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Coal chemistry 2013版 煤化学课件 第10章 煤制化学品与高碳物料 能源化学课程组 武 汉 科 技 大 学 二o一三年十月 1 Coal chemistry 2013版 目录 前言 10 1 煤液体与煤制高聚物 10 2 煤制塑料 10 3 煤制洁净燃料 10 4 煤制炭素材料 10 5 煤制活性材料 2 Coal chemistry 2013版 前言 煤炭不仅是一种重要的能源 而且也是一种重要的有机化工原料和高 碳物料的重要原料 利用煤的芳烃结构 高碳含量和多孔性 由煤及煤液制取高附加值的 特殊制品和高碳材料 这些高性能 高附加值的新产品将给煤炭利用带来历史性的转折 希 望与机遇 并且将形成煤化学学科的新分支 主要介绍煤液与煤制高聚物 煤制塑料 煤制洁净燃料 煤制高碳物 科与活性材料 3 Coal chemistry 2013版 煤及煤液 合成芳香 工程塑料 其他 炭素材料 高温耐 热塑料 液晶高聚物 炭纤维 炭 炭 复合材料 功能高聚物 芳烃单体 煤及煤液制取的特殊制品和高碳材料 Coal chemistry 2013版 10 1煤液体与煤制高聚物 广义上 煤通过不同加工工艺转化所得的液态产物都可称为煤液体 煤液体包括煤的加氢液化所得的液态产物 煤在不同温度和条件下 热解所得的焦油 煤抽提的抽出物 煤在氧化 卤化 解聚 水解 烷基化等过程所得的液态产物 煤液化是获得煤液体的主要方法 其中又以煤的直接加氢液化最重 要 这是因为直接加氢液化不仅液化产率高 而且液化产物复杂 种类丰富 可控性大 此外 煤液体是富含芳烃的物料 一般含有70 左右的芳烃 这是 石油与天然气不具备的特点 5 Coal chemistry 2013版 煤炭直接液化工艺过程 四个主要单元 1 煤浆制备单元 将原料煤磨细 并与溶剂催化剂一起制成油煤 浆 2 反应单元 高温 高压条件下进行催化加氢反应 得到液化粗 产品 3 分离单元 将液化反应生成的残渣 液化油及气态产物分离开 重油作为循环溶剂供配制油煤浆用 残渣可用于气化制氢 4 加氢精制单元 将液化粗油加工成汽油 柴油及航空煤油等产 品 6 Coal chemistry 2013版 煤直接液化工艺流程图 7 图1 煤炭直接液化工艺流程简图 Coal chemistry 2013版 2008年12月31日正式投产的内蒙神华集团煤直接液化工厂 8 Coal chemistry 2013版 15种适宜直接液化的中国煤的试验结果 9 Coal chemistry 2013版 煤液体是宝贵的化学品原料 过去 对煤液化的研究几乎一致的想法是生产合成液体燃料 然 而 实际上由于煤衍生物的芳烃恃性 由煤液可以生产出具有竞 争力的化学制品的原料 问题的关键是产品的分离 如果能找到先进的分离方法 将为高 值芳香单体和煤基化学制品的研究与开发作出重大贡献 从发展看 近代具有芳香结构的工程高聚物必须依靠煤的衍生物 作为原料 目前 全世界合成的芳香高聚物的消耗量约为70Mt 年 其中塑料 约为56 纤维约为18 合成橡胶约为11 其他是涂料和粘 结剂 这些芳香高聚物和工程塑料都可以从煤及煤液衍生物的单 体合成而制得 10 Coal chemistry 2013版 煤基芳香高聚物和工程塑料的种类 1 通用芳香工程高聚物 主要有聚乙烯对苯二甲酸酯 PET 聚丁烯对苯二甲酸酯 PBT 聚乙 烯萘酯 PEN 聚芳基化合物 PAR 聚碳酸酯 PC 聚二甲基氧化 苯 PPO 聚砜 PS 和聚二乙醚酮 PEEK 等 二甲苯是PET和PBT的重要单体 PET聚酯的强度 韧性好 耐磨 可制造轮胎 齿轮 建筑构件 还可制胶卷 磁带 特别是软饮料瓶 等 PBT有优良的热性质和机械性质 其制品可耐140 耐冲击 抗变形 是坚固的工程塑料 并可加工成高聚物合金 PET和PBT是热门的工程塑料 