煤层气中甲烷/氮气分离用椰壳活性炭的制备

张进华^1,2,3,4，曲思建^2,3,4，李兰廷^2,3,4，王鹏^2,3,4，李雪飞^2,3,4，李艳芳^2,3,4，李小亮^2,3,4

1. 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院2. 煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院3. 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室4. 煤基节能环保炭材料北京市重点实验室

摘 要：为解决变压吸附法提纯煤层气中甲烷遇到的吸附剂难题,以我国海南产椰壳炭化料为原料,采用二次炭化-水蒸气物理活化工艺制备生物质基活性炭,采用高压电子天平测量了298 K、0～1. 0 MPa下CH₄/N₂在制备得椰壳活性炭上的吸附等温线,利用比表面积和孔径吸附仪测量了活性炭的孔径结构,详细研究了活化工艺参数对CH₄/N₂吸附分离性能及孔隙结构的影响。通过变压吸附装置检验了最佳工艺参数条件下制备椰壳活性炭的CH₄提浓效果。研究结果表明,随着活化温度的提高,平衡分离系数逐步减小,吸附容量逐步增加,最佳活化温度为850℃;平衡分离系数和饱和吸附容量均随水蒸气流量的增加呈先增加后减小的趋势,最佳水蒸气流量为2.0 kg/h;平衡分离系数随活化时间延长先增加后减小,甲烷饱和吸附容量逐渐递增,最佳活化时间为40 min。升高活化温度对孔结构的发育影响显著,比表面积、微孔孔容和总孔容均呈递增趋势,表明升高温度有利于微孔的发育,可制备出微孔发达的活性炭。变压吸附评价结果表明在水蒸汽活化工艺最优条件下制备得椰壳活性炭可将20%CH₄-80%N₂模拟煤层气中的CH₄体积分数提高到48. 3%,提浓幅度大于25%,回收率为80.58%,产能达到108.82 m³/（t·h）;同时,该吸附剂对中高浓度煤层气也具有较好的分离效果,体现出较好的分离性能。

关键词：煤层气;甲烷;吸附剂;制备;活性炭;