燃料气瓶天然气吸附储存活性炭介绍(DOC)
- 格式:doc
- 大小:65.50 KB
- 文档页数:6
活性炭的常见用途活性炭是一种用途十分广泛的吸附剂,小孔径的活性炭可用作气体分离、回收溶剂蒸气、冰箱脱臭剂、防毒面具中的吸附剂,大孔径可用作脱色,清除溶液中的呈色物质,例如白糖、葡萄糖、酒类、油脂、医药、水的净化等的脱色;催化剂。
一、气相吸附应用活性炭的气相吸附应用有很多,如与储氢合金形成的复合材料可以在温和条件下吸附氢气或天然气混合物,从而可以应用于炼油厂催化干气中氢气的吸附;城市天然气用量随时间变化而或高或低,通过高比表面积的活性炭吸附罐可以有效实现天然气管道下游调峰,进而降低投资成本。
除用于能源气体的储存外,美国、德国等发达国家还开发出了基于活性炭的,具有多次再生功能的新型织物,并将之应用于许多特殊服装如飞行服、抗皱内衣等的制造。
1)净化室内空气。
2)电厂烟气联合脱硫、脱硝、脱汞。
3)油气回收专用。
4)吸附净化有机废气。
5)空气分离。
6)氢气/甲烷的储存。
二、液相吸附应用活性炭液相吸附的应用非常广,包括制药、化工、环保和食品等。
美国环保署制定的饮用水有机污染指标中,活性炭是其中64项指标中的51项污染物的最有效技术。
因此,水处理是活性炭应用最为广泛的市场,将是21世纪活性炭应用增长最快的领域。
1)移动式水处理系统。
2)重油的脱色。
3)金属离子的吸附。
4)制药过程选择性吸附。
5)临床医疗。
6)生物活性炭。
三、作为催化剂载体的应用作为催化剂的金属或金属氧化物是因具备活性中心才有催化活性,而结晶缺陷又是活化中心能够存在的主要原因。
石墨化炭和无定形炭是活性炭晶型的组成部分,因为具有不饱和键,所以表现出类似结晶缺陷的功能。
活性炭因为结晶缺陷的存在而被作为催化剂广泛应用,尤其是在烟道气脱硫、光气氧化、氯化二氰的合成以及臭氧分解及电池中氧的去极化等氧化还原反应中更是如此。
同时,因为具有大的内表面积,活性炭还是理想的催化剂载体,尤其是在光催化剂负载领域,通过活性炭负载光催化剂并将之用于有机废气的降解将是今后发展的重要方向。
活性炭环保箱一、活性炭环保箱简介活性炭是一种很细小的炭粒,有很大的表面积,而且炭粒中还有更细小的孔——毛细管.这种毛细管具有很强的吸附能力,由于炭粒的表面积很大,所以能与气体(杂质)充分接触,当这些气体(杂质)碰到毛细管就被吸附,起净化作用。
活性炭吸附的实质是利用活性炭吸附的特性把低浓度大风量废气中的有机溶剂吸附到活性炭中。
活性炭吸附法主要用于低浓度气态污染物的脱除。
二、活性炭吸附箱原理当废气由风机提供动力,负压进入吸附箱后进入活性炭吸附层,由于活性炭吸附剂表面上存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学键力,因此当活性炭吸附剂的表面与气体接触时,就能吸引气体分子,使其浓聚并保持在活性炭表面,此现象称为吸附。
利用活性炭吸附剂表面的吸附能力,使废气与大表面的多孔性活性炭吸附剂相接触,废气中的污染物被吸附在活性炭表面上,使其与气体混合物分离,净化后的气体高空排放。
活性炭环保箱是一种干式废气处理设备,由箱体和填装在箱体内的吸附单元组成。
三、活性炭环保箱的使用范围活性炭环保箱主要用于大风量低浓度的有机废气处理。
活性炭吸附剂可处理净化多种有机和无机污染物:苯类、酮类、醇类、醚类、烷类及其混合类有机废气、酸性废气、碱性废气;主要用于制药、冶炼、化工、机械、电子、电器、涂装、制鞋、橡胶、塑料、印刷及环保脱硫、除臭和各种工业生产车间产生的有害废气的净化处理。
四、性能特点1、吸附效率高,能力强;2、能够同时处理多种混合有机废气;净化效率≥95%;3、设备构造紧凑,占地面积小,维护管理简单,运转成本低廉;4、采用自动化控制运转设计,操作简易、安全;5、全密闭型,室内外皆可使用。
保养及维护:为使光氧、喷淋塔、活性炭环保箱使用及处理效果达到最佳,使用寿命更长,需注意以下几点:1、光氧箱、活性炭环保箱、排风风、电控箱需搭建防雨棚,以防雨淋造成漏电。
