用核桃殼製造空分富氮用炭分子篩的製作方法
2024-02-28 18:03:15 1
專利名稱：用核桃殼製造空分富氮用炭分子篩的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種利用核桃殼製造空氣富氮用炭分子篩的方法。
現有的炭分子篩生產技術一般有三個基本步驟含碳材料粉碎、加粘結劑成型;成型物在惰性氧氣下炭化;炭化物部分氣化或/和碳沉積調孔。德國的BF公司(Bergbau-ForschungGmbH)被公認為掌握有製造炭分子篩的關鍵技術(technicalknow-how)。其工藝方法為煙煤粉碎，在流化床中氧化，添加粘結劑成型，成型物在惰性氣氛下在轉爐中炭化，炭化物通過烴裂解在其孔口碳沉積堵孔，最後得到空分富氮用炭分子篩(H.Juntgen，K.Knoblauch，andH.Harder，Fuel，60，817(1981))。上述方法中的流化床氧化和烴裂解碳沉積過程條件苛刻。當採用高揮發份原料時，由於成型物在炭化過程中脫除大量揮發物，使得產品炭分子篩結構鬆散、強度差，不能滿足空分富氮要求。
本發明的目的是提供一種以特定的含碳材料即高揮發份的核桃殼為原料，採用簡單的工藝流程，即在N2氣保護下將核桃殼置於轉爐中一次炭化，將一次炭化物粉碎，加高溫煤焦油和適量水為粘結劑，捏和、擠條成型，成型物乾燥後，置於轉爐中在N2氣保護下二次炭化，製造空分富氮性能好、強度高的炭分子篩的方法。
實現本發明的手段是兩步炭化法。其基本構思基於(1)得到具有適於空分富氮孔隙結構的炭分子篩將高揮發份的核桃殼一次炭化，部分脫除揮發份，形成孔隙結構發達但不均一的一次炭化物。一次炭化物中部分不利於空分富氮的大孔結構在隨後的粉碎過程中被破壞。一次炭化物粉碎後添加粘結劑成型，成型物二次炭化。在二次炭化過程中，一次炭化物繼續脫除揮發份發展新的孔結構;粘結劑焦油脫除揮發份形成孔結構;焦油揮發物在脫出過程中裂解積碳調節孔結構。在上述各因素綜合作用下，產品炭分子篩具有適宜於空氣富氮的孔隙結構。(2)得到高強度的炭分子篩高揮發份的原料核桃殼若直接粉碎成型炭化，則因有大量揮發份脫除，產品炭分子篩結構鬆散、強度差。採用兩步炭化法，一次炭化預脫除部分揮發份，減少了成型物在二次炭化中的揮發物脫除量。同時一次炭化物的芳香縮合度高於原料核桃殼，改善了與粘結劑焦油的結合，易成型、粘結劑用量少，產品炭分子篩強度高。
實施本發明的具體方法是在N2氣保護下，將核桃殼(其幹基揮發份65-80%，幹基灰份＜5%)置於轉爐中炭化，炭化溫度300-1000℃，升溫速度5-15℃/min、恆溫時間30-60min。一次炭化物粉碎至小於160-200目，添加20-35wt%高溫煤焦油和0-5wt%水為粘結劑，捏和、擠條成型，成型物在80-100℃下乾燥1-3h，然後在N2氣保護下置於轉爐中二次炭化，炭化溫度600-1000℃，升溫速度5-15℃/min，恆溫時間30-90min，冷卻後得到炭分子篩。
本發明以高揮發份的核桃殼為原料，通過簡單易行的兩次炭化，製得空分富氮性能好、強度高的炭分子篩。該發明投資小，是綜合利於核桃殼資源的好方法，經濟效益和社會效益顯著。
本發明的實施例如下1.將核桃殼(幹基揮發份75.7%，幹基灰份1.3%)置於轉爐內，在N2氣保護下以10℃/min的升溫速度加熱至640℃，恆溫40min，冷卻至室溫得到一次炭化物。將一次炭化物粉碎至小於160目，加入33wt%高溫煤焦油，捏和，擠條成型。成型物在80℃下乾燥1h後，置於轉爐中在N2氣保護下二次炭化，升溫速度10℃/min，炭化終溫900℃，恆溫時間30min。冷卻後得到炭分子篩產品。其空分富氮性能為96.6vol% N2。空分測試條件如下吸附柱內徑20mm，長600mm。脫附壓力8kpa，脫附時間3min，吸附壓力0.4MPa，吸附時間1min，吸附溫度25℃。富N2氣體流量40cm3/min。
2.核桃殼一次炭化溫度為790℃。其他條件同實施例1。產品炭分子篩空分富氮性能為96.9vol% N2。
3.核桃殼一次炭化溫度為900℃。其他條件同實施例1。產品炭分子篩的空分富氮性能為98.2vol% N2。
權利要求
1.一種利用核桃殼製造空分富氮用炭分子篩的方法，即在N2氣保護下將核桃殼置於轉爐中一次炭化，將一次炭化物粉碎，加高溫煤焦油和適量水為粘結劑，捏和、擠條成型，成型物乾燥後，置於轉爐中在N2氣保護下二次炭化，其特徵在於(1).所述的核桃殼的幹基揮發份為65-80%，幹基灰份小於5%。(2).所述的核桃殼在轉爐中一次炭化的條件為炭化溫度300-1000℃，升溫速度5-15℃/min，恆溫時間30-60min，N2氣保護。(3).所述的一次炭化物粉碎至小於160-200目。(4).所述的高溫煤焦油和水的重量配比為高溫煤焦油20-35%，水0-5%。(5).所述的成型物乾燥條件為80-100℃，1-3h。(6).所述的成型物在轉爐中二次炭化的條件為炭化溫度600-1000℃，升溫速度5-15℃/min，恆溫時間30-90min，N2氣保護。
全文摘要
本發明提供了一種簡單實用的製造高性能空分富氮用炭分子篩的方法，即在惰性氣氛下將核桃殼置於轉爐中一次炭化，一次炭化物粉碎，加入高溫煤焦油和少量水為粘結劑，捏和、擠條成型，成型物乾燥後，在惰性氣氛下置於轉爐中二次炭化，冷卻後得到空分富氮性能好、強度高的條形炭分子篩。此產品用於變壓吸附空分制氮過程。
文檔編號B01J20/20GK1087029SQ92113349
公開日1994年5月25日 申請日期1992年11月17日 優先權日1992年11月17日
發明者徐紹平, 郭樹才 申請人:大連理工大學