其年增长率超过10 11 Coal chemistry 2013版 煤基芳香高聚物和工程塑料的种类 2 高温耐热塑料 主要有聚酰亚胺 PI 聚亚胺砜 PIS 聚苯并咪唑 PBI 和聚酯 E 101 等 PI可耐400 高温 在宇航 电子 核动力和汽车工业中广泛应用 如各种密封件 轴承 齿轮 活塞 刹车与制动装置等 它是由苯均 四酸二酐和二 4 胺基苯 醚合成制得 每公斤单价超过100美元 PBI高温纤维可耐火焰 可用作生产安全手套和宇航服等 其重要单 体有对一羟基苯甲酸等 售价可达3 4 50美元 kg 12 Coal chemistry 2013版 煤基芳香高聚物和工程塑料的种类 3 液晶高聚物 LCP 它是指某些高聚物在熔融状态或溶液状态 是液态晶体 它有很高的强度 在宇航 电子 运输等领域代替金属与陶瓷 LCP可制成现代最轻的18层增强纤维防 弹内衣 几种液晶高聚物分子中都含有苯环和联苯 环 其重要单体有对 对 一二苯酚 对 一轻基苯甲酸及苯二甲酸等 13 Coal chemistry 2013版 煤基芳香高聚物和工程塑料的种类 4 功能高聚物 主要有高聚膜材料 离子交换树脂和膜材料 光导高聚物和缩聚多 核芳香树脂等 它们主要应用在工业上气 液混合物的分离及生物和医药部门 如 纯化水 淡化水 血液分离 人造心脏 肾 心肺肌等 其单体有 苯乙烯 苯二乙烯 萘 对苯酚等 14 北京游泳中心 具有自净功能的水 立方膜 聚四氟乙烯 Coal chemistry 2013版 煤基芳香高聚物和工程塑料的制备方法 上述四大类芳香高聚物和工程塑料 其重要单体许多在煤液或煤焦 油中可以通过分离而获得 也可通过超临界萃取和先进的煤的液化方法 对其产品使用催化转 化以及新的预处理方法和反应过程转化生产出各种重要的合成芳香 高聚物的芳香单体 另一种方法是直接对煤分子进行适当的剪裁 切割和分离而直接获 得 近代煤化学已能详尽地提供煤结构中芳环的类型 取代基的特定数 目和位置 氢化芳烃和脂肪族碳的特性等 理论上只要选择好适当 的催化剂和反应条件 完全有可能将煤直接转化成化学制剂 15 Coal chemistry 2013版 10 2 煤制塑料 原理 褐煤 残殖煤 腐泥煤和低煤化度烟煤 特别是稳定组分含量高 的 中含有大量的易熔组分 它们可能是高塑性的腐殖酸或沥 青质 也可能是低煤化度煤镜质组中被束缚在大分子网络相结 构中 由较小分子所组成的流动相 煤的易熔组分在一定温度范围内可以塑化形成煤的粘结组分 它们可以粘结和混凝煤中或外加的不熔的惰性物质 热成型冷 却后 可得到具有一定强度和技术性能的塑料制品 16 Coal chemistry 2013版 煤制塑料的方法1 加入添加剂 为了增加煤的粘结组分和降低热压成型的温度 一般在煤中都加入某 些添加剂 改良剂或改质剂 添加剂 多官能团的多元醇 醛 芳基二烯以及杂环化合物等 这些 添加剂可能对煤有某种软化作用 或者它们有将煤分子簇连起来的作 用 同时它们的官能团可通过缩聚而脱落 如果同时添加缩聚剂 则 可以促进这种缩聚作用 改良剂 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 丙烯睛 天然橡胶 和丁二烯聚合物等 这些改良剂在煤制塑料的加压和热处理过程中 不但本身具有粘结作用 并且它们还可以和煤颗粒发生反应而产生粘 合作用 17 Coal chemistry 2013版 煤制塑料的方法2 预处理 对煤进行轻度氧化 氯化或硝化等预处理 以增加煤中所含官能 团的比例 达到促进煤分子的簇连作用而有利于塑性成型 例如 褐煤与硝酸反应 使煤氧化 硝化 解聚成具有多个活性 官能团的小分子 反应产物称作硝化煤 用硝化煤代替部分苯酚与甲醛在酸性条件下合成线性硝化煤酚醛 树脂 硝化煤酚醛树脂由于在主链中引入了褐煤再生腐植酸富芳核分子 结构单元 改善了塑料的理化性能 提高其绝缘性及热稳定性 开 