本發(fā)明涉及氣體分離純化，具體涉及一種用于對煤層氣進(jìn)行吸附、提純和富集的煤基碳質(zhì)吸附劑、該煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法以及使用該煤基碳質(zhì)吸附劑來富集煤層氣的使用方法。

背景技術(shù)：

1、吸附分離是基于吸附劑對不同組分的吸附能力的差異，通過改變壓力或溫度，選擇性地分離其中的特定組分以達(dá)到分離混合氣體并純化單組分氣體的目的。吸附分離法具有吸附劑再生容易、能耗較低和工藝操作簡便且易達(dá)到高分離系數(shù)的優(yōu)點，是一種高效率、低能耗的分離方法。吸附劑的選擇和吸附劑的性能對分離過程的效率至關(guān)重要。根據(jù)吸附劑再生方式劃分，對應(yīng)的循環(huán)吸附過程主要是變溫吸附(tsa)、變壓吸附(psa)、真空吸附(vsa)、惰性氣體凈化循環(huán)等。開發(fā)高效吸附劑是吸附分離技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提，對高效吸附劑的深入設(shè)計和研究，有利于進(jìn)一步優(yōu)化工藝路線，從而開發(fā)出更具競爭力的吸附分離技術(shù)。

2、煤層氣是一種儲存于地下煤層中的非常規(guī)天然氣，其主要成分為ch4。近年來，以低濃煤層氣(抽放煤層氣)、低飽和度天然氣和頁巖氣為代表的非常規(guī)天然氣快速發(fā)展引起了世界的關(guān)注，這些非常規(guī)天然氣可以作為天然氣的有效補(bǔ)充，有效地緩解了我國天然氣的對外依存度。但是，在天然氣開采過程中會混入大量氮氣等雜質(zhì)氣體，其中co2、n2的存在會明顯降低ch4的燃燒效率。因此，實現(xiàn)低濃度煤層氣中甲烷的有效富集尤為重要。

3、目前應(yīng)用較多的碳材料吸附劑基本上是采用生物質(zhì)材料制成。如cn?116116389?a提供了一種選擇性吸附分離低碳烴的碳基吸附材料的制備方法，以殼聚糖為原料通過水熱反應(yīng)和高溫碳化反應(yīng)制得一種超微孔碳材料吸附劑。該碳基吸附材料可以滿足乙烯/乙烷和丙烯/丙烷的高選擇性篩分分離要求，但并未滿足非常規(guī)天然氣中的ch4/n2分離要求。

4、再如cn?112830490a提供了一種吸附co2的碳材料吸附劑。其以水溶性的維生素?zé)熕岷腿~酸為碳源，在惰性氣體下高溫碳化后得到未活化的維生素質(zhì)碳材料，用堿性溶液浸泡未活化的維生素質(zhì)碳材料，再次在600℃-800℃下活化1-3h，得到了具有高co2吸附量的碳材料吸附劑并將其應(yīng)用于co2吸附中的應(yīng)用領(lǐng)域。

5、現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于對煤層氣進(jìn)行提純富集的吸附劑較少，本發(fā)明試圖提供一種用于對煤層氣進(jìn)行吸附、提純和富集的煤基碳質(zhì)吸附劑、該煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法以及使用該煤基碳質(zhì)吸附劑來富集煤層氣的使用方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明試圖提供一種用于對煤層氣進(jìn)行吸附、提純和富集的煤基碳質(zhì)吸附劑、該煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法以及使用該煤基碳質(zhì)吸附劑來富集煤層氣的使用方法。

2、本發(fā)明第一方面提供一種用于富集煤層氣的煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法，包括：

3、1)將煤與一定濃度的氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液混合，然后將混合液在60℃-80℃的溫度條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后靜置，冷卻至室溫，利用稀鹽酸對其進(jìn)行ph調(diào)整；將產(chǎn)物干燥得到煤基碳質(zhì)吸附劑的前驅(qū)體；

4、2)將所述前驅(qū)體轉(zhuǎn)移至管式爐中，在惰性氣氛下于600℃-800℃的高溫條件下進(jìn)行碳化，碳化結(jié)束后降溫冷卻至室溫，取出固體材料，經(jīng)酸洗、過濾、干燥后得到所述煤基碳質(zhì)吸附劑。

5、進(jìn)一步，步驟1)中，所述煤包括褐煤、長焰煤及風(fēng)化煤。

6、進(jìn)一步，步驟1)中，所述一定濃度的氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液的濃度為0.5-1mol/l。

7、進(jìn)一步，氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液的用量與煤的液固比范圍為20-30ml/g。

