[发明专利]一种使用新型高比表面活性炭材料脱除天然气中二氧化碳的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于天然气处理技术领域。更具体地，本发明涉及一种使用新型高比表面活性炭材料脱除天然气中二氧化碳的方法。

【背景技术】

随着人们对生存环境的日益关注，天然气以其低污染、低成本、易加工等特点作为经济、洁净的新型能源正受到世界各国的日益重视。目前，在世界范围内天然气在能源消费比例中占24％，预计到本世纪中叶时将会上升至40％(张昊志，倪维斗，江华，“几种天然气制二甲醚方案用于解决国内天然气应用的探讨”，[J].天然气化工，2004，29(6)：28-33)。我国是天然气存储量大国，但由于传统的“重油轻气”的方针和相对落后的技术，使得天然气在我国的能源消费中仅占3％，而且我国的天然气主要分布在西部偏远地区，经济技术都比较落后，如何充分的发挥我国天然气储量丰富的优势，进而取代日益枯竭的石油资源，将成为我国今后能源战略的主要方向。

此外，天然气还是化工基本原料的重要来源。从油气田中直接开采出来的湿性天然气中，除主要成分CH₄外，还含有大量的乙烷、丙烷、丁烷及C4以上的重烃、硫化氢、氮气和稀有气体等。高效的分离技术无疑会给下游产品的生产提供大量的原材料。以天然气为原料生产CS₂，二甲醚等产品已在国内得到应用，发达国家合成氨和甲醇几乎全部用天然气生产。将天然气作为新型环保的汽车燃料，在世界范围内也吸引了越来越多的关注，并成为未来汽车发展的重要趋势(李晓鹏，李可彬，王乐，“天然气吸附技术及吸附剂的研究进展”，广州化工，2010，38(4)：15-17)。

然而，作为一种新型清洁能源，天然气与通常使用的液体燃料相比，常温下难以液化，常压下能量密度(单位体积的燃烧热)较低[Cracknell R.F，Gordon P，Gubbins K.E.Infulence of Pore Geometryon the Design ofMicr oporousMaterials forMethane Storage[J].J.Phys.Chem.，1993，97：494-499.]，给储存、运输和使用带来不便。目前，提高天然气存储密度的方法有三种：液化天然气(LNG)、压缩天然气(CNG)、吸附天然气(ANG)。

液化天然气技术是将天然气冷却到111K，使之成为液态天然气。然而，LNG需低温制冷，能耗高，储气设施维护较复杂，液化工艺复杂，设备造价高，运行费用也较高。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。但CNG需要昂贵的多级压缩机，能耗大，储存容器需耐高压，不仅自重大，且具有一定危险性。

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。随着ANG技术日臻完善，正逐渐显示其吸附储存天然气的竞争能力。但ANG技术的关键是开发吸附量高的吸附剂。

据报道，我国的北方气田中天然气的主要成分一般是约70重量％甲烷与其它烃类化合物，约30重量％CO₂及其它杂质，而南方气田中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，杂质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。

1、低温甲醇吸收技术

该技术是20世纪50年代由德国林德(Linde)公司和鲁奇(Lurgi)公司联合开发的。工艺以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的优良特性，脱除原料气中的酸性气体。该方法因其能溶解一定量的烃类，带来原料气的损耗，另外需要甲醇制冷系统，所以不易推广应用。

2、膜分离技术

膜分离是利用薄膜材料对各种气体的渗透率不同来实现分离的方法，膜分离工艺装置简单，操作方便，能耗低。目前膜分离装置国内没有先例，需要引进国外设备，国外公司报价昂贵，技术的成熟性有一定风险。

3、醇胺溶液化学