用果壳(核)制造空分制氮用炭分子筛制造技术

本发明专利技术提供了一种简单实用的制造高性能空分制氮用炭分子筛的方法，即在氮气保护下将果壳（核）置于转炉中一次炭化，将一次炭化物粉碎，加粘结剂捏和、挤条成型，成型物干燥后置于转炉中在氮气保护下二次炭化。该工艺方法可选用各种果壳（核）如杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳、山楂核等为原料，选取煤焦油沥青、柏油、茶油、蒽油、聚乙烯醇、亚硫酸盐纸浆废液等为粘结剂、所制造的炭分子筛空分制氮性能好，强度高。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种利用果壳或果核制造空分制氮用炭分子筛的方法。现有的炭分子筛生产技术一般有三个步骤含碳材料粉碎、加粘结剂成型；成型物在惰性气氛下炭化；炭化物部分气化或/和碳沉积调孔。德国的BF公司(Bergbau-Forschung GmbH)被公认为掌握有制造炭分子筛的关键技术。其工艺方法为烟煤粉碎，在流化床中氧化，添加粘结剂成型，成型物在惰性气氛下在转炉中炭化，炭化物通过烃裂解在其孔中碳沉积堵孔，最后得到空分制氮用炭分子筛(H.Juntgen，K.Knoblauch，and H.Harder，Fuel，60，817(1981))。上述方法中的流化床氧化和烃裂解碳沉积过程条件苛刻，当采用高挥发份原料时，由于成型物在炭化过程中脱除大量挥发物，使得产品炭分子筛结构松散，强度差，不能满足空分制氮要求。中国专利申请(92113349.9)提出以特定的含碳材料即高挥发份的核桃壳为原料，采用简单工艺流程，制造空分制氮性能好、强度高的炭分子筛的方法。但此专利仅探讨了以核桃壳为原料，以高温煤焦油和水为粘结剂的工艺方法，应用面较窄，不能满足生产要求。本专利技术的目的是提出多种特定含碳材料即高挥发份物为原料，采用简单工艺流程，可选择多种粘合剂，制造空分制氮性能好、强度高的炭分子筛的方法。本专利技术的技术方案是在氮气保护下将果壳(核)置于转炉中一次炭化，将一次炭化物粉碎，加粘结剂捏和，挤条成型，成型物干燥后，置于转炉中在氮气保护下二次炭化，冷却后得到炭分子筛，本专利技术的特征是所述的果壳(核)包括杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳、山楂核，其干基挥发份为65～80％，干基灰份小于5％；所述的粘结剂可以是下列物质或者它们的混和物煤焦油、煤焦油沥青、石油沥青、柏油、萘油、蒽油、洗油、酚醛树酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉、醋酸纤维素、磺酸木质素、腐植酸、亚硫酸盐纸浆废液、羧甲基纤维素、水，粘结剂的重量配比为20～50％。实施本专利技术的具体方法是在氮气保护下，将果壳(核)置于转炉中炭化，炭化温度为300～1000℃，升温速率为3～25℃/分钟，恒温时间为15～90分钟，将一次炭化物粉碎至小于100～200目，添加20～50％的粘结剂，捏和、挤条成型，成型物在80～100℃下干燥0.5～3小时，再以氮气保护，置于转炉中二次炭化，炭化温度为500～1000℃，升温速率每分钟3～20℃，恒温时间15～90分钟，冷却后得到炭分子筛。本专利技术的基本构思是，所采用的果壳(核)种类多，其干基挥发分高；所采用的粘结剂不仅仅是将一次炭化物颗粒粘结成具有一定形状和强度的产品，更重要的是通过二次炭化过程中粘结剂自身、不同粘结剂成份之间以及粘结剂与含碳基质之间的热化学反应改善一次炭化物的孔隙结构，得到孔容大，孔径均一，空分制氮性能好的炭分子筛，这也就是所谓的孔调变的作用。特定粘结剂在二次炭化过程中，通过与含碳基质的相互作用，改变其炭化行为，通过自身成孔，挥发物或裂解产物在含碳基质大孔孔口的碳沉积，改善样品的孔径分布。粘结剂选择和二次炭化条件确定所依据的原则是使碳沉积过程发生在大孔孔口，以保证在不减小样品吸附容量的前提下提高其吸附选择性即分子筛的作用。本专利技术以多种高挥发份果壳(核)为原料，选择不同的粘合剂，经两次炭化，得到空分性能好，机械强度高的炭分子筛。本专利技术的最佳实施方式如下1.将杏核壳(干基挥发份26.6wt％，干基灰份1.5)置于转炉内，在氮气保护下以10℃/min.的升温速率加热至800℃，恒温30分钟，冷却至室温得到一次炭化物。将一次炭化物粉碎至小于160目，加入28.0wt％高温煤焦油粘结剂，捏和、挤条成型，成型物在90℃下干燥2h后置于转炉中在氮气保护下二次炭化，升温速率10℃/min，炭化终温800℃，恒温时间30分钟，冷却至室温得到炭分子筛产品。其空分富氮性能为98.8vol％ N2。空分测试是在单柱固定床上模拟变压吸附条件进行的，测试条件如下吸附柱内径20nm.长500mm。脱附压力8KPa，脱附时间2分钟，吸附压力0.4MPa，吸附柱流出富氮气体中氮气浓度最高点的氮气浓度作为吸附剂空分富氮性能指标。2.杏核壳二次炭化温度700℃，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮能力为99.0 vol％ N2。