专利名称：一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法
技术领域：
本发明属于煤多联产技术领域，具体涉及一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法。
背景技术：
氢是一种理想的清洁能源，具有能量高、本身无毒、燃烧性能好、点燃快等特点。作为一种能量载体可满足发电、交通运输、居民与商业住宅以及工厂等的能源需求，具有广泛的应用前景，被公认为是解决环境污染问题的清洁燃料。活性炭是一种孔隙结构发达、比表面积高、吸附能力强的以含碳物质为前躯体的吸附材料，广泛应用于气体和液体的分离精制、污水净化、空气净化以及资源回收等方面。煤中含有碳、氢、氧等不同元素，其中碳元素可以作为碳材料活性炭的来源，从而减少了煤作为能源利用时二氧化碳的排放量；氢元素可以用来制取清洁能源氢气，从这个角度可以实现能源一环境一材料一体化，解决国际社会目前最关注的能源、环境等问题。因此，开发煤炭制炭材料联产制备氢气技术是必要且可行的。然而，目前所用的活化工艺下，活化处理过程中气体产物中氢气、甲烷等可燃组分的含量普遍较低。为提高煤活化过程中氢气、甲烷等可燃组分含量，添加合适的催化剂以控制活化过程中的反应方向，同时提高反应速率是一种有效的方法，然而，关于此类研究报道较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法。该方法采用金属氧化物为催化剂，通过机械研磨法与原料混合，采用水蒸汽活化法制备活性炭并联产氢气，催化剂成本低，工艺简单。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将金属氧化物干燥后与粒度为80目 120目的煤粉按I : 10 50的质量比混合后置于球磨机中进行球磨混合，得到混合物；所述金属氧化物为氧化铁、氧化镍、 氧化钙和氧化锰中的一种或几种；步骤二、将步骤一中所述混合物置于炭化炉内，在氮气保护下以5°C /min 15°C / min的升温速率将炉温升至750°C 950°C，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为750V 950°C的条件下进行活化，得到活化气体和固体物质；步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；步骤四、将步骤二中所述固体物质自然冷却至室温，然后用盐酸酸洗，最后将经盐酸酸洗后的固体物质用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤一中所述球磨机的转速为 IOOrpm 400rpm。上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤一中所述球磨的时间为 IOmin 60min。上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤二中所述氮气的通气速率为 5mT ,/mi η 25mL/min。上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤二中所述水蒸汽的流量为 1mT,/mi η 4mL/min。上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤二中所述活化的时间为 O. 5h 2h。上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤四中所述盐酸的浓度为 5mol/L。本发明与现有技术相比，具有以下优点I、本发明采用金属氧化物为催化剂，通过机械研磨法与原料混合，采用水蒸汽活化法制备活性炭并联产氢气，催化剂成本低，工艺简单。2、本发明所得氢气产量比不加催化剂提高了约4 9倍，二氧化碳产量为不加催化剂的1/10 1/5，活性炭的碘吸附量提高了 114mg/g 497mg/g，亚甲基蓝吸附量提高了 20mg/g 98mg/g。下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
具体实施例方式实施例I步骤一、将金属氧化物在温度为110°C的条件下干燥2h，将Ig干燥后的金属氧化物与IOg粒度为80目 120目的煤粉混合后置于球磨机中，在转速为IOOrpm的条件下球磨混合30min,得到混合物；所述金属氧化物为氧化铁；步骤二、将步骤一中所述混合物置于炭化炉内，在氮气保护下以10°C /min的升温速率将炉温升至800°C，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为800°C的条件下活化lh，得到活化气体和固体物质；所述氮气的通气速率为5mL/min ;所述水蒸汽的通入速率为 1mT,/mi η ；步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；步骤四、将步骤二中所述固体物质自然冷却至室温，然后用浓度为5mol/L的盐酸酸洗，最后将经盐酸酸洗后的固体物质用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。实施例2本实施例与实施例I相同，其中不同之处在于所述金属氧化物为氧化镍、氧化钙或氧化锰，或者为氧化铁、氧化镍、氧化钙和氧化锰中的至少两种。实施例3步骤一、将金属氧化物在温度为110°C的条件下干燥2h，将Ig干燥后的金属氧化物与30g粒度为80目 120目的煤粉混合后置于球磨机中，在转速为200rpm的条件下球磨混合IOmin,得到混合物；所述金属氧化物为氧化镍；步骤二、将步骤一中所述混合物置于炭化炉内，在氮气保护下以15°C /min的升温速率将炉温升至850°C，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为950°C的条件下活化O. 5h，得到活化气体和固体物质；所述氮气的通气速率为5mL/min ;所述水蒸汽的通入速率为3mL/min ；步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；步骤四、将步骤二中所述固体物质自然冷却至室温，然后用浓度为5mol/L的盐酸酸洗，最后将经盐酸酸洗后的固体物质用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。实施例4本实施例与实施例3相同，其中不同之处在于所述金属氧化物为氧化铁、氧化钙或氧化锰，或者为氧化铁、氧化镍、氧化钙和氧化锰中的至少两种。实施例5步骤一、将金属氧化物在温度为110°C的条件下干燥2h，将Ig干燥后的金属氧化物(O. Sg氧化铁和O. 2g氧化钙)与50g粒度为80目 120目的煤粉混合后置于球磨机中， 在转速为400rpm的条件下球磨混合40min,得到混合物；所述金属氧化物为氧化铁和氧化镍；步骤二、将步骤一中所述混合物置于炭化炉内，在氮气保护下以10°C /min的升温速率将炉温升至950°C，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为750°C的条件下活化2h，得到活化气体和固体物质；所述氮气的通气速率为25mL/min ;所述水蒸汽的通入速率为lmL/min ；步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；步骤四、将步骤二中所述固体物质自然冷却至室温，然后用浓度为5mol/L的盐酸酸洗，最后将经盐酸酸洗后的固体物质用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。