燃料氣瓶天然氣吸附儲存活性炭介紹

PAGEPAGE4天然氣ANG低壓吸附技術&燃料氣瓶天然氣儲存活性炭陳家棋天然氣超級活性炭吸附材料開發(fā)天然氣活性炭吸附材料開發(fā)；天然氣吸附技術是由納米級活性碳作為吸附材料。它具有廣泛的用途，目前鑫森炭業(yè)擬將這種材料應用于焊割氣瓶中。吸附技術用來充裝天然氣具有較大的經濟價值和前景，另納米級活性碳吸附技術在其它行業(yè)都具有較大的應用價值。

預期達到的主要技術經濟指標：

孔徑2—5NM

天然吸附量在7.0M/pa條件下吸附量120v/v。吸附劑

鑫森活性炭

美國G-TEC氣瓶活性炭氣瓶平均壓力/kPag

3493

3893下游壓力/kPag

0

0充氣壓力/kPa

3881

4097平均脫附量/m3

0.4955

0.4625天然氣吸附技術的研究情況概述吸附天然氣汽車(ANGV)技術是針對壓縮天然氣汽車(CNGV)技術的不足而開發(fā)的，目前尚處于室內試驗階段。實現(xiàn)ANGV規(guī)模發(fā)展的關鍵是優(yōu)質、高效的天然氣吸附劑開發(fā)和質輕、價廉的車載吸附容器的設計，同時，還必須解決儲氣壓力選擇、吸/脫附過程的熱效應、原料氣雜質的影響、吸附劑的再生及填裝等相關技術問題。中國ANGV的技術水平在整體上尚低于美國、英國和日本等發(fā)達國家，為此，必須一方面集中力量，加強基礎技術的研究和開發(fā)，同時，在政府的宏觀調控下，適當加大投資規(guī)模，將室內技術盡快轉換為現(xiàn)實生產力，這樣，中國AVGV的規(guī)模發(fā)展將指日可待。吸附儲存天然氣(ANG)技術是在儲罐中裝入高比表面的天然氣專用吸附劑，利用其巨大的內表面積和豐富的微孔結構，在常溫、中壓(6.0MPa)下將天然氣吸附儲存的技術。ANG的最大優(yōu)點在于低壓下(3.5-6.0MPa，僅為CNG的1/4-1/5)即可獲得接近于高壓下(20MPa)CNG的儲存能量密度。當儲罐中壓力低于外界時，氣體被吸附在吸附劑固體微孔的表面，借以儲存；當外界的壓力低于儲罐中壓力時，氣體從吸附劑固體表面脫附而出供應外界。這種吸附現(xiàn)象屬于物理吸附，固體對甲烷吸附時產生大量熱，即吸附熱，約為16kJ/mol；相反地，在脫附時，吸收等量的熱量。因此，固體吸附劑及容器須具有良好的導熱性。否則在吸附時床層溫度急劇上升，以至阻礙吸附而減弱充氣；而在脫附時床層急劇降溫，以至阻礙脫附，減弱對外供氣。研究結果表明，天然氣在固體吸附劑表面吸附量隨壓力升高而增強，但當壓力超過3-4MPa后，壓力提高對吸附量增加作用不大。鄒勇等根據(jù)微孔容積填充理論(TVFM)對蒸汽在活性炭微孔中的吸附，計算出了室溫下天然氣在活性炭上吸附儲存的最佳壓力為3.551MPa，此時，理論上可使吸附儲存器的儲氣量達到容器體積的150倍左右。Ma-tranga等人運用純甲烷模型對活性炭表面天然氣的吸附進行了數(shù)值模擬并做了優(yōu)化計算，結果表明；若取石油的能量密度為1，則ANG的最大能量密度為0.25，與CNG的0.29的能量密度非常接近。決定天然氣吸附貯存方法工業(yè)應用的關鍵是開發(fā)出一種專用的高效吸附劑。自上世紀50年代起，篩選出了如天然沸石、分子篩、活性氧化鋁、硅膠、炭黑、活性炭等適合于天然氣存儲用的各種吸附劑。目前，多孔炭質吸附劑是最具工業(yè)化應用前景的天然氣吸附材料。在一般的吸附劑中，活性炭對甲烷的吸附容量最大。