辟了褐煤及再生腐植酸利用的新途径 18 Coal chemistry 2013版 煤制塑料的生产过程 一般包括 将煤干燥并磨细到小于0 1mm 在煤粉中均匀添加约 30 的聚合物和弹性材料 在一定温度下混炼 反应后再在模子 中加热 加压成型而得到各种形状的制品 用煤制得的塑料具有木材的一般性质 可以锯 钉 钻 用车 床加工 也可用粘结剂粘结 其表面可以镶饰和涂漆 但煤制塑料本身 不能着色 煤制塑料制品主要有瓦片 板石等建筑用材和农用管材 缸 桶 盆 勺等容器 19 Coal chemistry 2013版 10 3 煤制洁净燃料 洁净煤技术的燃烧前处理的目的是为了将煤制成洁净燃料 以减 少燃烧产生的污染 煤制洁净燃料广义上应包括 洗选脱灰 脱硫的洗精煤 型煤 水煤浆和超纯煤等 本节主要介绍水煤浆与超纯煤 20 Coal chemistry 2013版 10 3 1 水煤浆 煤水混合物coal water mixture 缩写CWM 又称水煤浆和煤水燃料 定义 水和一定粒度的煤混合成稳定的高浓度可泵送 雾化的浆状燃料 属于 以煤代油的洁净流体燃料 一般由62 70 的煤粉 29 37 的水及约1 的化学添加剂 经过一定 的加工工艺而制得 基本性质 良好的流动性 热值相当于燃料油的一半 着火温度低 燃烧稳 定与完全 热效率高达98 以上 烟气中的SO2 NOx 烟尘排放量和排烟 黑度等均明显低于燃油时的排放量 并低于环保要求的排放标准 用途 在工业锅炉 电站锅炉和工业窑炉中作为油或气的代用燃料 也可在 德士古气化炉中代原料造气 生产合成氨 此外 水煤浆还可远距离管道运输 缓解铁路运输的紧张状况 21 Coal chemistry 2013版 10 3 1 水煤浆 水煤浆质量表征 浓度 表观粘度 稳定性 流变性 煤浆灰分和 热值等 质量影响因素 煤化度 煤的化学性质 表面性质 煤岩成分和煤 中矿物质等 褐煤内在水分高 所得煤浆浓度低 不宜制浆 低阶烟煤中 气煤 弱粘煤成浆性较好 其次是不粘煤和长焰煤 主焦煤和瘦煤疏水性最好 成浆性也最好 但到无烟煤阶段成浆性 有所降低 我国气煤储量多 就地开发水煤浆代油有很好的发展前景 22 Coal chemistry 2013版 10 3 1 水煤浆 煤的亲水性越好 煤的成浆性越差 孔隙度大 接触角小和丝炭含 量高的煤种 所制煤浆粘度高 流动性差 煤化度不同 煤表面含 氧官能团 O C原子比和最高内在水分等不同 对水煤浆的流变性 影响很大 煤中矿物质对煤的成浆性影响显著 其中可溶性矿物和粘土类矿物 降低煤的成浆性 但高密度矿物有助于获得高浓度煤浆 煤的表面 电动电位越高 越易制得高浓度水煤浆 目前 我国已用气煤 弱粘煤 焦煤等煤种制备出优质水煤浆如 低灰高浓度水煤浆 低灰中高浓度水煤浆 高灰中低浓度无添加剂 水煤浆等 23 Coal chemistry 2013版 10 3 1 水煤浆 关键技术 水煤浆中约1 的化学添加剂 一种既亲水又亲煤的表面活性剂 其作用是降低水煤浆表观粘度 增 加煤浆稳定性 所选用的化学添加剂一般可分为三类 阴离子型表面活性剂 非离子型表面活性剂 高分子化合物及无机盐类 我国已开发出具有中国特色的低成本 低污染腐殖酸类 木质素类 萘系和焦油系列水煤浆添加剂 24 Coal chemistry 2013版 10 3 2 超纯煤 超纯煤 Ultra Clean Coal 定义 煤炭经物理或化学方法深度脱灰后 其灰分含量 1 0 3 的超低灰煤 用途 可制备超纯水煤浆 代替柴油用于燃气轮机和低速柴油机 也可用来生产无灰冶金焦 生产电极炭 炭黑 燃料添加剂等 使用 超纯煤可防止环境污染 超纯水煤浆比常规水煤浆有更严格的质量指标 除灰分要求 1 外 粒度要求更细 最大粒度要求小于15 20 m 平均粒度5 10 m 剪切粘度小于10 1Pa s 此外 还有高的灰熔点和低Na K含量的要 求 为此 还应考虑选择某些添加剂以提高煤浆的灰熔点 