2、使用设备需先检查电源是否正常(1)开启光氧开关(2)开启风机开关3、喷淋塔:要保证水池水面漫过水泵,水面不得有杂物,防止堵塞水泵及喷淋头,水池废水要定期更换(每天工作8-10小时,20-30天);4、环保箱三层过滤(一层纸箱过滤,二层玻璃纤维棉过滤,三层活性炭过滤)(1)过滤纸箱要保证通风、通电,以防堵塞,需定期更换。
活性炭是一种经特殊处理的炭,将有机原料(果壳、煤、木材等)在隔绝空气的条件下加热,以减少非碳成分(此过程称为炭化),然后与气体反应,表面被侵蚀,产生微孔发达的结构(此过程称为活化)。
由于活化的过程是一个微观过程,即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀,所以造成了活性炭表面具有无数细小孔隙。
产品表面的微孔直径大多在2~50nm之间,即使是少量的活性炭,也有巨大的表面积,每克活性炭的表面积为500~1500m2,活性炭的一切应用,几乎都基于活性炭的这一特点。
它是一种功能性碳材料,因具有比表面积大、孔隙结构发达、吸附效率高、化学稳定性好等优点而被广泛应用在工农业生产的各个方面,如污水处理、气体净化、黄金提取、溶剂回收等。
具体可以分为这些种类:1、粉状活性炭。
一般指粒径小于150um(即0.15mm,对应的中国标准筛目为100目)的活性炭产品,在我国,有时将粒径小于0.3mm(60目)的产品亦划入粉状活性炭范畴。
2、颗粒活性炭。
粒度分布>100目(我国的企业多采用>60目)的活性炭,根据外形的不同,颗粒活性炭又可分为圆柱状炭、破碎状炭、球形炭和中空微球炭。
3、纤维状活性炭,又称活性炭纤维,以纤维状含碳物质制成,又分为丝状、布状及毡状等。
4、蜂巢状活性炭,又称蜂窝活性炭。
5、活性炭成型物,又称为复合型活性炭。
选择纸、无纺布、海绵、甚至蜂窝陶瓷等作基材,将活性炭粘附其上制成的各种形状、具特殊功能的复合型吸附材料。
用户如想进行产品的购买,可联系河南豫佳环保材料有限公司进行详细的了解。
我们是一家专业做环保工程设计和原料供应的平台。
目前已形成以活性炭,活性氧化铝,分子筛,为中心的环保行业相关的净化材料。
活性炭概述活性炭是一种多孔性的含炭物质, 它具有高度发达的孔隙构造, 是一种极优良的吸附剂, 每克活性炭的吸附面积更相当于八个网球埸之多. 而其吸附作用是藉由物理性吸附力与化学性吸附力达成.其組成物质除了炭元素外,尚含有少量的氢、氮、氧及灰份,其結构则为炭形成六环物堆积而成。
由于六环炭的不规则排列,造成了活性炭多微孔体积及高表面积的特性。
活性炭可由许多种含炭物质制成,这些物质包括木材、锯屑、煤、焦炭、泥煤、木质素、果核、硬果壳、蔗糖浆粕、骨、褐煤、石油残渣等。
其中煤及椰子壳已成为制造活性炭最常用的原炓。
活性炭的制造基本上分为两过程,第一过程包括脱水及炭化,将原料加热,在170至600℃ 的温度下干燥,並使原有的有机物大約80%炭化。
第二过程是使炭化物活化,这是经由用活化剂如水蒸汽与炭反应来完成的,在吸热反应中主要产生由CO及H2组成的混合气体,用以燃烧加热炭化物至适当的溫度(800至1000℃),以烧除其中所有可分解的物质,由此产生发达的微孔結构及巨大的比表面积,因而具有很强的吸附能力。
活性炭的孔隙按孔径的大小可分為三类。
大孔:半径 1000 - 1000000 A。
过渡孔:半径 20 - 1000 A。
微孔:半径 - 20 A。
由不同原料制成的活性炭具有不同大小的孔径。
由椰壳制的活性炭具有最小的孔隙半径。
木质活性炭一般具有最大的孔隙半径,它们用於吸附较大的分子,並且几乎专用于液相中。
在都市給水处理领域中使用的第一种类型之粒状活性炭即是用木材制成的,称为木炭。
煤质活性炭的孔隙大小介於两者之间。
在煤质活性炭中,褐煤活性炭比无烟煤活性炭具有较多的过渡孔隙及较大的平均孔径,因此能有效地除去水中大分子有机物。