目前已商業(yè)化的普通活性炭比表面積為1200m2/g左右，由于孔分布太寬，在298K、3.4MPa下吸附存儲甲烷量只相當于20MPa下壓縮存儲甲烷量的1/2。比表面積高達3000-4近幾年來吸附儲存天然氣的研究越來越多。目前利用超級活性炭進行儲氣研究的國家有美國、加拿大、日本等。由于超級活性炭的比表面積高達3000平方米/克，因此它具有很強的吸附儲氣能力。日本豐田公司不僅在汽車尾氣凈化方面使用了超級活性炭，而且對其用在壓縮天然氣汽車的儲氣容器中，也在做積極的嘗試。如果吸附儲存天然氣的應用研究獲得成功，它將帶來燃氣儲存的革命，并帶來顯著的經濟和社會效益。結合實際需要，在天然氣的儲存工藝的裝置等方面開展應用研究具有特別重要的意義。此項工作一方面可以改進天然氣儲存技術；另一方面可以擴大天然氣的應用領域，尤其是天然氣汽車的應用。（1）吸附儲氣原理及超級活性炭性能吸附儲氣是近年來國外大力開發(fā)的新技術。其原理是在儲氣容器中以特殊方法裝填超級活性炭作為吸附劑。由于吸附劑表面分子與氣體之間的作用力大大高于氣體分子之間的作用力，使得吸附劑表面附近的氣體分子濃度大大高于氣相主體濃度?？讖皆叫∵@種分子之間的作用力越強，因此微孔中全部被氣體分子所充滿,這就是體積填充機理。由于吸附劑微孔中的氣體密度大大高于同壓力下氣相主體密度，使得存儲同樣氣量時的壓力可以減少近10倍?；钚蕴亢写罂?、中1.2國內研究現(xiàn)狀石油大學、天津大學、中科院山西煤炭化學研究所、北京化工大學、華南理工大學、清華大學等單位已開始了對ANG技術的開發(fā)與基礎研究工作。石油大學用褐煤、燭煤、石油焦、瀝青、木質素為原料均制備出高儲氣能力的天然氣吸附劑。其中以木質素為原料制取的粉狀吸附劑其比表面可達2912m2/g，在6.0Mpa、25℃的儲氣條件下對甲烷的吸附能力可超過30%；以石油焦為原料制取的塊狀吸附劑(實驗室樣品)其比表面達2399m2/g，塊密度為0.59g/cm3，在4.0Mpa、25℃時，甲烷吸附量為17.5%，體積比為148；6.0MPa時，甲烷吸附量為23%，體積比為181。四川天一科技股份有限公司在天然氣吸附劑的研制方面也作了大量工作，目前也已經開發(fā)出系列高性能的活性炭，但要作為天然氣吸附劑還需要進一步改進。表1為四川天一科技股份有限公司研制的活性炭。1.3發(fā)展趨勢及應用前景ANG技術是一項先進的儲氣技術。該技術可用于吸附天然氣汽車、無法管輸零散氣井天然氣、汽油罐裝車間、加油站揮發(fā)烴的吸附回收;替代地下儲氣庫儲存天然氣用于工業(yè)、民用、調峰等方面，可極大地降低成本。此外該技術還可用于高效脫色劑、精脫硫劑、氣焊、有毒有害氣體的吸附、吸波材料過濾等方面。另外我國一大批天然氣氣井的井口壓力在5MPa以上，輸氣管干線的壓力為4MPa以上，可直接從管網(wǎng)向汽車吸附儲氣瓶充氣。這既減少電耗，也節(jié)省投資其中應用前景較好的應該是作為汽車的燃料。因為與傳統(tǒng)的CNG相比，ANG有如優(yōu)點：(1)加站建設只需用廉價的單級壓縮機，投資與操作費用明顯降低，而CNG加氣站，卻要昂貴的多級壓縮系統(tǒng)；(2)儲氣罐形狀、用材選擇余地大、質量輕、壓力低、使用方便和安全可靠，從而降低了用戶投資和行車的額外負荷，增加了空間利用率。其不足之處在于需要高儲氣能力的天然氣專用吸附劑。國內外的研究表明，ANG儲氣技術替代CNG儲氣技術是完全可以的，至少可作為另一項先進的儲氣