25 Coal chemistry 2013版 超纯煤制备 制备超纯煤主要有化学洗煤和物理洗煤两大类方法 化学洗煤主要用HCl一HF一HCl或NaOH一HCl等化学药品溶解煤中矿 物质 然而 化学脱灰方法普遍存在成本过高和污染过大等缺点 物理脱灰方法主要是利用油的混合物团聚脱灰 主要有丁烷 正戍烷 正庚烷 正己烷等油团聚技术 例如 美国利用丁烷等碳氢化合物作选择性油团聚的絮凝剂 分选小于 20 m的粉煤 在入洗煤的灰分为6 98 硫分为0 87 时 可获得灰 分为0 57 硫分为0 68 的超低灰精煤 26 Coal chemistry 2013版 10 4 煤制炭素材料 炭素carbon即元素碳 炭素 一词为外来语 但已为中国炭素材料的 研究开发 生产和使用单位所熟知并普遍使用 有多种同素异形体 如 金刚石 石墨 无定形碳 富勒烯及纳米碳等中间型碳 炔碳等 炭素材料carbon material曾称 碳素材料 以碳元素为主 一般碳氢原 子比大于10 的物质和固体材料的总称 广义上讲 炭素材料应该包括金刚石在内碳原子的多种同素异形体形成 的各类材料 但炭素材料工业一般不包括金刚石的开采和人工合成 也 不包括天然石墨的开采 从晶体结构上讲 炭素材料通常都是以石墨微晶构成的 不过在各种炭 素材料中 微晶的尺寸和微晶的三维排列有序程度有相当大的差别 因 此 可以将炭素材料分为碳质 石墨质和半石墨质等类别 27 Coal chemistry 2013版 10 4 煤制炭素材料 煤制高碳物料一般指由煤及其衍生物经热加工制得的炭和石墨制品 活 性炭和炭黑等高附加值炭素材料 煤及其衍生物可通过固相炭化 液相炭化和气相炭化方法制取各种炭素 材料 固相炭化 活性炭等活性材料 液相炭化 针状焦 改性沥青粘结剂 沥青焦 煤沥青基炭纤维 中 间相炭微珠 各向同性石墨 各种类型的石墨电极 炭电极 电极糊等 炭素糊类产品和高炉炭块等 气相炭化 炭黑和热解炭等 煤制炭素材料可广泛应用于冶金 化工 电子 机械 核能 宇航等各 个领域 炭素材料的各种优异功能使其成为新材料的佼佼者 本节主要介绍煤制沥青基炭纤维和中间相炭微珠 28 Coal chemistry 2013版 10 4 1 煤沥青基炭纤维 炭纤维 carbon fiber 有机纤维在2000 以下炭化而制得的 碳含 量不低于93 的纤维状炭素材料的统称 煤沥青基炭纤维coal pitch based carbon fiber 由煤沥青为前驱体 经调制 成纤 炭化处理而制得的炭纤维 除了煤沥青基炭纤维外 还有石油沥青基炭纤维 黏胶基炭纤维 聚 丙烯腈基炭纤维 气相生长炭纤维等种类 29 Coal chemistry 2013版 炭纤维的特性和应用 30 Coal chemistry 2013版 炭纤维加热板壁画 31 Coal chemistry 2013版 沥青基炭纤维的制造过程 原料调制 熔融纺丝 不融化处 理 炭化石墨 化 后处理 32 根据原料调制方法和炭纤维性能的不同 煤沥青基炭纤维可分为三 类 通用级的各向同性沥青炭纤维 高性能级的中间相沥青基炭纤维 预中间相沥青基炭纤维 制造工艺的区别主要在原料沥青的调制工序 Coal chemistry 2013版 原料沥青的调制 原料沥青的调制 各向同性沥青的调制 热处理法 溶剂抽提 法和共聚合法 分子均匀化并且分布范围 变窄 沥青流变性能符合 纺丝要求 中间相沥青的调制 提纯 缩聚 制取中 间相沥青 一次QI为痕量 二次QI 为50 65 塑性流 动 分子量分布合适 预中间相沥青的调制 氢化 减压蒸馏 次生QI为0 90 的预中间相沥 青 改善可纺性与石墨化性 33 Coal chemistry 2013版 原料沥青的熔融纺丝 纺丝可用喷射法或离心法生产短纤维 也可用挤压法生产连续长丝 连续挤出的沥青纤维缠卷在纺丝装置的绕丝筒上 在收丝装置的张 力牵伸下纤维直径减小到l0 15 m 此时用热空气向纤维表面喷吹 