一般在水处理中使用的活性炭,其表面积不一定过大,但是应具有较多的过渡孔隙及较大的平均孔徑。
日本市埸售一些液相用的活性炭具有以下特性:比表面积为850至1000m2/g,孔隙容积为0.88至1.5ml/g,平均孔隙半径為40至50A活性炭过滤原理活性炭的吸附能力与水温的高低、水质的好坏等有一定关系。
活性碳吸附详细说明一、前言吸附是一种常用的水处理程序,所谓吸附是指利用吸附剂上的孔隙结构或表面上的化学官能基来去除废水中的污染物质。
完整的吸附过程可以包含吸收(absorption)以及吸附(adsorption)两种效应,吸收是指物质被渗入(或融入)吸附剂中,通常是同构型的物质才会发生吸收效应(例如有机物会被油分所吸收) ;而吸附只是在吸附剂表面的现象,被吸附的物质并未被融入吸附剂中,仅是被附着于吸附剂的表面而已。
常用的吸附剂都以碳结构为主,可由木材、椰子壳、煤炭等等经过无氧热解程序制成,一般经热解完成的碳结构称为焦炭(charcoal),若再利用水蒸气或氯化锌等进行活化处理后即是活性碳(activated carbon)。
焦炭与活性碳都是最常见的吸附剂,其差别在于活性碳经过活性处理后可提供较佳的处理效果。
活性碳或焦炭之所以可做为吸附剂主要是因为其内部结构中有非常多的孔洞,物质在吸附过程经由传输进入这些孔洞后,可被截留住而吸附于吸附剂的表面而达去除的效果,而这种截留吸附的机制又可以分为物理性吸附与化学性吸附两种。
物理性吸附主要是藉由被吸附的物质(称为溶质)与吸附剂间的凡得瓦尔力(Van der Waal),将其吸引后截留于吸附剂的表面;而化学性的吸附则主要是靠吸附剂表面的化学官能基与溶媒间产生化学键结而形成吸附。
物理性吸附为一种可逆现象,因此可让活性碳再生重复使用,例如用蒸气就可以让物理性吸附的物质释出而达成活性碳再生的目的。
至于化学性吸附则因为是形成化学键,通常为不可逆的反应,所以会使再生困难。
吸附剂的孔洞非常多,虽然活性碳的颗粒极小而孔洞所呈现的表面积也非常大,一般而言每克活性碳的比表面积可达100 m2以上。
二、恒温吸附模式吸附剂的吸附能力称为吸附容量(adsorptive capacity),其定义为单位吸附剂所能够吸附的溶质量,通常以x/m表示(x为被吸附溶质的质量,而m为吸附剂的重量,x/m单位通常以mg/g来表示)。
活性炭的储存通常都认为应用活性炭没有安全问题,但实际没有绝对的安全,对活性炭应用中的安全不能掉以轻心,对活性炭的性质和不安全的可能性要有所认识。
关于着火1) 活性炭列入危险化学品名录,属自燃物品,编号42521,可燃的。
着火后不会发生有焰燃烧,只是阴燃。
2)活性炭燃烧时如果通风不足,会生成有毒的一氧化碳。
关于贮存1) 活性炭必须存放在尽可能防火的建筑内。
2)活性炭不可与氧化剂混放3)贮放处禁止明火,火花和吸烟泄漏处理泄漏:隔离泄漏污染区,限制出入。
切断火源。
建议应急处理人员戴自给式呼吸器,穿防毒服。
灭火处理燃烧性:易燃。
灭火剂:水、泡沫、二氧化碳、砂土。
火场周围可用的灭火介质。
紧急处理吸入:迅速脱离现场至新鲜空气处。
保持呼吸道通畅。
如呼吸困难,给输氧。
如呼吸停止,立即进行人工呼吸。
就医。
误食:误服者用水漱口。
就医。
皮肤接触:立即脱去被污染衣着,用大量流动清水冲洗,至少15分钟。
就医。
眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟,就医,环球净水。
1.使用前要清洗去除粉尘,否则这些黑色的粉尘可能暂时会影响水质的清洁度。
但建议不要直接用新鲜的自来水冲洗,因为活性炭的多孔隙一旦吸附大量自来水中的氯以及漂白粉,在随后放置到过滤器中使用时对水质造成的破坏,相信无需我多言。
2.靠平时简单的清洗,是无法将活性炭的多孔隙中堵塞的杂物清洁干净的。
所以,务必定期更换活性炭,以免活性炭因“吸附饱和”而失去功效。
且更换的时机最好不要等它失效以后再更换,如此方可确保活性炭能不断地把水族箱水质中的有害物质去除。