8、進(jìn)一步，步驟1)中，所述ph調(diào)整至9-10。

9、本發(fā)明第二方面提供一種煤基碳質(zhì)吸附劑，所述煤基碳質(zhì)吸附劑通過使用如第一方面所述的制備方法制得。

10、本發(fā)明第三方面提供一種富集煤層氣的方法，通過使用如第二方面所述的煤基碳質(zhì)吸附劑采用吸附法來對煤層氣進(jìn)行富集。

11、進(jìn)一步，使用所述煤基碳質(zhì)吸附劑采用吸附法進(jìn)行煤層氣中ch4/n2混合氣的分離，吸附條件為0℃-30℃，壓力為0.1mpa-1mpa。

12、本發(fā)明試圖提供一種用于對煤層氣進(jìn)行吸附、提純和富集的煤基碳質(zhì)吸附劑、該煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法以及使用該煤基碳質(zhì)吸附劑來富集煤層氣的使用方法。

13、相對于現(xiàn)有的吸附材料及現(xiàn)有材料的制備方法，本發(fā)明提供的煤基碳質(zhì)吸附劑具有如下的優(yōu)點。

14、(1)本發(fā)明的方法采用低階煤為原料通過堿溶法萃取出腐植酸，并將其作為碳材料前驅(qū)體制備出煤基吸附劑，與其他煤基碳材料吸附劑利用氫氧化鉀進(jìn)行化學(xué)活化的制備工藝相比，在制備過程中無需化學(xué)活化劑，產(chǎn)品分離性能優(yōu)異。本發(fā)明的吸附材料的制備方法，相對于現(xiàn)有的吸附材料及制備方法而言，還具有原料廉價易得、制備過程簡單、制備工藝綠色環(huán)保、產(chǎn)品產(chǎn)率高等優(yōu)點。

15、(2)本發(fā)明的方法制備的煤基碳質(zhì)吸附劑，相對于金屬有機(jī)框架(mofs)以及分子篩等其他吸附劑，具有制備原料來源廣泛，產(chǎn)品孔隙發(fā)達(dá)且穩(wěn)定性高等優(yōu)點，并且能夠在實現(xiàn)甲烷富集的同時拓寬低階煤的利用渠道，提高了低階煤的經(jīng)濟(jì)利用效益，擴(kuò)展了利用渠道。

16、(3)本發(fā)明的方法制備的煤基碳質(zhì)吸附劑，相對于其他同種碳吸附材料，所需的活化堿用量大幅降低，制備過程更加綠色環(huán)保，產(chǎn)品具有較高的吸附選擇性和優(yōu)異的吸附選擇性能。

技術(shù)特征：

1.一種用于富集煤層氣的煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的用于富集煤層氣的煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述煤包括褐煤、長焰煤及風(fēng)化煤。

3.如權(quán)利要求1所述的用于富集煤層氣的煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述一定濃度的氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液的濃度為0.5-1mol/l。

4.如權(quán)利要求1所述的用于富集煤層氣的煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法，其特征在于，氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液的用量與煤的液固比范圍為20-30ml/g。

5.如權(quán)利要求1所述的用于富集煤層氣的煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述ph調(diào)整至9-10。

6.一種煤基碳質(zhì)吸附劑，其特征在于，所述煤基碳質(zhì)吸附劑通過使用如權(quán)利要求1-5中任一項所述的制備方法制得。

7.一種富集煤層氣的方法，其特征在于，通過使用如權(quán)利要求6所述的煤基碳質(zhì)吸附劑采用吸附法來對煤層氣進(jìn)行富集。

8.如權(quán)利要求7所述的富集煤層氣的方法，其特征在于，使用所述煤基碳質(zhì)吸附劑采用吸附法進(jìn)行煤層氣中ch4/n2混合氣的分離，吸附條件為0℃-30℃，壓力為0.1mpa-1mpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明試圖提供一種用于對煤層氣進(jìn)行吸附、提純和富集的煤基碳質(zhì)吸附劑、該煤基碳質(zhì)吸附劑的制備方法以及使用該煤基碳質(zhì)吸附劑來富集煤層氣的使用方法。制備方法包括：將煤與一定濃度的氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液混合，然后將混合液在60℃?80℃的溫度條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后靜置，冷卻至室溫，利用稀鹽酸對其進(jìn)行pH調(diào)整；將產(chǎn)物干燥得到煤基碳質(zhì)吸附劑的前驅(qū)體；將所述前驅(qū)體轉(zhuǎn)移至管式爐中，在惰性氣氛下于600℃?800℃的高溫條件下進(jìn)行碳化，碳化結(jié)束后降溫冷卻至室溫，取出固體材料，經(jīng)酸洗、過濾、干燥后得到所述煤基碳質(zhì)吸附劑。本發(fā)明所得煤基碳質(zhì)吸附劑具有較高的吸附容量和優(yōu)異的吸附選擇性能。

技術(shù)研發(fā)人員：劉晉芳,郝志軍,金曉宇,申芳芳,喬旭,張建新,荀文杰,楊江峰,王玉高
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司煉焦煤清潔利用實驗室分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30