变压吸附空分制氮用炭分子筛的制备研究

• 作 者: 刘书林
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 炭分子筛 石油焦 酚醛树脂 空气分离

本文分别以石油焦和酚醛树脂为原料进行了炭分子筛（Carbon molecular sieve,CMS）的制备研究。 石油焦具有微观结构致密、易石墨化、碳氢比大等特点,用其直接制备CMS难以达到空分的要求。本文针对石油焦的结构特点,采取预氧化、插层、机械球磨方法对其进行预处理来制备CMS,并对其工艺条件进行了考察。实验结果表明,预氧化可以增加CMS样品的微孔孔容,提高其空分性能,其中经过HNO₃氧化处理的石油焦制备的CMS空分N₂浓度达到93.0%,微孔孔容较大,平均孔径缩小;石油焦经过插层处理后,微晶层片间距d₀₀₂值变大,石油焦的类石墨化结构转向无定形炭结构,有利于CMS的制备。插层处理时间在60min,插层剂浓H2SO₄与氧化剂H2O₂的体积比为20,所制备的CMS具备相对较好空分性能:N₂浓度达到93.0%;经过长时间球磨石油焦也可以提高CMS空分性能,球磨时间100小时与球磨20小时相比,CMS空分制N₂的浓度由90.2%提高到93.0%。 酚醛树脂制备CMS的实验结果表明,酚醛树脂是制备性能优良CMS的很好的原料。工业试生产表明,工业CMS（CMS-A）空分性能达到了德国CMS产品（CMS-B）水平,在同样的变压吸附测试条件下,N₂流速为200L/（kg.h）,CMS-A富氮浓度98.7%,CMS-B富氮浓度98.6%。