建议每月更换1-2次活性碳3.活性炭的处理水质的效率与其处理用量相关,通常为“用量多处理水质的效果也相对好”。
4.定量的活性炭被使用后,在使用初期应该经常观测水质的变化,并留意观测结果,以作为多长时间活性炭失效而更换的时间判断依据。
5.在使用治疗鱼病的药剂时,应该暂时将活性炭取出,暂停使用。
以免药物被活性炭吸附而降低治疗效果。
活性炭的作用及相关知识介绍活性炭是一种经过特殊处理制成的一种多孔性吸附材料。
其原理是利用其丰富的孔道和表面积,吸附各种有机物质和气体,在环境保护、食品饮料、医药卫生等多个领域有着广泛的应用。
本文将详细介绍活性炭的定义和原理、分类、制备过程、应用领域、优缺点以及发展前景。
一、活性炭的定义和原理活性炭是指经过特殊处理制成的一种多孔性吸附材料。
由于其材料孔径范围广、比表面积大、孔隙结构具有多尺度特性等独特性质,使得其在各类有机化学反应和环境污染物治理中得到广泛应用。
活性炭具有吸附,催化,电导等多种性质,可分为吸附型、催化型、电导型等多种类型。
活性炭的原理是利用其丰富的孔道和表面积,吸附各种有机物质和气体。
清洗后的活性炭表面存在着大量的分子间空隙,能够大量吸附、储存及释放细胞壁和宿主细胞内的低分子化合物。
同时,具有强烈的亲水性,使得其在使用过程中与许多接触物质具有良好的亲和性。
二、活性炭的分类根据制备方法和用途不同,活性炭可分为吸附型、催化型、电导型等多种类型,具有不同的物理化学性质和应用范围。
1.吸附型活性炭吸附型活性炭是指利用各种原料,通过炭化和活化等基本工艺制成的多孔性物质。
其吸附能力在净化处理、保护环境、去除恶臭等方面有着广泛的应用。
此外,吸附型活性炭还包括高中温气体吸附型、样品萃取型、富锐型等不同种类。
2.催化型活性炭催化型活性炭是指采用酸碱状构、络合条件等方法制得的活性炭。
它可以利用活性炭上的原子、分子活性中心,对特定反应体系进行催化作用,具有一定的催化作用。
催化型活性炭包括酸硅炭、磷硅炭等不同种类。
3.电导型活性炭电导型活性炭是指共聚单体、聚合物等材料通过电解反应制成的具有电导性的活性炭。
此类活性炭可用于柔性电子器件、传感器等领域。
三、活性炭的制备过程活性炭制备的关键步骤包括原材料选择、炭化和活化等多个阶段,不同的制备方法可产生不同孔径大小和吸附性能的活性炭。
1.原材料选择在制备活性炭的过程中,一般采用木质、树木或在高温下加热的生物质等为主要原材料。
贮存天然气用超级活性炭2l.(,3詈_5.汲良f{扣向,}1第10卷第3期谯乞墨悦坂V o..:'①j一贮存天然气用超级活性炭郭崇涛(天津大学化工学院天津300072)目前轿车产业已成为我国工业的一个重要发展战略方面,但未来世界范围内的严重石油短缺以及我国现已从石油出口国转为石油进口国的现状和汽车排放尾气中SOx,NOx等有害气体对城市中心造成的严重环境污染,将会成为制约我国轿车工业迅速发展的主要原因之一.而寻找替代汽油的高效,低污染汽车燃料是当前国际科学界的一个研究热点.从生态环境效应和能源转化率两方面来考察,现阶段比较有前景的代用燃料就是天然气.其原因一是天然气贮量丰富;二是它有极高的辛烷值和压缩比,可获得比汽油高1O的效率;三是燃烧过程中产生的污染物较少,为理想的环境友好型燃料.如今,以天然气为燃料的汽车在欧美,日本等国家均已实用化. 但受贮存容积的限制,要供给充足的燃料,天然气必须以高压压缩的贮存形式使用(贮气罐压力达20MPa以上).如此之高的压力对贮罐制造材质,密封性均有苛刻要求,使贮罐成本大大提高;随之而来的行车中的安全问题和贮罐体积,重量所带来的经济性以及更新燃料站的基建和运输费用等一系列问题,这些都限制了天然气作为汽车燃料的应用.众所周知,活性炭作为一种重要的工业吸附剂,其应用领域已十分广阔.8O年代后,各种新型活性炭又相继问世,使活性炭的开发与应用有了新的发展.