以焦粉为原料制备空分制氮用碳分子筛的研究

第33卷第2期黑龙江环境通报VoL 33 No. 22009年6月Heilongjiang Environmental JoumalJune 2009以焦粉为原料制备空分制氮用碳分子筛的研究宋春来(黑龙江科技学院资源与环境工程学院黑龙江哈尔滨15007)要:以焦粉为原料,煤焦油、环氧树脂为粘结剂,采取先浸渍再碳化的方法制备空分制魚用的碳分子筛( Carbonmolecular sieve,CMS)。实验结果表明:当用煤焦油与树脂为粘结剂,粘结剂的含量为20%,碳化温度为700℃,恒冮时间为30min,浸渍时间为30min时制备的碳分子筛的空分性能最佳,可使空气中的氣气含量达到90%。关键词:碳分子筛;变压吸附;空分制氮;焦粉中图分类号:TQ424.1文献标识码:A文章编号: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;碳分子筛(CMS)是一种非极性速度分离型吸厂),干燥箱(菏泽市石油化工学校仪器设备厂)附材料,广泛应用于吸附分离、净化和催化等领X射线衍射仪(北京大学),电子天平(上海精科天域,主要作为变压吸附(PSA)工艺的吸附剂口。平),马弗炉(山东省龙口市先科仪器公司),J国内外的学者关于CMS制备的原料的探索涉及--04型全自动氮吸附比表面仪(北京精微高博很广,由含碳植物或矿物到合成的高分子聚合物,科技开发中心),JW一BK孔腺分布仪(北京精微均可用来制造碳分子筛(l。关于用焦粉合成CMS高博科技开发中心),变压吸附装置(自行研制),的详细报导在国内外文献和专利中还没有。以焦氧化锆氧分析仪(天津大学)。粉为原料合成CMS,是一条焦粉增值和利用的新11.2空分制氮用碳分子筛的制备3途径。焦粉制备CMS具有较大的研究空间,本文实验原料煤粉先加入到鄂式破碎机中,进行对焦粉制备CMS的工艺进行了积极探索。粗破碎,再加入到电动式磨样机中,进行细破碎把己经磨好的煤粉通过160目的标准电动筛进行1实验部分筛分,收集160-200目煤粉即可。将焦粉按一定1.1空分制氮用碳分子筛的制备的比例与粘结剂混合,均匀搅拌,适时加压成型。1.1.1实验仪器及材料将挤压成型后的样品放入苯、苯乙烯、煤焦油及一实验材料:依兰煤矿煤矸石;定的碳化物的溶液中浸渍,边浸渍边搅拌,浸渍时实验仪器:电热恒温水浴槽(余姚市检测仪表间为1530、45min,取出碳化物料,装入反应釜放收稿日期:2009-03-01第一作者简介:宋春来(199-),男,黑龙江人,助教,硕士。现从事煤基材料综合利用方面的研究及煤化工教学试验研究·入马弗炉中进行碳化即得碳分子筛。将样品装入4×103Pa,气体流速为37.5Nml/min,用氣化锆氧反应釜,并放入马弗炉中炭化,控制一定的升温速分析仪测量其中的氧含量的变化()。率、碳化温度和炭化恒温时间。炭化完成后待物品降至室温后取出。2结果和讨论1.2碳分子筛空分制氮2.1粘结剂含量的确定用电子分析天平称取一定质量的碳分子筛,将粘结剂含量分别为15、20的碳分子筛进行将称量后的碳分子筛放入变压吸附装置中,吸附空分制氮其中吸附时间为1h,压力为04MPa,柱长为50cm,内径12mm,柱内可装约8000g左测得结果如表1所示。右的碳分子筛。吸附温度为25℃,压力为表1不同粘结剂含量下碳分子筛的吸附量碳化温度浸渍时间粘结剂含量恒温时间质量吸附前氧吸附后氧吸附量种类含量/%含量/%20.010.91.0984700S+M8.50470.8577表中,S-环氧树脂2.2粘结剂种类的确定M一煤焦油粘结剂种类和配比对碳分子筛制备过程和产S+M-煤焦油与环氧树脂按比例1:1品性能有显著影响。