专利名称：吸附储存甲烷的活性炭的制备方法
技术领域：
本发明属于一种活性炭的制备方法，具体涉及一种以石油焦或沥青焦为原料制备吸附储存甲烷的高比表面积活性炭的方法。
天然气作为一种资源丰富、低污染的代用汽车燃料，正日益受到汽车行业的普遍重视。然而与汽油相比，天然气的能量密度(每体积燃料的燃烧热)比较低，为了解决这一问题，人们研究出了压缩天然气(CNG)技术，并已经应用于汽车行业。但是由于高压(＞20MPa)所带来的安全和经济问题限制了其广泛的应用和发展。相比之下，吸附天然气技术(ANG)能在相对较低的压力下(3-4MPa)将天然气充入装有吸附剂的轻型容器内，利用吸附技术来储存天然气，从而有望在汽车行业的发展中得到应用。选择合适的具有高甲烷吸附容量以及吸脱附速度的吸附剂是吸附天然气技术走向实际大规模应用最关键的一步。在一般的吸附剂中，活性炭对甲烷的吸附容量最大(Parkyns ND，Quinn D F.Porosity in Carbons，ed.Patrick J W.Edward Arnold，London，1995，PP，302)，然而目前已商品化的普通粒状活性炭由于比表面积太低(1200m2/g左右)，孔分布太宽，在常温、3.4MPa下吸附储存甲烷的量只相当于20MPa下压缩储存甲烷量的二分之一(Quinn D F，Macdonald J A.Carbon，1992，30(7)1097。在常温3-4MPa下，甲烷的吸附主要是发生在微孔，并且随着活性炭比表面积的增大，对甲烷的吸附量也呈增大的趋势。用KOH活化法制得的高比表面积活性炭大多为粉末状，装填密度比较小，在常温3.5MPa下对甲烷的质量吸附量虽然较大，换算为标准状态下的体积吸附量为122V/V左右，相对较小，不能满足实际应用的要求。
本发明的目的在于提供一种甲烷体积吸附容量高的活性炭的制备方法。
本发明的制备方法包括如下步骤(1)将石油焦或沥青焦磨碎至180-40μm，干燥后与KOH(重量比)以1∶(1-6)的比例浸渍混合，然后于氮气保护下，在700-1000℃下活化0.5-2.0hr制得粉状的高比表面积活性炭；(2)将上述方法制得的粉状活性炭与粘结剂(重量比)按1∶(0.30-0.60)的比例混合均匀，在20-130℃、50-320MPa压力下压制成型，得到块状炭；(3)将块状活性炭在氮气的保护下以0.5-5.0℃/min的升温速率升至700-1000℃炭化处理0.5-2小时；
(4)将炭化后的块状炭，在700-1000℃下，用活化剂进行活化0.5-2.0小时，可制得成型的高比表面积活性炭。
所述的粘结剂是沥青、煤焦油、树脂。
所述的活化剂是水蒸气、二氧化碳。
本发明具有如下优点1.本发明制备的成型活性炭BET比表面积为1916-2700m2/g。
2.利用添加粘结剂的方法成型，提高了活性炭的装填密度，从而提高了活性炭对于甲烷的体积吸附量，在3.5MPa下对甲烷的体积吸附量可达到170V/V，5.5MPa下的甲烷体积吸附量可达到240V/V。
本发明的实施例如下对比例取40克石油焦，与160克KOH浸渍混合，在800℃下活化1.5hr，制得粉状高比表面积活性炭，这种粉状活性炭在26℃、3.5MPa下对于甲烷的质量吸附量为0.35g/g，换算为标准状态下的体积吸附量为122V/V；5.5MPa下对甲烷的体积吸附量为158V/V。
实施例1按对比例中的方法制得粉状高比面积活性炭；取此种粉状炭3克，加入1.9克中温沥青，在80℃，160MPa压力下压制成型，然后在氮气保护下于800℃炭化1小时，再于800℃下水蒸气活化1.5小时，制得高比表面积活性型炭，其BET比表面积为2308m2/g。此种型炭在26℃，3.5MPa下对于甲烷的体积吸附量为170V/V；5.5MPa下对于甲烷的体积吸附量为240V/V。
实施例2按对比例中的方法制得高比表面积粉状活性炭；取此种粉状炭3克，与1.8克中温沥青混合均匀，在80℃、160MPa压力下压制成型，然后在惰性气体保护下于800℃炭化1.0小时，再在800℃下二氧化碳活化1.0小时，制得高比表面积活性型炭，其BET比表面积为2053m2/g。此种型炭在26℃、3.5MPa下对于甲烷的吸附量为160V/V；5.5MPa下对于甲烷的体积吸附量为218V/V。
