燃料气瓶天然气吸附储存活性炭介绍

PAGEPAGE4天然气ANG低压吸附技术&燃料气瓶天然气储存活性炭陈家棋天然气超级活性炭吸附材料开发天然气活性炭吸附材料开发；天然气吸附技术是由纳米级活性碳作为吸附材料。它具有广泛的用途，目前鑫森炭业拟将这种材料应用于焊割气瓶中。吸附技术用来充装天然气具有较大的经济价值和前景，另纳米级活性碳吸附技术在其它行业都具有较大的应用价值。

预期达到的主要技术经济指标：

孔径2—5NM

天然吸附量在7.0M/pa条件下吸附量120v/v。吸附剂

鑫森活性炭

美国G-TEC气瓶活性炭气瓶平均压力/kPag

3493

3893下游压力/kPag

0

0充气压力/kPa

3881

4097平均脱附量/m3

0.4955

0.4625天然气吸附技术的研究情况概述吸附天然气汽车(ANGV)技术是针对压缩天然气汽车(CNGV)技术的不足而开发的，目前尚处于室内试验阶段。实现ANGV规模发展的关键是优质、高效的天然气吸附剂开发和质轻、价廉的车载吸附容器的设计，同时，还必须解决储气压力选择、吸/脱附过程的热效应、原料气杂质的影响、吸附剂的再生及填装等相关技术问题。中国ANGV的技术水平在整体上尚低于美国、英国和日本等发达国家，为此，必须一方面集中力量，加强基础技术的研究和开发，同时，在政府的宏观调控下，适当加大投资规模，将室内技术尽快转换为现实生产力，这样，中国AVGV的规模发展将指日可待。吸附储存天然气(ANG)技术是在储罐中装入高比表面的天然气专用吸附剂，利用其巨大的内表面积和丰富的微孔结构，在常温、中压(6.0MPa)下将天然气吸附储存的技术。ANG的最大优点在于低压下(3.5-6.0MPa，仅为CNG的1/4-1/5)即可获得接近于高压下(20MPa)CNG的储存能量密度。当储罐中压力低于外界时，气体被吸附在吸附剂固体微孔的表面，借以储存；当外界的压力低于储罐中压力时，气体从吸附剂固体表面脱附而出供应外界。这种吸附现象属于物理吸附，固体对甲烷吸附时产生大量热，即吸附热，约为16kJ/mol；相反地，在脱附时，吸收等量的热量。因此，固体吸附剂及容器须具有良好的导热性。否则在吸附时床层温度急剧上升，以至阻碍吸附而减弱充气；而在脱附时床层急剧降温，以至阻碍脱附，减弱对外供气。研究结果表明，天然气在固体吸附剂表面吸附量随压力升高而增强，但当压力超过3-4MPa后，压力提高对吸附量增加作用不大。邹勇等根据微孔容积填充理论(TVFM)对蒸汽在活性炭微孔中的吸附，计算出了室温下天然气在活性炭上吸附储存的最佳压力为3.551MPa，此时，理论上可使吸附储存器的储气量达到容器体积的150倍左右。Ma-tranga等人运用纯甲烷模型对活性炭表面天然气的吸附进行了数值模拟并做了优化计算，结果表明；若取石油的能量密度为1，则ANG的最大能量密度为0.25，与CNG的0.29的能量密度非常接近。决定天然气吸附贮存方法工业应用的关键是开发出一种专用的高效吸附剂。自上世纪50年代起，筛选出了如天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶、炭黑、活性炭等适合于天然气存储用的各种吸附剂。目前，多孔炭质吸附剂是最具工业化应用前景的天然气吸附材料。在一般的吸附剂中，活性炭对甲烷的吸附容量最大。目前已商业化的普通活性炭比表面积为1200m2/g左右，由于孔分布太宽，在298K、3.4MPa下吸附存储甲烷量只相当于20MPa下压缩存储甲烷量的1/2。比表面积高达3000-4近几年来吸附储存天然气的研究越来越多。目前利用超级活性炭进行储气研究的国家有美国、加拿大、日本等。由于超级活性炭的比表面积高达3000平方米/克，因此它具有很强的吸附储气能力。日本丰田公司不仅在汽车尾气净化方面使用了超级活性炭，而且对其用在压缩天然气汽车的储气容器中，也在做积极的尝试。如果吸附储存天然气的应用研究获得成功，它将带来燃气储存的革命，并带来显著的经济和社会效益。结合实际需要，在天然气的储存工艺的装置等方面开展应用研究具有特别重要的意义。此项工作一方面可以改进天然气储存技术；另一方面可以扩大天然气的应用领域，尤其是天然气汽车的应用。（1）吸附储气原理及超级活性炭性能吸附储气是近年来国外大力开发的新技术。其原理是在储气容器中以特殊方法装填超级活性炭作为吸附剂。由于吸附剂表面分子与气体之间的作用力大大高于气体分子之间的作用力，使得吸附剂表面附近的气体分子浓度大大高于气相主体浓度。孔径越小这种分子之间的作用力越强，因此微孔中全部被气体分子所充满,这就是体积填充机理。由于吸附剂微孔中的气体密度大大高于同压力下气相主体密度，使得存储同样气量时的压力可以减少近10倍。活性炭含有大孔、中1.2国内研究现状石油大学、天津大学、中科院山西煤炭化学研究所、北京化工大学、华南理工大学、清华大学等单位已开始了对ANG技术的开发与基础研究工作。石油大学用褐煤、烛煤、石油焦、沥青、木质素为原料均制备出高储气能力的天然气吸附剂。其中以木质素为原料制取的粉状吸附剂其比表面可达2912m2/g，在6.0Mpa、25℃的储气条件下对甲烷的吸附能力可超过30%；以石油焦为原料制取的块状吸附剂(实验室样品)其比表面达2399m2/g，块密度为0.59g/cm3，在4.0Mpa、25℃时，甲烷吸附量为17.5%，体积比为148；6.0MPa时，甲烷吸附量为23%，体积比为181。四川天一科技股份有限公司在天然气吸附剂的研制方面也作了大量工作，目前也已经开发出系列高性能的活性炭，但要作为天然气吸附剂还需要进一步改进。表1为四川天一科技股份有限公司研制的活性炭。1.3发展趋势及应用前景ANG技术是一项先进的储气技术。该技术可用于吸附天然气汽车、无法管输零散气井天然气、汽油罐装车间、加油站挥发烃的吸附回收;替代地下储气库储存天然气用于工业、民用、调峰等方面，可极大地降低成本。此外该技术还可用于高效脱色剂、精脱硫剂、气焊、有毒有害气体的吸附、吸波材料过滤等方面。另外我国一大批天然气气井的井口压力在5MPa以上，输气管干线的压力为4MPa以上，可直接从管网向汽车吸附储气瓶充气。这既减少电耗，也节省投资其中应用前景较好的应该是作为汽车的燃料。因为与传统的CNG相比，ANG有如优点：(1)加站建设只需用廉价的单级压缩机，投资与操作费用明显降低，而CNG加气站，却要昂贵的多级压缩系统；(2)储气罐形状、用材选择余地大、质量轻、压力低、使用方便和安全可靠，从而降低了用户投资和行车的额外负荷，增加了空间利用率。其不足之处在于需要高储气能力的天然气专用吸附剂。国内外的研究表明，ANG储气技术替代CNG储气技术是完全可以的，至少可作为另一项先进的储气