150r/min，攪拌時間約5min。
[0017]所述步驟(6)中乾燥為先在80°C環境下進行乾燥2h?3h，然後在100°C下進行真空乾燥1.5h，最後在160°C下真空乾燥5h。
[0018]所述步驟(7)中，焙燒期間不允許急速升溫或降溫。
[0019]本發明的優點在於:
[0020]用本發明的方法獲得的吸附劑介孔二氧化矽，其形貌為球狀，孔徑均勻，孔徑集中分布在30?50nm，吸附劑中孔面積達80 %，具有吸收容量大、孔粒分布均勻、使用壽命長、可再生、機械強度高的優點，在用作淨化頁巖氣的吸附劑中，實現了吸附劑的高性能、大容量、可再生、長壽命。
【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例對本發明【具體實施方式】作進一步的說明，但不構成對本發明保護範圍的限制。
[0022]實施例1:
[0023]一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，其工藝步驟為:
[0024](I)將矽酸鉀水合物與蒸餾水按質量比1:2進行混合，配製成質量比20%的矽酸鉀水溶液；
[0025](2)在0°C條件下，向矽酸鉀水溶液滴入質量濃度為50%的鹽酸；滴入過程中，按順時針方向進行勻速攪拌；滴定過程中用PH測試儀進行測試，當pH = 2時結束滴定；
[0026](3)滴定完畢後，將形成的溶膠狀物質放入保溫箱，靜置I小時左右，溫度維持在20 0C ；
[0027](4)向靜置後的溶膠狀物質滴加質量濃度50%的鹽酸，用pH測試儀進行測試，當pH = 0.8時，停止滴加鹽酸；
[0028](5)在上述所得的溶膠狀物質中，加入質量為溶膠狀物質質量20%的無水乙醇和質量為溶膠狀物質質量8%的尿素；混合均勻後快速攪拌，攪拌速率約120r/min，攪拌時間約5min ;攪拌完畢後靜置4.5h ；
[0029](6)將靜置物進行過濾、洗滌，之後在80°C環境下進行乾燥，時間為2.5h ;隨後在100°C下進行真空乾燥1.5h，最後在160°C下真空乾燥5h ；
[0030](7)將步驟(6)所得乾燥物進行焙燒，焙燒溫度500°C，不允許急速升溫或降溫，焙燒時間約5h，獲得有序性良好的介孔二氧化矽，孔徑分布均勻，其大小約為4.4 μπι。
[0031]實施例2:
[0032]一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，其工藝步驟為:
[0033](I)將矽酸鈉水合物與蒸餾水按質量比1:2進行混合，配製成20%的矽酸鈉水溶液；
[0034](2)在1°C條件下，向矽酸鈉水溶液滴入質量濃度為50%的鹽酸；滴入過程中，按順時針方向進行勻速攪拌；滴定過程中用PH測試儀進行測試，當pH = 3時結束滴定；
[0035](3)滴定完畢後，將形成的溶膠狀物質放入保溫箱，靜置I小時左右，溫度維持在
230C ；
[0036](4)向靜置後的溶膠狀物質滴加質量濃度50%的鹽酸，用pH測試儀進行測試，當pH = 0.6時，停止滴加鹽酸。
[0037](5)在上述所得的溶膠狀物質中，加入質量為溶膠狀物質質量20%的無水乙醇和質量為溶膠狀物質質量9%的尿素；混合均勻後快速攪拌，攪拌速率約140r/min，攪拌時間約5min ;攪拌完畢後靜置4h ；
[0038](6)將靜置物進行過濾、洗滌，之後在80°C環境下進行乾燥，時間為2h ;隨後在100°C下進行真空乾燥1.5h，最後在160°C下真空乾燥5h ；
[0039](7)步驟(6)所得乾燥物進行焙燒，溫度550°C，不允許急速升溫或降溫，焙燒時間5h，獲得有序性良好的介孔二氧化矽，孔徑分布均勻，其大小約為4.2 μ m。
[0040]實施例3:
[0041]一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，其工藝步驟為:
[0042](I)將矽酸鈉水合物與蒸餾水按質量比1:2進行混合，配製成質量比20%的矽酸鈉水溶液；配製成質量比20%的矽酸鉀水溶液；
[0043](2)在2°C條件下，向矽酸鈉水溶液滴入質量濃度為50%的鹽酸；滴入過程中，按順時針方向進行勻速攪拌；滴定過程中用PH測試儀進行測試，當pH = 2.5時結束滴定；
[0044](3)滴定完畢後，將形成的溶膠狀物質放入保溫箱，靜置I小時左右，溫度維持在20 0C ；
[0045](4)向靜置後的溶膠狀物質滴加質量濃度50%的鹽酸，用pH測試儀進行測試，當PH= 1.0時，停止滴加鹽酸。
[0046](5)在上述所得的溶膠狀物質中，加入質量為溶膠狀物質質量20%的無水乙醇和質量為溶膠狀物質質量10%的尿素；混合均勻後快速攪拌，攪拌速率約120r/min，攪拌時間約5min ;攪拌完畢後靜置4.5h ；
[0047](6)將靜置物進行過濾、洗滌，之後在80°C環境下進行乾燥，時間為2.5h ;隨後在100°C下進行真空乾燥1.5h，最後在160°C下真空乾燥5h ；
[0048](7)將步驟(6)所得乾燥物進行焙燒，溫度525°C，不允許急速升溫或降溫，焙燒時間5h，獲得有序性良好的介孔二氧化矽，孔徑分布均勻，其大小約為4.0 μπι。
【權利要求】
1.一種變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，其工藝步驟為: (1)將矽酸鈉水合物或矽酸鉀水合物與蒸餾水按質量比1:2進行混合，配製成質量比20%的矽酸鈉或矽酸鉀水溶液； (2)在0°C?2°C條件下，向步驟(I)所得溶液滴入質量濃度為50%的鹽酸，邊滴定邊攪拌直至pH值為2?3 ; (3)將步驟(2)所得的溶膠狀物質置於20°C?25°C環境中靜置I小時； (4)向步驟(3)所得溶膠狀物質滴加質量濃度50%的鹽酸直至pH值為0.6?1.0 ; (5)在步驟(4)所得溶膠狀物質中，加入質量為溶膠狀物質質量20%的無水乙醇和質量為溶膠狀物質質量8 — 10%的尿素；攪拌均勻後靜置4h?5h ; (6)將步驟(5)所得物質過濾、洗滌、乾燥； (7)將步驟(6)所得乾燥物在500°C?550°C焙燒5h即得所述吸附劑。
2.如權利要求1所述的變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，其特徵是，所述步驟(2)中攪拌時以同一方向進行勻速攪拌。
3.如權利要求1所述的變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，其特徵是，所述步驟(5)中攬拌速率為120r/min?150r/min，攬拌時間約5min。
4.如權利要求1所述的變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，其特徵是，所述步驟(6)中乾燥為先在80°C環境下進行乾燥2h?3h，然後在100°C下進行真空乾燥1.5h，最後在160°C下真空乾燥5h。
5.如權利要求1所述的變壓吸附淨化頁巖氣用吸附劑的製備方法，其特徵是，所述步驟(7)中，焙燒期間不允許急速升溫或降溫。
【文檔編號】B01J20/10GK104475013SQ201410794528
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】莫宇飛, 李勝, 盧朝霞 申請人:廣西大學