国外研究人员于8O年代TQ'(笞2初开始研究将一种新型活性炭吸附剂——超级活性炭用于天然气的吸附贮存,从而出现了将天然气吸附贮存作为汽车燃料的技术,即吸附天然气(ANG)技术.ANG技术系在贮罐中装入高比表面的超级活性炭吸附剂,利用其巨大的比表面积(3000m/g以上)和丰富的微孔结构(孔径<3OA),在常温,中低压(<6.0 MPa)下将天然气吸附贮存的技术.与压缩天然气(CNG)作为汽车燃料相比,ANG具有投资和操作费用下降5O;贮罐形状和用材选择余地大,重量轻,可充分利用汽车的有限空间贮气;以及压力低,使用方便和安全可靠等优点.ANG技术的关键是吸附剂的选择和开发.自5O年代起,人们就开始筛选适合于天然气吸附贮存用的各种吸附剂,如天然沸石,分子筛,活性氧化铝,硅胶,炭黑和活性炭,得出的结论是活性炭是最有效的天然气吸尉.因为炭质吸雨剂中有丰富的微孔吸附甲烷,使其成为液相而填充在微孔当中,从而可望在较低的压力下(4MPa)贮存相当量的甲烷.但就通常使用的工业活性炭而言,由于比表面积较低(1200m./g),孔径分布较宽,在贮存压力为3.4MPa,环境温度下甲烷的贮存容量只有20MPa时CNG贮存容量的1/3一l/Z(约为在3.5MPa下每体积活性炭吸附甲烷5O一8o体积),远未达到实用的要求.为满足ANG技作者简介郭祟涛.男.教授.1951年毕业于天津南开大学化工系,主要从事煤化工和炭索材料的教学和科研工作.详细升绍见本期封三.收稿日期}2O.o一09—012?炭素科技Z000芷术的要求,必须开发天然气专用的活性炭吸附剂才行.理论计算表明,活性炭吸附天然气的最佳压力为3.551MPa.用v/v表示单位体积贮罐所能吸附贮存和解吸释放在288.17K和0.1013Z5MPa下甲烷的体积,则天然气用活性炭吸附剂的实用开发目标为170—190V/V.据文献报导,具有超高比表面积(>3000m./g)的超级活性炭在3.5MPa下对甲烷的理论吸附容量则可达209V/V.由于超级活性炭具有的超大比表面积和很高的吸附容量,它已成为近1O年来许多国家竞相开发的用于天然气吸附贮存的新型炭质吸附剂. AGLARG组织以椰子壳(CNS)为原料,经高温炭化,水蒸汽活化,并采用改进的选择性化学吸附氧的活化技术,使粒状CNS炭对甲烷的吸附存贮容量提高了l8.所制备的PVDC型炭在3.45MPa和25℃时的甲烷吸附贮存量和解吸释放量分别达到170V/V和13jV/V日本大阪煤气公司采用煤焦油沥青作原料生产出高活性的炭微球(2—60岫1),再经KOH活化后制得AMB系列活性炭,在装填比7O,3.1MPa和25C条件下甲烷的贮存容量~150V/V.日本大阪煤气公司生产的牌号为M一3O用KOH活化的活性炭,其BET 表面积为3000m/g,孔径分布4O一5OA,在1.368MPa和25℃时甲烷的吸附量为0.1lgg/g炭.日本关西热化学株式会社开发的商品名为MAXSORB的高功能活性炭,其制品表面积为3050m/g,细孔容积为L8ml/ g,实验室条件下对苯的吸附量达到1.50g/g. 加拿大魁北克大学等单位采用高比表面积粉末活性炭经加压成型,使粉炭体积缩小5O,密度达到0.7og/m|.这种高密度吸附剂具有抗粉化性能,在3.45MPa和Z5"C时甲烷吸附量可达0.1Z3g/g炭,相当于184V/V.美国Amoco公司的牌号为AX—Z1用KOH活化的活性炭,比表面积达3000m/g,在3.5MPa和25℃时甲烷吸附存量可达144v/v:由该公司制备的另一种高比表面积GX一32活性炭,采用合适的装填方法,在3.6MPa和环境温度下可使甲烷吸附量达到160v/V.前苏联曾比较了cKF一6A活性炭(由泥煤制备,堆积密度0.38g/cm.,微孔容积0.6ml/g)和9LXC活性炭(由美国Uilion Carbide公司生产,堆积密度0.44g/em)对天然气和甲烷的吸附能力,发现二者的吸附容量基本相当,在1日5MP和常温下lm.活性炭可吸附44kg甲烷或32kg天然气.