以焦粉為原料制備空分制氮用碳分子篩的研究

第33卷第2期黑龍江環(huán)境通報VoL 33 No. 22009年6月Heilongjiang Environmental JoumalJune 2009以焦粉為原料制備空分制氮用碳分子篩的研究宋春來(lái)(黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院黑龍江哈爾濱15007)要:以焦粉為原料,煤焦油、環(huán)氧樹(shù)脂為粘結劑,采取先浸漬再碳化的方法制備空分制魚(yú)用的碳分子篩( Carbonmolecular sieve,CMS)。實(shí)驗結果表明:當用煤焦油與樹(shù)脂為粘結劑,粘結劑的含量為20%,碳化溫度為700℃,恒冮時(shí)間為30min,浸漬時(shí)間為30min時(shí)制備的碳分子篩的空分性能最佳,可使空氣中的氣氣含量達到90%。關(guān)鍵詞:碳分子篩;變壓吸附;空分制氮;焦粉中圖分類(lèi)號:TQ424.1文獻標識碼:A文章編號:1674-263X(200)02-0045-03Study on the preparation of carbon molecular sieve made with coke fines applied in air-nitrogenSONG Chun- Lai( Institute of Resource and Environment Engineering Heilongjiang Institute of Science andTechnology, Harbin 150027)Abstract: The carbon molecular sieve was prepared with coke powder; eppoxy resin acompound binder. Taking charring before dipping as method of their pretreatment to prepare the Carbon molecu-lar sieve, the results showed that: When using coal tar and resin as binder, the binder content is 20%, thecarbonation temperature is 700 C, thermostats time is for 30 min, dipping time is for 30 min, carbon molec-ular sieve for the air separation is the best, the nitrogen content in the air can reach to 90 percent.Key words: carbon molecular sieve; pressure swing adsorption;碳分子篩(CMS)是一種非極性速度分離型吸廠(chǎng)),干燥箱(菏澤市石油化工學(xué)校儀器設備廠(chǎng))附材料,廣泛應用于吸附分離、凈化和催化等領(lǐng)X射線(xiàn)衍射儀(北京大學(xué)),電子天平(上海精科天域,主要作為變壓吸附(PSA)工藝的吸附劑口。平),馬弗爐(山東省龍口市先科儀器公司),J國內外的學(xué)者關(guān)于CMS制備的原料的探索涉及--04型全自動(dòng)氮吸附比表面儀(北京精微高博很廣,由含碳植物或礦物到合成的高分子聚合物,科技開(kāi)發(fā)中心),JW一BK孔腺分布儀(北京精微均可用來(lái)制造碳分子篩(l。關(guān)于用焦粉合成CMS高博科技開(kāi)發(fā)中心),變壓吸附裝置(自行研制),的詳細報導在國內外文獻和專(zhuān)利中還沒(méi)有。以焦氧化鋯氧分析儀(天津大學(xué))。粉為原料合成CMS,是一條焦粉增值和利用的新11.2空分制氮用碳分子篩的制備3途徑。焦粉制備CMS具有較大的研究空間,本文實(shí)驗原料煤粉先加入到鄂式破碎機中,進(jìn)行對焦粉制備CMS的工藝進(jìn)行了積極探索。粗破碎,再加入到電動(dòng)式磨樣機中,進(jìn)行細破碎把己經(jīng)磨好的煤粉通過(guò)160目的標準電動(dòng)篩進(jìn)行1實(shí)驗部分篩分,收集160-200目煤粉即可。將焦粉按一定1.1空分制氮用碳分子篩的制備的比例與粘結劑混合,均勻攪拌,適時(shí)加壓成型。1.1.1實(shí)驗儀器及材料將擠壓成型后的樣品放入苯、苯乙烯、煤焦油及一實(shí)驗材料:依蘭煤礦煤矸石;定的碳化物的溶液中浸漬,邊浸漬邊攪拌,浸漬時(shí)實(shí)驗儀器:電熱恒溫水浴槽(余姚市檢測儀表間為1530、45min,取出碳化物料,裝入反應釜放收稿日期:2009-03-01第一作者簡(jiǎn)介:宋春來(lái)(199-),男,黑龍江人,助教,碩士?，F從事煤基材料綜合利用方面的研究及煤化工教學(xué)試驗研究·入馬弗爐中進(jìn)行碳化即得碳分子篩。將樣品裝入4×103Pa,氣體流速為37.5Nml/min,用氣化鋯氧反應釜,并放入馬弗爐中炭化,控制一定的升溫速分析儀測量其中的氧含量的變化()。率、碳化溫度和炭化恒溫時(shí)間。炭化完成后待物品降至室溫后取出。