超高比表面积活性炭用于天然气吸附储存的研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第2期周桂林等：超高比表面积活性炭用于天然气吸附储存的研究37超高比表面积活性炭用于天然气吸附储存的研究周桂林，蒋毅，邱发礼。(1．重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆，400067；2．中国科学院成都有机化学研究所，四川成都，610041)摘要：以超高比表面积活性炭为吸附剂，对天然气的吸附储存性能进行了研究。结果表明，超高比表面积活性炭具有较强的循环使用性能，经180次循环使用后，吸附储存天然气的能力仅下降9％左右。天然气的脱附量(V／mL)与脱附时间(t／s)

2、之间满足函数关系：V=149．7Ln(t)一97．2，天然气脱附速率为：dV／dt=149．7h；吸附压力P(MPa)与天然气脱附量增加百分率(％)之间满足乘幂函数关系：=CxP“。关键词：超高比表面积活性炭；吸附剂；天然气；吸附储存中图分类号：o647文献标识码：A文章编号：11301-9219(2O1O)02·37一o4吸附天然气(ANC)是将具有发达孔结构的材料用下真空处理2h左右，以脱除活性炭样品中的杂质作吸附剂，通过物理吸附将天然气分子吸附于材料孔气体。采用AutosorpZXF-04物理

3、吸附仪，以高纯氮的表面，使多孔介质中吸附相天然气密度远高于同压气为吸附介质、液氮作冷阱(77K)，根据静态低温氮下气相主体的密度，从而在较低的压力下实现高密度气吸附容量法，测定活性炭样品的有关结构参数。天然气的储存。目前所研究的天然气吸附储存材料测得该超高比表面积活性炭的比表面积为2874m·中，碳基吸附剂是最具有应用前景的天然气吸附储存g一，孔分布如图1。材料。以活性炭为吸附剂的ANG因其能在较低压力(503MPa~MPa)下达到安全、经济地储存天然气的Et4O的，已成为世界各国研究者关注的天然气

4、储存技术。暑30。本文以石油焦为原料，KOH为活化剂制得比表220≯面积为2874m·g。的超高比表面积活性炭作为吸10附剂。以天然气为吸附质，考察了杂质气体对超高墨0一一一比表面积活性炭循环使用性能的影响，并研究了超．22—33．44．66—88Io20—3040-50Poresize，nm高比表面积活性炭上天然气脱附动力学。同时，从图1超高比表面积活性炭的孔分布理论上分析了吸附温度对天然气脱附量的影响，并Fig．1Poresizedistributionofactivatedcarbonsorb

5、ent与实验结果进行了对比。1．3天然气脱附量的测定1实验部分采用实验室自建吸附装置，容量法测定天然气1．1超高比表面积活性炭的制备脱附量。以自制的超高比表面积活性炭为吸附剂，在以石油焦为炭前驱材料，粉碎筛选一定粒度的一定的吸附温度下通入天然气到一定的压力，让其原料石油焦与活化剂KOH混合，在一定的活化温吸附平衡足够的时间，在298K、常压下达到脱附平度、活化时间下在惰性气氛中活化。冷却到室温经衡后测量天然气脱附量。管线及样品死体积由天然洗涤、干燥制得超高比表面积活性炭。气测定并扣除，活性炭使用前于

6、393K下脱气lOh。1-2结构参数测定2实验结果与讨论实验称取活性炭样品0．2000g左右，在473K2．1超高比表面积活性炭循环使用性能研究收稿日期：2009．09．08；基金项目：重庆工商大学青年基金项通常情况下，即使将天然气经过严格的预处理，目(0852005)；作者简介：周桂林(1973一)，男，副教授，博士，其中仍含有一定量的杂质气体。其中的杂质气体如电邮upczguilin@sohu．corn。学兔兔www.xuetutu.com38天然气化工2010年第35卷一Jg口n0E对0一苞象

7、C或C圾硫化物等，吸附于吸附剂表面不易脱附，31％左右。由于微孔的孔壁间距较小，则微孔中会形使得吸附剂上天然气的有效储存量(脱附量)不稳成强的吸附场，这种强的吸附场会对吸附质产生非定，经多次循环使用后吸附储存天然气的能力急剧常强的吸附作用，使得部分被吸附质在脱附过程中会降低。实验以天然气为吸附质(其中所含杂质的体不易从超高比表面积活性炭表面上脱附，尤其如积分数为：空气1．88％，CO21．10％，C2、C2<0．02％；C：、C等分子量较大的烃类及极性较强的硫化物和硫化物质量含量<270mg·m。3

8、)，在未经特殊处理的微量的H：0分子，使得该部分孔被“堵塞”而不能再情况下，考察了超高比表面积活性炭循环使用的稳利用，从而导致超高比表面积活性炭经循环使用后定性。在吸附温度为298K时，多次循环使用吸附储存天然气的能力降低。另一方面，由于天然气中剂上天然气脱附量与吸附压力的关系，如图2。存在微量的H20蒸汽，微量的H0蒸汽分子被吸附于超高比表面积活性炭孔内，会与吸附态甲烷分子形成具有簇结构的水合甲烷分子17]。这种水合甲烷分子的形成，也会堵塞超高比表面积活性炭的部分孔