本文以焦粉为原料,以煤焦配制而成的混合物油、环氧树脂以及它们的混合物为粘结剂和调孔从表中可以看出随着粘结剂含量的增加碳分剂,制备了用于空分制氮的碳分子筛。考察了粘子筛的空分性能增加,当煤焦油的含量为20%时结剂种类和配比对碳分子筛空分性能的影响。空碳分子筛的空分性能达到最大值,继续增加煤焦分制氮的实验条件为:吸附压力0.4MPa,吸附时油的含量当含量达到25%由于粘度过大导致挤压间为1h。实验结果如表2所示。不成功。表2不同粘结剂种类下碳分子筛的吸附量碳化温度漫渍时间粘结剂含量恒温时间质量吸附前氧吸附后氧吸附量种类%含量/%含量/%mol/ kg0.510.91.09840.5M8.31490.77097000.514.90.6762从表中可以看出:和采用单种粘结剂相比,采成的混合物,粘结剂的含量为20%,浸渍时间为用混合粘结剂所得产品碳分子筛的空分性能有较30min,恒温时间为30min,将在不同碳化温度下大提高,N2含量达90.1%,而且,产品的强度和外制的碳分子筛进行空分制氦。空分制氮的实验条观都较好。件为:吸附压力04MPa,吸附时间为1h。实验结2.3碳化温度的确定果如表3所示。固定粘结剂的种类为煤焦油与树脂按1:1配·试验研究·表3不同碳化温度下碳分子筛的吸附量温度浸渍时间粘结剂含量恒温时间质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从表中可以看出当碳分子筛的碳化温度为30min,碳化温度为℃,将在不同恒温时间下制的700℃时碳分子筛的空分性能最好。碳分子筛进行空分制氮。空分制氮的实验条件24恒温时间的确定为:吸附压力04MPa,吸附时间为1h。实验结果固定粘结剂的种类为煤焦油与树脂按1:1配如表4所示。成的混合物,粘结剂的含量为20%,浸渍时间为表4不同恒温时间下碳分子筛的吸附量碳化温度浸渍时间粘结剂含量恒温时间质量吸附前氧吸附后氧吸附量种类含量/%合量/%700300008.305420.010.9L.09848.379515.9S+M7.663820.013.l0.4405从表中可以看出当碳分子筛的恒温时间为成的混合物,粘结剂的含量为20%,碳化温度为30min时碳分子筛的空分性能达到最佳。700℃,将在不同漫渍时间下制的碳分子筛进行2.5浸渍时间的确定空分制氮。空分制氮的实验条件为:吸附压力固定粘结剂的种类为煤焦油与树脂按1:1配0.4MPa,吸附时间为1h实验结果如表5所示。表5不同浸渍时间下碳分子筛的吸附量碳化温度浸渍时间粘结剂含量怛温时间质量吸附前氧吸附后氧吸附量种类%g含量/%含量/%mol/kgS+M8.30548.634920.010.81.06295S+M8.834720.013.7从表中可以看出当碳分子筛的浸渍时间为30空气中的氮气含量达到90%。min时碳分子筛的空分性能达到最佳,且通过各自的吸附量可以看出在实验范围内浸渍时间对产参考文献品的空分性能的影响较小。〔1〕李薇陈学云李清彪PAS炭分子筛制氮技术的应用和发展.化工设计通讯,2000,12(6):47-5l3结论〔2〕曾来,刘克万,事敏,鲜学福.气体分高用碳分子筛吸附以焦粉为原料,用煤焦油与树脂为粘结剂,粘剂的制备研究进展,碳素技术.2007,26(3):36-38〔3〕徐绍平,郭树才碳分子筛制备技术·煤碳转化结剂的含量为20%,碳化温度为700℃,恒温时间995,18(3):44-46为30mim,浸渍时间为30min时,采取先浸渍再碳(4]柳书林,变压吸附空分制氮用碳分子筛的制备研究化的方法可以制备空分制氮用的碳分子筛,可使大连理工硕士论文.2006:5-10