实施例3按对比例中的方法制得高比表面积粉状活性炭；取此种粉状活性炭2克，与3克煤焦油混合均匀，在25℃、100MPa压力下压制成型，然后在氮气保护下于800℃炭化1.0小时，再在900℃下水蒸气活化0.5hr，制得高比表面积型炭，其BET比表面积为2700m2/g。此种型炭在26℃、3.5MPa下对于甲烷的吸附量为146V/V；5.5MPa下对于甲烷的吸附量为202V/V。
实施例4按对比例中的方法制得高比表面积粉状活性炭；取此种粉状炭3克，与1.3克酚醛树脂混合均匀，在120℃、50MPa压下下压制成型。在氮气保护下于800℃炭化1.0小时，然后再于800℃下水蒸气活化1.0小时，得到高比表面积型炭，其BET比表面积为2200m2/g。此种型炭在26℃、3.5MPa下对甲烷的体积吸附量为148V/V；5.5MPa下对甲烷的体积吸附量为191V/V。
实施例5按对比例中的方法制得高比表面积粉状活性炭；取此种粉状炭3克，与1.9克中温沥青混合均匀，在83℃，320MPa压力下压制成型。在氮气保护下于800℃炭化1.0小时，然后再于800℃下水蒸气活化1.0小时，得到高比表面积型炭，其BET比表面积为2016m2/g。此种型炭在26℃、3.5MPa下对甲烷的体积吸附量为154V/V；5.5MP下以甲烷的体积吸附量为215V/V。
实施例6取30克沥青焦，与120克KOH浸渍混合，于800℃下活化1.5小时，制得粉状高比表面积活性炭；取此种粉状炭4克，加入中温沥青2.67克，在86℃、160MPa压力下压制成型，然后在惰性气体保护下于800℃炭化1小时，再于800℃水蒸气活化1.0小时，制得型炭，其BET比表面积为1916m2/g。此种型炭在26℃、3.5MPa下对甲烷的体积吸附量为142V/V；5.5MPa下对甲烷的体积吸附量为196V/V。
权利要求
1.一种吸附储存甲烷的活性炭的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)将石油焦或沥青焦磨碎至180-40μm，干燥后与KOH(重量比)以1∶(1-6)的比例浸渍混合，然后于氮气保护下，在700-1000℃下活化0.5-2.0hr制得粉状的高比表面积活性炭；(2)将上述方法制得的粉状活性炭与粘结剂(重量比)按1∶(0.30-0.60)的比例混合均匀，在20-130℃、50-320MPa压力下压制成型，得到块状炭；(3)将块状炭在氮气的保护下以0.5-5.0℃/min的升温速率升至700-1000℃炭化处理0.5-2小时；(4)将炭化后的块状炭，在700-1000℃下，用活化剂进行活化0.5-2.0小时，可制得成型的高比表面积活性炭。
2.如权利要求1所述的一种吸附储存甲烷的活性炭的制备方法，其特征在于所述的粘结剂是沥青、煤焦油、树脂。
3.如权利要求1所述的一种吸附储存甲烷的活性炭的制备方法，其特征在于所述的活化剂是水蒸气、二氧化碳。
全文摘要
一种吸附储存甲烷的活性炭的制备方法,该方法是以石油焦或沥青焦为原料,KOH为活化剂制得高比表面积粉状的活性炭,然后将粉状活性炭与粘结剂以1∶0.30—0.60的比例混合,在20—130℃、50—320MPa压力下压制成型,于700—1000℃炭化,再利用水蒸气或二氧化碳在700—1000℃下活化处理,制得成型高比表面积活性炭。该方法制得的型炭在26℃、3.5MPa下对于甲烷的体积吸附量达到140—170V/V,5.5MPa下对甲烷的体积吸附量为190—240V/V。该型炭具有制备方法简单,对甲烷体积吸附量大等优点,为将来大规模应用提供了良好的前景。
文档编号C01B31/12GK1258638SQ9812646
公开日2000年7月5日 申请日期1998年12月25日 优先权日1998年12月25日
发明者凌立成, 刘海燕, 刘朗, 吕春祥, 朱星明 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所