中国石油大学和大庆能源技术开发公司合作,木质素为原料制备的粉炭吸附剂的最高比表面积达2919m0/g,堆积密度0.2g/cm. 左右,最大吸附量>30wt(常温,6.0MPa)经成型研究,已获得颗粒密度为0.59g/era,吸附量>23wt的型炭吸附剂,经中试放大, 已能在5t/a吸附剂的中试装置上生产块状吸附剂(4×4era).其性能指标为:天然气吸附容量23—26wt(常温,6.0MPa),颗粒密度0.35g/cm,机械强度正压为587kgf/cra.,侧压为16.6kgf/em..经两次车试表明,吸附剂脱气速度能满足向汽车供气的要求.中国科学院山西煤炭化学研究所近年来以高软化点沥青和沥青焦为原料,采用KOH 直接活化法,研制成功了表面积约2500—3509m/g的超级活性炭,并对其吸附甲烷的性能进行了探索性研究,取得了一些令人满意的结果.天津大学近年来开展了椰壳炭和活性炭纤维吸附甲烷的研究,初步成果令人瞩目. 活性炭的吸附量和填充密度是衡量吸附剂吸附特性的最基本的质量指标.但吸附量和填充密度具有逆变关系,为达到吸附剂对天然气吸附贮存的最佳效果,在活性炭的制备中需将二者统筹考虑.从微观结构来看,决定活性炭对天然气吸附性能最根本的因素还在于微孔结构,尤其是微孔孔径(<3O^)和孔容(>0.5ml/g).第3期郭崇涛贮存天然气用超级活性炭?3? 活性炭吸附量和填充密度虽与制造工艺密切相关,但粒炭粒径分布和表面处理,以及粉炭成型技术都有助于活性炭吸附性能的改善.尽管理论上超级活性炭可达到很高的吸附贮存容量,但可能由于其表面化学性质及孔径分布的原因,目前的实验值仅为理论值的一半左右,因此在活性炭吸附剂的实用化过程中存在的主要问题是还没有研制出达到开发目标的产品;除此之外,炭质吸附剂的表面化学性质,微孔孔径分布及结构与其吸附甲烷性能(吸附容量,吸脱附速度等)的内在关联性方面仍留有许多研究空白;再者,吸附一解吸过程中的热效应对吸附贮存容量和解吸释放容量的影响以及活性炭的使用寿命问题都有待进一步解决.我国的天然气贮量相当丰富,采用ANG技术来获取汽车燃料将会有着巨大的市场潜力,而开发ANG技术的关键问题是研制出能满足实用要求的超级活性炭吸附剂.制备活性炭的原料多种多样,倒如椰子壳,木质索,石油焦,煤沥青,人造丝,中间相微球等等均可作为生产活性炭吸附剂的原料.利用国有原料,开展ANG技术的研究对综合高效利用我国的天然气资源,解决即将到来的石油短缺及保护我国的大气环境都将产生深远的影响.当前用作天然气吸附贮存的新型活性炭吸附荆的研究工作仍在继续.美国燃气工业研究所(IGT)曾指出,ANG是项经济上可行且有竞争力的替代CNG的技术,其开发过程中的主要问题是新型活性吸附剂的研制和实用化.我国在该领域的研究工作已有可喜进展,而且某些单位已研制出一些高比表面积, 孔径和孔容都能基本满足天然气吸附贮存需要的超级活性炭吸附剂但实现实用化还有许多研究工作要做.参考文献1美国克莱斯勒汽车公司,1996年年度报告. 2意大利非亚特公司,1996年年度报告.3D.F.QI1innandJ.A.MacdonaId,新型炭材料. 1995?No.1,p4O.4A.Cheffeeta1.,新型炭材料,1994,No.4,p57.5答瑞律男等,新型炭材料.1994,No.1,pl0.6J-Sun?T.A.Bradyeta1.,22ridBiennialInter—nationalConferenceonCarbon?SanDiego.1995, p249.7康晓东等.中国煤气层,1995,No.2.p39.8.N.D.ParkgnsandD.F.Quinn,in.Porosityin Carbon".Ed.J.W.Partrick,London,1995,P302.9邹勇等,石油与天然气化工,1996,No.2,p56. 1OX.S.ChenandB.Mcenaey.22ndBiennialIn—ternationalConferenceonCarbon,SanDiego. 1995?p504.¨中国专利,ZL92111246.7.12锦堂,天然气化工.1996.No.2,p65.13唐晓东,石油与天然气化工.1996.No.4. 14U.S.Patent507l820.15孙乃有,中国能源,1995,No.6,pl7.16欧阳曙光等,炭紊,1996.No.I,p28.17杨骏等,炭紊技术.1993,No.2,p1.18乔文明等,炭紊技术,1994,No.2,p1.。
