[发明专利]用竹木屑制储存天然气载体活性炭的方法及炭活化设备

说明书

一、技术领域

本发明涉及活性炭的制备方法和设备，尤其是以竹、木屑为原料制备储存天然气的载体活性炭的方法及炭活化设备。

二、背景技术

目前，天然气的储存方式主要有三种方法：压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)和吸附天然气(ANG)。CNG是将天然气压缩储存在高压容器中的技术，是目前车载天然气的主要存储方式，由于车载压缩天然气的储存压力高达20～25MPa，其储气瓶属超高压容器，具有一定的潜在危险性；储气瓶自重大，制造成本高，无论是国产还是进口的，其价格都很高，都难以令用户承受。此外，车载压缩天然气对加气站要求很高，充气压要求在20～25MPa以上，必须由多级压缩的高压压缩机来完成，它不仅增加了成本，而且能耗较高。LNG是将天然气在超低温状态(-162℃，1atm)下液化储存的技术，需要超低温制冷条件，能耗也很高，储气设施维护保养要求高，液化工艺复杂，设备造价高，运行费用也较高，天然气液化装置数量有限，充罐不方便，车载天然气难以大规模采用液化储存。这些无疑都制约了天然气汽车的推广应用进程。如果车载天然气储气瓶压力降至3～4MPa，也就是说将压缩储存天然气改为吸附储存天然气，而其储气量不降低，则天然气汽车及其加气站的许多难题都将迎刃而解，天然气汽车将会得到突飞猛进的发展。吸附储存天然气(ANG)技术就是在储罐中装入高比表面积的天然气吸附剂，利用其巨大的比表面积和发达的孔隙结构，在中压(3.5～6.0MPa)下使吸附天然气ANG具有与压缩天然气CNG接近的储存密度，实现高密度吸附储存的技术，当储罐中压力低于外界时，天然气被吸附在吸附剂固体孔隙表面而借以储存；当外界的压力低于储罐中压力时，天然气从吸附剂固体表面脱附而出供应给外界使用。在常温下，压力为3.5Mpa时，每M³装有超级活性炭的气罐可容纳120～170M³的天然气。ANG储气技术的主要优点有：一是在中压(3.5～6.0Mpa)时即可获得较高的储存密度，对储气和加压设备耐压性能要求不高，加气设备仅需中压压缩机或利用输气管道的输送压力即可，节约加气站的建站费用；二是储气压力较低，安全性能好，日常维护方便，操作费用低；三是储存容器自重轻，形状选择余地大，可根据实际应用情况对储气设备进行合理设计。储存天然气的载体活性炭不仅用作汽车燃料的吸附储存材料，也可用作城市天然气管网的调峰材料，以及无天然气管网地区的储运材料等。可以预计，天然气吸附剂的应用和发展将会成为我国一个新型产业。

要将车载天然气改用吸附储存，研制开发对天然气具有优良吸附和脱附性能的吸附剂是关键。吸附时的放热将引起吸附剂温度升高，脱附时的吸热将会引起吸附剂温度降低，从而影响吸附和脱附性能。为了使吸附剂在吸附和脱附的过程中温度变化较小，要求吸附剂导热性能优良，以便在吸附过程温度升高时尽快将热量传到外界，当脱附而降温时容易被加热。吸附储存天然气的载体活性炭应具有发达的中孔、微孔结构，孔容大，孔径分布窄，比表面积超大，堆积密度大，热传导系数大等特性。

目前，我国主要用石油焦、沥青焦等高含碳的炭原料用碱活化法制备储存天然气的活性炭。而碱活化法是粉状碳基材料用浓碱液浸泡或与固体氢氧化钾KOH混合在高温下活化，然后经水洗和烘干制得粉状活性炭，再加入粘结剂用成型造粒机制成适合于吸附天然气的颗粒活性炭。与本发明相类似或关联的专利有：申请号为92111246.7的发明专利“储存天然气吸附剂及其制造方法”，是以粉状的煤或木质素为原料用KOH与NaOH的混合溶液浸渍后在高温下活化制成粉状活性炭，再加入粘结剂压制成颗粒活性炭。由于成型过程需要加入粘结剂，将会降低成品活性炭的吸附能力；申请号为200610013838.x的专利，述及一种用吸附天然气作为汽车燃料的方法，包括天然气的除烃、钢瓶的加气、带有换热器的吸附天然气钢瓶等，未涉及吸附天然气的吸附载体材料的制备方法与设备。本发明以竹、木屑为原料，并在原料中添加适量的膨化石墨粉，采用磷酸作活化剂制备出颗粒活性炭，然后用碱溶液浸渍并经隔氧高温再活化的两步活化工艺制备储存天然气的载体活性炭，具有活化剂容易回收、产品热传导性好以及容易产业化等优点。

三、发明内容

本发明的内容是以竹、木屑为原料，制备用于储存天然气的载体活性炭的方法与工艺，以及机械化连续出料的立式炭活化炉与回转式碱活化炉。