[发明专利]一种使用活性碳微球吸附剂储存甲烷与脱除二氧化碳的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及甲烷储存与天然气中二氧化碳脱除的技术领域，更具体地，本发明涉及一种使用活性碳微球吸附剂储存甲烷与脱除天然气中二氧化碳的技术。

【背景技术】

随着世界经济与汽车工业的蓬勃发展，能源短缺和汽车尾气的污染日益变得严重，因此，人们不断寻求获得新的能源，其中天然气被公认是一种清洁燃料。目前，天然气不仅用作人们日常生活的主要燃料，而且也用作汽车的燃料，是取代汽油的最佳选择。

同样地，为了应对日益严重的能源和污染问题，我国制定了积极的“西气东输”战略，极大地改变了人们生活的能源结构，其中包括大力推行使用天然气汽车。无疑，有关天然气吸附存储与应用技术具有广阔的前景。然而，与汽油相比，天然气的主要成分甲烷在常温下不能液化，而在常压下它的能量密度(每体积燃料的燃烧热)较低。为此，人们正在积极研究提高天然气的存储密度问题。目前天然气存储主要有三种技术：液化天然气、压缩天然气和吸附天然气。

液化天然气技术是将天然气冷却到111K，即-162℃，使之成为液态天然气。我国公交交通已采用这种技术，目前中原、吉林、长庆、江苏、浦东、深圳等地已经建成液化天然气加气站。但是这种技术的缺点是需要大量的能量液化天然气；输送天然气的管道必须是性能良好的低温隔热材料，因此使天然气应用成本显著增加。

压缩天然气技术是将天然气压缩至20MPa左右成为压缩天然气。在我国也已得到应用，但压缩天然气技术的缺陷是成本高，安全性差。

吸附天然气技术利用具有高比表面和大量微孔结构(孔径＜3nm)的活性炭吸附剂，使天然气在常温、中低压(＜6.0MPa)下实现高密度储存成为可能。与其它两种技术相比，吸附天然气技术消耗能量少，储存容器与输送设备材质要求低，安全性好、操作费用低等经济优势。因此，这种技术一旦进入市场就获得人们的高度重视，但这个技术的关键是需要高吸附量的微孔结构合理的吸附剂与之相配套的工艺方法。

天然气的主要成分一般是约85重量％甲烷与其它烃类化合物，约15重量％CO₂及其它杂质，它们的存在不仅降低天然气的热值，同时还会腐蚀天然气输送管道和储存容器。因此，输送前需要对除去天然气中的二氧化碳，然后使用活性炭吸附剂储存甲烷。

目前，除去天然气中二氧化碳的技术有低温甲醇吸收技术、膜分离技术、醇胺溶液化学、变压吸附技术等。

低温甲醇吸收技术是以冷甲醇为吸收溶剂，利用在低温下酸性气体在甲醇中的极大溶解度性质而脱除天然气中酸性气体的方法。该方法的缺陷是因甲醇还溶解烃类而造成天然气损耗，需要甲醇制冷系统(任晓红、安新明，“油田气二氧化碳脱除工艺优选”，《油气田地面工程》，2005：24(11)；54)。

膜分离技术是利用各种气体对于一定膜材料具有不同渗透率而实现分离的方法，膜分离技术操作方便，能耗低，但膜材料与工艺以工业规模实施还存在许多问题。

醇胺溶液吸收法是天然气酸性气处理使用最多的方法。目前均采用甲基二己醇胺溶剂为吸收液。该方法投资大、占地多，污染环境。

变压吸附技术是利用吸附剂的平衡吸附量随组分分压升高而增加的特性，进行加压吸附、减压脱附的操作方法。该技术工艺简单，装置操作弹性的大；适合原料气量和组成较大波动；原料气中有害微量杂质可以作深度脱除；无溶剂和辅助材料消耗；无三废排放，对环境不会造成污染。变压吸附技术的关键上选择合适的吸附分离材料，目前应用较少。但在环境问题提上议事日程的今天，变压吸附技术有望成为最有可能推广的技术。