进一步除去纤维表面上的低沸点成 分 并使纤维表面轻度氧化生成不熔化表层 34 Coal chemistry 2013版 35 沥青纤维的不熔化处理 纺丝所得的沥青纤维一般必须经过不熔化处理 不熔化又称预氧化 它的实质是将沥青纤维表面层由热塑性转变为热 固性 从而变为不熔化的沥青纤维 防止在炭化的升温过程中软化变 形 常用的预氧化方法是在一定温度和处理时间内的轻度氧化 有气相氧 化 液相氧化和混合氧化等方法 Coal chemistry 2013版 沥青基炭纤维的制造过程 沥青纤维的炭化 在高纯N2的保护下 1000 2000 炭化0 5 25min 炭化炉有卧式 立式和二者优点相结合的L式 多用L式炉子 沥青炭纤维的石墨化 高纯氩气保护 2500 3000 停留约数10s到1min 使炭化纤维转 化为具有类似石墨结构的纤维 具有更高的强度与弹性模量 炭纤维的后处理 达到消除炭纤维的表面杂质 增加其表面能 引入具有极性的活性官 能团等 以改善炭纤维的表面性质 36 Coal chemistry 2013版 10 4 2 中间相炭微珠 中间相炭微球 mesocarbon microbead 又称 中间相炭微珠 英文缩写 MCMB 定义 由具有向列液晶结构的中间相小球体制成的外形为小球形的炭 素材料 原料 中温煤沥青 煤焦油催化裂化渣油等稠环芳烃化合物 结构 由定向层状结构的缩聚芳烃堆砌而成 周边存在许多边缘基团 性质 表面具有极高的活性 具有较大的导电性 用作电极时具有很 高的放电能力 37 Coal chemistry 2013版 MCMB生产过程 原料 预处理 聚合反应 分离 提纯 热处理 石墨化 分级 38 MCMB可用溶剂分离法 乳化法和离心分离法等方法制取 理想的分离方法是希望能控制MCMB的粒度及其分布 以满足不同用途 的要求 MCMB的组成取决于原料种类和制取条件 由乳化法制取的MCMB具有 较高的碳含量和较低的杂原子含量 Coal chemistry 2013版 MCMB制备的手机二次电池首次充放电曲线 39 Coal chemistry 2013版 MCMB的用途 高性能炭材料的前驱体 已被用于制备高密高强炭材料 密度高达 l 9g cm3 抗压强度高达196MPa 可用于机械密封 电火花加工 冶 金模具 半导体制造容器和核石墨方面 超高比表面活性炭 比表面积高达3000 5000m2 g 是应用前景广 泛的新型吸附材料 锂离子电池负极材料 可用做二次电池电极 锂离子电池负极的内芯 材料 高效液相色谱填料 催化剂载体等 成为继中间相沥青基炭纤维和针 状焦之后又一大中间相产品而越来越受到重视 40 Coal chemistry 2013版 10 5 煤制活性材料 煤的化学结构使它们能够制备成活性材料 从气相或液相中优先吸附 有机物质和其他非极性化合物 煤制活性材料可广泛应用于工业废气和空气的净化 气体混合物的分 离 溶剂回收 溶剂脱色和水的净化等方面 此外 煤制活性材料在有机合成 食品 医药 军工及高科技产业等 方面也有许多的应用 煤制活性材料有活性炭 炭分子筛 活性煤和活性焦等 本节主要介绍煤制活性炭和炭分子筛 41 Coal chemistry 2013版 煤制活性炭 活性炭activated carbon 由炭质原料 如木材 植物壳 煤炭 和纤维等 经过炭化和活化等工序制成的 具有极大比表面积 很强吸附和脱色能力的一种炭素材料的统称 以特定煤种或配煤为原料 经炭化 活化可制成煤质活性炭 常 规煤质活性炭可分为煤质成型活性炭 含球形炭和柱状炭 和煤质 无定型活性炭 含破碎炭和粉炭 两大类 若按产品性能和生产工 艺又可细分为80多种 成型活性炭的生产过程为 粉碎 研磨后加入黏结剂 混合和混 捏 挤压成型或造粒 再经炭化和活化 得到成型活性炭 无定形活性炭则不经成型工序直接炭化 活化 筛分后得到块状 或粉状 筛分 研磨所得 无定形活性炭 42 Coal