实施例6本实施例与实施例5相同，其中不同之处在于所述金属氧化物为氧化铁、氧化镍、氧化钙和氧化锰中的一种、三种或四种，或者为氧化镍、氧化钙和氧化锰中的两种，或者为氧化铁和氧化钙，或者为氧化铁和氧化锰。实施例7步骤一、将金属氧化物在温度为110°C的条件下干燥2h，将Ig干燥后的金属氧化物(氧化铁、氧化镍、氧化钙和氧化锰各O. 25g)与15g粒度为80目 120目的煤粉混合后置于球磨机中，在转速为300rpm的条件下球磨混合60min，得到混合物；所述金属氧化物为氧化铁、氧化镍、氧化钙和氧化锰；步骤二、将步骤一中所述混合物置于炭化炉内，在氮气保护下以15°C /min的升温速率将炉温升至850°C，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为850°C的条件下活化I. 5h，得到活化气体和固体物质；所述氮气的通气速率为25mL/min ;所述水蒸汽的通入速率为2mL/min ；步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；步骤四、将步骤二中所述固体物质自然冷却至室温，然后用浓度为5mol/L的盐酸酸洗，最后将经盐酸酸洗后的固体物质用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。实施例8本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于所述金属氧化物为氧化铁、氧化镍、氧化钙和氧化锰中的一种、两种或三种。实施例9
步骤一、将金属氧化物在温度为110°C的条件下干燥2h，将Ig干燥后的金属氧化物(O. 5g氧化铁、O. 25g氧化钙和O. 25g氧化锰)与40g粒度为80目 120目的煤粉混合后置于球磨机中，在转速为200rpm的条件下球磨混合40min，得到混合物；所述金属氧化物为氧化铁、氧化钙和氧化锰；步骤二、将步骤一中所述混合物置于炭化炉内，在氮气保护下以5°C /min的升温速率将炉温升至750°C，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为800°C的条件下活化I. 5h，得到活化气体和固体物质；所述氮气的通气速率为20mL/min ;所述水蒸汽的通入速率为4mL/min ；步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；步骤四、将步骤二中所述固体物质自然冷却至室温，然后用浓度为5mol/L的盐酸酸洗，最后将经盐酸酸洗后的固体物质用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。实施例10本实施例与实施例9相同，其中不同之处在于所述金属氧化物为氧化铁、氧化镍、氧化钙和氧化锰中的一种、两种或四种，或者为氧化镍、氧化钙和氧化锰，或者为氧化铁、氧化镍和氧化钙，或者为氧化铁、氧化镍和氧化锰。对比例步骤一、将IOg粒度为80目 120目的煤粉置于球磨机中，在转速为200rpm的条件下球磨60min ；步骤二、将步骤一中经球磨后的煤粉置于炭化炉内，在氮气保护下以10°C /min的升温速率将炉温升至850°C，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为850°C的条件下活化2h，得到活化气体和固体物质；所述氮气的通气速率为10mL/min ;所述水蒸汽的通入速率为3mL/min ；步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；步骤四、将步骤二中所述固体物质自然冷却至室温，然后用浓度为5mol/L的盐酸酸洗，最后将经盐酸酸洗后的固体物质用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。对实施例I、实施例3、实施例5、实施例7和实施例9以及对比例制备的富氢气体用气相色谱进行分析，计算氢气的产量和产率，并采用GB/T7702. 7-2008方法测试制备的活性炭的碘吸附量和亚甲基蓝吸附量。表I活性炭和富氢气体的检测结果
权利要求
1.一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将金属氧化物干燥后与粒度为80目 120目的煤粉按I : 10 50的质量比混合后置于球磨机中进行球磨混合，得到混合物；所述金属氧化物为氧化铁、氧化镍、氧化钙和氧化锰中的一种或几种；步骤二、将步骤一中所述混合物置于炭化炉内，在氮气保护下以5°C /min 15°C /min 的升温速率将炉温升至750°C 950°C，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为 750V 950°C的条件下进行活化，得到活化气体和固体物质；步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；步骤四、将步骤二中所述固体物质自然冷却至室温，然后用盐酸酸洗，最后将经盐酸酸洗后的固体物质用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。
2.根据权利要求I所述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，其特征在于，步骤一中所述球磨机的转速为IOOrpm 400rpm。
3.根据权利要求I所述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，其特征在于，步骤一中所述球磨的时间为IOmin 60min。
4.根据权利要求I所述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，其特征在于，步骤二中所述氮气的通气速率为5mL/min 25mL/min。
5.根据权利要求I所述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，其特征在于，步骤二中所述水蒸汽的流量为lmL/min 4mL/min。
6.根据权利要求I所述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，其特征在于，步骤二中所述活化的时间为O. 5h 2h。
7.根据权利要求I所述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，其特征在于，步骤四中所述盐酸的浓度为5mol/L。
全文摘要
本发明公开了一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，该方法为一、将经干燥后的金属氧化物与煤粉混合后置于球磨机中进行球磨混合，得到混合物；二、将混合物置于炭化炉内，在氮气保护下将炉温升至750℃～950℃，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽进行活化，得到活化气体和固体物质；三、将活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；四、将固体物质自然冷却至室温，然后用盐酸酸洗，蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。本发明以金属氧化物为催化剂，与煤粉球磨混合，采用水蒸汽活化制备活性炭，同时获得高氢含量的气体燃料，具有催化剂成本低、工艺简单等优点。
文档编号C01B31/10GK102602928SQ20121007826
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者刘鹏, 周安宁, 李晶, 杨志远, 杨晓霞, 赵伟 申请人:西安科技大学