碳分子筛生产技术及投资分析
5页1、碳分子筛生产技术及投资分析碳分子筛(Carbon Molecular Sieve-CMS)是20世纪60年代发展起来的新型碳质吸附剂,主要由1nm以下呈狭缝状的微孔和少量大孔组成,孔径分布较窄,一般在0.31.0nm,CMS分离气体机理主要有吸附平衡与动力学分离,当CMS的孔径分布均匀、介于两种气体直径之间且接近待分离组分的气体分子直径时,混合气体在其孔内的扩散速度或吸附速率有所不同,从而实现对气体的分离。以CMS做为吸附剂,分离气体的方法主要有吸附及变压吸附(PSA)。20世纪60年代末期,CMS首先由联邦德国亚琛矿业研究公司(简称B.F.公司)研制成功,该公司的产品性能一直居国际领先地位,美国宾夕法尼亚大学、日本公害资源研究所等也相继对CMS的制备、性能以及吸附分离理论和变压吸附空分工艺进行了研究。国际上从事商业化生产碳分子筛的公司有德国B.F.公司,美国Calgon公司,日本Takeda化学工业公司和Kuraray化学品公司,主要应用于变压吸附进行空气分离以及氢的精制;大都采用的是煤的炭化和在活性炭上进行炭沉积的方法,但其详细的制备工艺公开报道较少。我国在20世纪70年代成功开发
2、了煤制碳分子筛的工艺,浙江长兴科博分子筛有限公司首先实现工业化,2000年后大连理工大学开发酚醛树脂为原料生产CMS技术的推广应用,加快了国内CMS行业的发展。但总的来讲,国内CMS产品的质量与国际水平差距较大。1 CMS的制备方法制备CMS的原料非常广泛,有天然产物或高分子聚合物,具体可分为三类:1)各种煤及煤基衍生物;2)有机高分子聚合物,如萨兰树脂、酚醛树脂;3)植物类,主要是利用植物的坚果壳或核,如核桃壳、杏核、椰壳等。原料选择一般以低灰分、高含碳量以及尽可能低的挥发分为最佳。较好的原料主要是煤(褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤)、木材、果壳。近来国内亦有以石油残渣、石油沥青、石油焦、苹果渣为原料的报道。CMS的制备一般包括四个步骤:1)含碳材料粉碎、预处理、加粘结剂成型、干燥;2)成型物在惰性气氛下炭化;3)活化;4)调孔。孔径分布是CMS进行分离气体的重要因素,因而调孔是制备的关键步骤。1.1 炭化法炭化是在惰性气体条件下加热原料,使其挥发性物质即小分子从含碳材料基体中的分子孔道逃逸,形成孔隙并且增加表面积的过程。采用单一的炭化法制备CMS,其工艺简单、成本较低。但对原料要求较高
3、,国外主要采用效果较好的树脂,国内主要为果壳类的高挥发份物质,如杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳,山楂核等。影响炭化过程的主要因素是升温速率、炭化温度与恒温时间。采用的升温速率一般在515/min,炭化温度多在6001000,恒温时间为0.52h。一般而言,单一炭化法制备的CMS孔径范围较宽,在0.31nm ,其可用于气体分离,但如要提高分离效果,则需进行后续的活化或碳沉积工艺。1.2 炭化活化组合法炭化活化组合法是指在炭化的基础上,采用活化进一步增加CMS表面积的方法。活化包括物理活化和化学活化过程。一般是在5001000,使炭质基体表面、边缘活泼的碳原子与氧化性气氛发生反应形成孔隙、或使封闭的孔得以打开,从而增大表面积,使其吸附容量增大。炭化活化组合法制备的CMS,其孔径范围一般较宽,需进行后续的炭沉积工艺来缩小孔径,因而使用较少,使用最多的是炭化或活化与炭沉积组合法。1.3 炭化或活化与炭沉积组合法炭化或活化与炭沉积组合法是指炭化后经活化或是直接炭沉积的过程。该方法中,活化因原料不同而有所选择,如是像褐煤、椰子壳等高挥发性含碳原料则不需活化;相反,无烟煤、石油焦等低挥发性含碳原料则
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