chemistry 2013版 原料炭化 43 Coal chemistry 2013版 活 性 炭 的 生 产 过 程 44 Coal chemistry 2013版 活性炭生产过程 成型 可采用模压法制造块状或饼状等压块炭 也可采用挤压造粒方法 制造柱状或煤球状成型炭 或转盘造球后生产球状活性炭 炭化 在约600 下进行的干馏过程 其目的是基本除去煤中的挥发分 使炭固定下来初步形成炭的孔隙结构 活化 目的是进一步扩大炭化产物的细孔容积 调整孔径及孔隙分布 活化方法有气体活化法 化学药品活化法和两者的联合活化法三 类 活化设备有竖式炉 回转炉 耙式炉 多管炉和沸腾炉等 45 Coal chemistry 2013版 活性炭生产过程 气体活化法 炭化所得的物料在800 900 高温下焙烧 同时通入氧化性气体进行活化 通过碳的氧化烧失而形成活性炭的内部孔隙 影响因素 氧化性气体的化学性质和浓度 反应温度 活化程度以及炭化 物中灰成分的种类与数量等 化学药品活化法 将未炭化的含碳原料在液体活化剂中浸泡混合 干燥后一般加热到500 700 进行焙烧活化 活化剂多采用对原料起脱水和侵蚀作用的药品 如ZnCl2 H3PO4等 活化可使原料中的氢和氧以水的形态分解脱离 不仅改变了通常的热解反应 过程 而且显著降低了活化温度 并且产品收率高 容易通过调节活性炭的 孔径分布和比孔容积而调整产品结构 并生产出多种不同用途的产品 46 Coal chemistry 2013版 活性炭生产过程 低灰 A 10 低硫 St 0 5 挥发分含量和黏结性适当 根据需要 可选择不同煤种或配煤生产不同性能的活性炭 煤制活性炭的微观结构是微晶质碳 它主要由石墨状微晶 以及部分 单一网平面状炭和非组织碳 又称无序碳 三部分构成 高煤化度煤结构致密 制得活性炭微孔较发达 中孔较少 适用于气 相吸附和脱除小分子物质 低煤化度煤结构较疏松 制得活性炭中孔较发达 而微孔的容积较小 适于脱色 脱H2S和水中大分子化合物 泥炭 褐煤 烟煤和无烟煤都可作为活性炭的原料 47 Coal chemistry 2013版 活性炭的吸附作用 兼有物理吸附和化学吸附作用 物理吸附主要取决于活性炭的孔隙 结构 而化学吸附则取决于活性炭的表面化学结构 物理吸附量由其有效表面积 也就是由炭的平均孔隙半径及中孔和 微孔的数目决定 活性炭的孔隙由大孔 20nm 中孔 2 20nm 和微孔 2nm 构成 活性炭用于吸附时 微孔的发达程度决定活性炭的吸附性能 活性 炭作为催化剂载体时 催化剂分子主要沉积于大 中孔内 活性炭的表面化学结构则由其表面化学组成 表面氧化物和表面官 能团的性质及数量 以及活性炭中灰分的吸附作用等所决定 可通 过活化过程的工艺控制 添加非碳元素和活性炭的氧化 醇洗 碱 处理等后处理方法 使活性炭表面改性而改善其表面性质 48 Coal chemistry 2013版 10 5 2 煤制炭分子筛 炭分子筛carbon molecular sieve 缩写CMS 定义 具有分子尺度孔径 能够对不同大小的分子进行选择性吸附 分离 即具有分子筛效应的多孔炭 采用碳氢化合物热分解沉积法 热收缩法 气体活化法 覆盖法等制成 煤制炭分子筛是含有特别发达的细孔和亚细孔 孔直径 0 8nm 的炭质吸 附剂 它的孔隙结构不同于活性炭 主要是微孔结构 孔径比较均一 微孔孔 径分布在0 3 l nm的狭窄范围内 炭分子筛 CMS 是非极性吸附剂 对原料气的干燥要求不高 由于原料 便宜 因此CMS的价格低廉 并且CMS的炭质稳定 耐热和耐化学品的 性能较好 49 Coal chemistry 2013版 CMS的结构与分离机理 CMS不是高结晶体 它是由一些非常小的微晶组成 在这些微品 中 碳原子呈三角形键接 微晶本身呈交联状 CMS中的微孔就是由相邻的微晶底面所产生 因而它具有狭缝状 的入口 其孔腔为平板状 在平板的两个平行平面之间吸附气体 分子