3.杏核壳一次炭化温度800℃，二次炭化温度700℃，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮能力为99.0 vol％ N2。4.粘结剂为35％亚硫酸盐纸浆废液，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮能力为98.7 vol％ N2。5.粘结剂为5wt％聚乙烯醇和30wt％水的混合物，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮能力为99.2 vol％ N2。6.粘结剂为4wt％聚乙烯醇，15wt％高温煤焦油和25wt％水的混合物，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮能力为99.4 vol％ N2。7.粘结剂为5wt％聚乙二醇，20wt％高温煤焦和15wt％水的混合物，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮能力为99.0 vol％ N2。8.粘结剂为2wt％煤焦油沥青，15wt％高温煤焦油和20wt％水的混合物，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮能力为98.9 vol％ N2。9.粘结剂为90wt％高温煤焦油和20wt％亚硫酸盐纸浆废液的混合物，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮能力为99.0 vol％ N2。10.粘结剂为2wt％磺酸木质素，15wt％高温煤焦油和20wt％水。其他条件同实施例3。产品炭分子筛的空分富氮能力为98.9 vol％ N2。11.粘结剂为20wt％高温煤焦油和10wt％酚醛树酯的混合物，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮性能力为99.1 vol％ N2。12.原料为核桃壳，粘结剂同实施例5，其他条件同实施例1。产品炭分子筛的空分富氮能力为99.2％ vol％ N2。13.原料为核桃壳，其他条件同实施例4。产品炭分子筛空分富氮能力为98.8％ vol％ N2。14.原料为核桃壳，其他条件同实施例6。产品炭分子筛空分富氮能力为99.1 vol％ N2。15.原料为山枣核，其他条件同实施例1。产品炭分子筛空分富氮能力为98.5 vol％ N2。16.原料为山枣核，其他条件同实施例6。产品炭分子筛空分富氮能力为98.0 vol％ N2。权利要求1.一种利用果壳(核)制造空分制氮用炭分子筛的方法，即在氮气保护下将果壳(核)置于转炉中一次炭化，将一次炭化物粉碎，加粘结剂捏和、挤条成型，成型物干燥后置于转炉中在氮气保护下二次炭化，冷却后得到炭分子筛，其特征是(1)所述的果壳(核)包括杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳，山楂核，其干基挥发份为65～80％，干基灰份小于5％；(2)所述的粘结剂可以是下列物质或者它们的混和物煤焦油、煤焦油沥青、石油沥青、柏油、萘油、蒽油、洗油、酚醛树酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉、醋酸纤维素、磺酸木质素、腐植酸、亚硫酸盐纸浆废液、羧甲基纤维素、水，粘结剂的重量配比为20～50％。全文摘要本专利技术提供了一种简单实用的制造高性能空分制氮用炭分子筛的方法，即在氮气保护下将果壳(核)置于转炉中一次炭化，将一次炭化物粉碎，加粘结剂捏和、挤条成型，成型物干燥后置于转炉中在氮气保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用果壳（核）制造空分制氮用炭分子筛的方法，即在氮气保护下将果壳（核）置于转炉中一次炭化，将一次炭化物粉碎，加粘结剂捏和、挤条成型，成型物干燥后置于转炉中在氮气保护下二次炭化，冷却后得到炭分子筛，其特征是：（１）所述的果壳（核）包括 杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳，山楂核，其干基挥发份为６５～８０％，干基灰份小于５％；（２）所述的粘结剂可以是下列物质或者它们的混和物：煤焦油、煤焦油沥青、石油沥青、柏油、萘油、蒽油、洗油、酚醛树酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉、醋酸纤维素 、磺酸木质素、腐植酸、亚硫酸盐纸浆废液、羧甲基纤维素、水，粘结剂的重量配比为２０～５０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐绍平，郭树才，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]