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/m30.4955 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A VGV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. 0 MPa)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. 0 MPa,仅为CNG的1/4-1 /5)即可获得接近于高压下(20 MPa) 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16 kJ/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3-4 MPa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3.551 MPa,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1 200m2/g左右,由于孔分布太宽,在298K、3.4 MPa下吸附存储甲烷量只相当于20 MPa下压缩存储甲烷量的1/2。
比表面积高达3000-4000 m2/g的高比表面活性炭(HSAAC)正成为天然气吸附材料研究的新热点。
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、中孔和微孔,只有在孔径为2nm左右的微孔中,体积填充机制才起作用,从而大大增加储气量,储气吸附剂采用比表面积为3000 平方米/克的微孔活性炭,在常温下,压力为1.6 MPa时,对甲烷的吸附能力大约是80g/ml。
为了增加单位容积的储气量,不但要求单位重量的活性炭上吸附甲烷量多,更希望单位体积吸附剂中吸附的甲烷量多。
超级活性炭的比重为0.2-0.3 g/ml,为了增加体积吸附量一般要对吸附剂进行成型加工,以增加该活性炭的密度。
目前能够提供的超级活性炭密度为0.5-0.7 g/ml,因此储气的工艺和装置的研究,可以基于这种活性炭进行。
(2)天然气吸附储存的可行性及经济比较分析目前,国内已掌握了吸附储气的关键技术-吸附剂(超级活性炭)的制备,此超级活性炭比表面积为3000 平方米/克,是普通活性炭的两到三倍。
其储气能力为120-170 v/*v,即在3.5MPa压力下,一立方米装有吸附剂的气瓶可容120~170标准立方米天然气。
这就是说可以用较低的压力,在同样的体积下存储更多的甲烷气体。
陕北天然气进入天津市储配站的压力为 1.8~1.6MPa,中压管网压力为0.2MPa,则每立方米超级活性炭可以储存84标准立方米甲烷气体。
如果单纯依靠压缩储存甲烷气体,当气体的压力由0.2MPa增加到1.6MPa,每立方米容积仅可以储存14标准立方米甲烷气体,也就是说,同样压力差下,有吸附剂存在时储存气体能力是单纯压缩情况下的(84/14)=6倍(此时超级活性炭的比重按0.5 g/ml考虑),就普通湿式和干式储气柜而言,一个填满活性炭的储罐,如果其储气压力为1.6MPa,则储气能力相当常压储柜的100倍,即一个1000立方米填满超级活性炭的储罐接近于一个10万立方米常压储柜。
考虑到活性炭的比表面和压实密度以及储罐结构要求等因素,我们用1500立方米的1.6MPa的压力储罐的储气能力相当于10万立方米常压气柜的情况,进行初步的经济分析。