2結果和討論1.2碳分子篩空分制氮2.1粘結劑含量的確定用電子分析天平稱(chēng)取一定質(zhì)量的碳分子篩,將粘結劑含量分別為15、20的碳分子篩進(jìn)行將稱(chēng)量后的碳分子篩放入變壓吸附裝置中,吸附空分制氮其中吸附時(shí)間為1h,壓力為04MPa,柱長(cháng)為50cm,內徑12mm,柱內可裝約8000g左測得結果如表1所示。右的碳分子篩。吸附溫度為25℃,壓力為表1不同粘結劑含量下碳分子篩的吸附量碳化溫度浸漬時(shí)間粘結劑含量恒溫時(shí)間質(zhì)量吸附前氧吸附后氧吸附量種類(lèi)含量/%含量/%20.010.91.0984700S+M8.50470.8577表中,S-環(huán)氧樹(shù)脂2.2粘結劑種類(lèi)的確定M一煤焦油粘結劑種類(lèi)和配比對碳分子篩制備過(guò)程和產(chǎn)S+M-煤焦油與環(huán)氧樹(shù)脂按比例1:1品性能有顯著(zhù)影響。本文以焦粉為原料,以煤焦配制而成的混合物油、環(huán)氧樹(shù)脂以及它們的混合物為粘結劑和調孔從表中可以看出隨著(zhù)粘結劑含量的增加碳分劑,制備了用于空分制氮的碳分子篩?？疾炝苏匙雍Y的空分性能增加,當煤焦油的含量為20%時(shí)結劑種類(lèi)和配比對碳分子篩空分性能的影響?？仗挤肿雍Y的空分性能達到最大值,繼續增加煤焦分制氮的實(shí)驗條件為:吸附壓力0.4MPa,吸附時(shí)油的含量當含量達到25%由于粘度過(guò)大導致擠壓間為1h。實(shí)驗結果如表2所示。不成功。表2不同粘結劑種類(lèi)下碳分子篩的吸附量碳化溫度漫漬時(shí)間粘結劑含量恒溫時(shí)間質(zhì)量吸附前氧吸附后氧吸附量種類(lèi)%含量/%含量/%mol/ kg0.510.91.09840.5M8.31490.77097000.514.90.6762從表中可以看出:和采用單種粘結劑相比,采成的混合物,粘結劑的含量為20%,浸漬時(shí)間為用混合粘結劑所得產(chǎn)品碳分子篩的空分性能有較30min,恒溫時(shí)間為30min,將在不同碳化溫度下大提高,N2含量達90.1%,而且,產(chǎn)品的強度和外制的碳分子篩進(jìn)行空分制氦?？辗种频膶?shí)驗條觀(guān)都較好。件為:吸附壓力04MPa,吸附時(shí)間為1h。實(shí)驗結2.3碳化溫度的確定果如表3所示。固定粘結劑的種類(lèi)為煤焦油與樹(shù)脂按1:1配·試驗研究·表3不同碳化溫度下碳分子篩的吸附量溫度浸漬時(shí)間粘結劑含量恒溫時(shí)間質(zhì)量吸附前氧吸附后氧吸附量n含量/%含量/%mol/kgS+M0008.305420.01.09848.2321140.71640.4405從表中可以看出當碳分子篩的碳化溫度為30min,碳化溫度為℃,將在不同恒溫時(shí)間下制的700℃時(shí)碳分子篩的空分性能最好。碳分子篩進(jìn)行空分制氮?？辗种频膶?shí)驗條件24恒溫時(shí)間的確定為:吸附壓力04MPa,吸附時(shí)間為1h。實(shí)驗結果固定粘結劑的種類(lèi)為煤焦油與樹(shù)脂按1:1配如表4所示。成的混合物,粘結劑的含量為20%,浸漬時(shí)間為表4不同恒溫時(shí)間下碳分子篩的吸附量碳化溫度浸漬時(shí)間粘結劑含量恒溫時(shí)間質(zhì)量吸附前氧吸附后氧吸附量種類(lèi)含量/%合量/%700300008.305420.010.9L.09848.379515.9S+M7.663820.013.l0.4405從表中可以看出當碳分子篩的恒溫時(shí)間為成的混合物,粘結劑的含量為20%,碳化溫度為30min時(shí)碳分子篩的空分性能達到最佳。700℃,將在不同漫漬時(shí)間下制的碳分子篩進(jìn)行2.5浸漬時(shí)間的確定空分制氮?？辗种频膶?shí)驗條件為:吸附壓力固定粘結劑的種類(lèi)為煤焦油與樹(shù)脂按1:1配0.4MPa,吸附時(shí)間為1h實(shí)驗結果如表5所示。表5不同浸漬時(shí)間下碳分子篩的吸附量碳化溫度浸漬時(shí)間粘結劑含量怛溫時(shí)間質(zhì)量吸附前氧吸附后氧吸附量種類(lèi)%g含量/%含量/%mol/kgS+M8.30548.634920.010.81.06295S+M8.834720.013.7從表中可以看出當碳分子篩的浸漬時(shí)間為30空氣中的氮氣含量達到90%。min時(shí)碳分子篩的空分性能達到最佳,且通過(guò)各自的吸附量可以看出在實(shí)驗范圍內浸漬時(shí)間對產(chǎn)參考文獻品的空分性能的影響較小?！?〕李薇陳學(xué)云李清彪PAS炭分子篩制氮技術(shù)的應用和發(fā)展.化工設計通訊,2000,12(6):47-5l3結論〔2〕曾來(lái),劉克萬(wàn),事敏,鮮學(xué)福.氣體分高用碳分子篩吸附以焦粉為原料,用煤焦油與樹(shù)脂為粘結劑,粘劑的制備研究進(jìn)展,碳素技術(shù).2007,26(3):36-38〔3〕徐紹平,郭樹(shù)才碳分子篩制備技術(shù)·煤碳轉化結劑的含量為20%,碳化溫度為700℃,恒溫時(shí)間995,18(3):44-46為30mim,浸漬時(shí)間為30min時(shí),采取先浸漬再碳(4]柳書(shū)林,變壓吸附空分制氮用碳分子篩的制備研究化的方法可以制備空分制氮用的碳分子篩,可使大連理工碩士論文.2006:5-10