一个1500立方米的1.6MPa储罐的投资为300万元,吸附剂价格为2万元/吨,(密度按500千克/立方米,吸附剂价格为1万元/立方米),故1500立方米填装吸附剂的储罐总价为1500+300=1800万元。
能力相当的非吸附储罐(柜)的价格为:一个10万立方米干式柜总投资为3000万元;一个10万立方米湿式柜总投资为1500万元;六个1500立方米的1.6MPa储罐投资为2250万元(占地系数取1.25)。
由以上简单的计算可知,在投资方面,以填充活性炭加压缩罐代替低压干式储柜经济效益是相当可观的,填充活性炭压力储罐与不填充活性炭的压力球罐相比也有一定的优势。
但是由于吸附储气工艺尚不成熟,活性炭需再生或更换,气体进入储气柜前还需净化处理等,因此吸附存储在技术和经济上是否具有显著优势,必须进行进一步研究。
(3)几点建议①吸附储存调峰的研究吸附储气的目的是在用气低峰时能方便地使气体吸附储存起来,在用气高峰时气体能自动迅速地解吸释放出来,实现调峰之功能。
解吸可用两种方法来实现,一是升温解吸;二是降低压力解吸。
显然升温解析在工艺上难以做到,降低压力是较为可行的方法。
但如何根据这个原理设计吸附储存调峰的工艺流程,保证吸附储气能起到正常调峰之作用,必然有许多问题要进行研究。
例如,要让储气在用气高峰时获得足够的压力差作为推动力以保证解吸速率和解吸量等。
具体所要解决的问题有如下几个方面:计算吸附储气罐的储气调峰能力。
提出吸附储气系统储、供过程的最佳操作和控制方案。
不同压力等级管网的吸附储气系统的配置及技术经济比较。
②吸附热的移出与解吸热的引入的研究伴随吸附和解吸过程要有一定量的热交换,因此吸附和解吸的速度与温度有关,热量交换的速率和方式又对吸附储气有着重要影响. 可以考虑用固-液相变的原理来选择载热体,进而解决热量的有效传递。
当吸附时气体放出热量使载热体由固相吸热变为液相,当解吸时气体吸收热量使载热体由液相放热变为固相。
此方法既可以保证热量的有效传递,又不会引起温度大的波动。
要解决的问题是这种载热体的选择与制备和换热器的结构与设计。
另外,热量的移出与引入还可以考虑热管技术和其它更有效的换热方式。
③吸附储气罐前的气体净化技术研究超级活性炭具有3000 平方米/克的比表面,且微孔很多。
因此,如果天然气中所含杂质附着在或凝析在活性炭表面,则会使其有效比表面数值锐减,甚至阻塞微孔,进而降低其储气能力。
天然气中的C3、H2O等物质在活性炭表面很容易凝析。
因此,必须将其进行有效的分离,以保证储气罐正常工作。
④超级活性炭再生技术的研究储罐内所装活性炭的价值远远高于储罐本身的价值,因此,如何延长活性炭的使用寿命就显得特别重要。
活性炭连续使用其吸附能力必然下降,所以活性炭的再生技术也是吸附储气的关键技术。
要研究的内容有:活性炭活化的工艺, 活化介质的选用及操作参数的确定等。
⑤超级活性炭的填装技术研究既要保证活性炭有足够的比表面,又要使其有较大的密度,进而确保有限的容积存储更多的天然气。
一方面要满足活性炭装卸方便;另一方面要保证热量传递迅速。
因此,在活性炭的形状、装卸工艺以及存储设备等方面都需要进行研究。
吸附储气既实践了吸附理论又应用了新材料,它是新领域里的新技术。
建议加大吸附储气的研究力度。
使其早日成为成熟的技术,以达到吸附储气在更广泛的领域得到应用。
尤其是天然气的吸附储存。
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2 912 m2/g,在6. 0 Mpa、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2 399 m2/ g,块密度为0. 59g/ cm3,在4.0 Mpa、25℃时,甲烷吸附量为17.5 %,体积比为148;6.0 M Pa时,甲烷吸附量为23 %,体积比为181。