一种低压储存甲烷或天然气的技术方法

摘要

本发明提供了一种甲烷或天然气的储存技术方法，利用该方法可实现对甲烷等轻质气体的低压储存。该方法在新型吸附存储技术的基础上进行改进，可大大增加吸附剂对甲烷或天然气的吸附容量，降低存储压力，提高存储过程的热稳定性，可更好地应用于甲烷或天然气的存储。其主要技术特征包括：(1)采用了基于吸附的气体存储技术，可大大降低甲烷或天然气等气体的存储压力；(2)采用孔径调节技术增加活性碳中的1.1～1.5nm范围微孔数量分布，从而提高其对甲烷或天然气的吸附能力，比同类型技术所用吸附剂具有更强的吸附性能；(3)对吸附剂进行水浸处理，使吸附剂表面形成一层水膜，进一步提高了吸附剂对甲烷或天然气的吸附量，同时增强了存储系统的热稳定性。

说明书

技术领域

本发明属气体储存技术领域，其技术内容涉及一种甲烷或天然气的储存方法，利用该方法可实现对甲烷等轻质气体的低压储存。

背景技术

天然气或甲烷作为石油替代燃料具有很多优势。首先，天然气资源储量丰富，我国目前累计探明天然气储量达2.16×10⁴亿m³，且周边国家天然气的资源量可供性也相当大，以现有的消耗速度计算,全球天然气储量至少还可以使用60年，而石油资源则在约30年后就会消耗殆尽；其次，污染轻，环境友好性强。目前由汽车燃油导致的空气污染日益严重，而天然气中含硫量较少，易脱除，燃烧性能强，燃烧过程完全，颗粒物排放少。从治理大、中城市大气污染角度看，与燃油汽车相比，天然气汽车尾气中CO₂的排放量降低了25%，CO的排放量降低了89.7%，SO₂的排放量降低了70%，NO排放量降低了40%，碳氢化物排放量降低了70%，颗粒物排放量降低了80%。据预测，2010～2020年天然气在我国能源结构中的比例将达到35%~40%，天然气将逐步成为21世纪替代石油的首选燃料。然而，天然气或甲烷的存储和运输是其作为石油替代燃料需要解决的关键技术问题。

目前，公知的甲烷或天然气存储技术主要有液化技术(LNG)、压缩技术(CNG)和水合技术(NGH)。这些技术方法既具有各自的优点，但也存在各自的缺点。例如，液化储存技术的存储容量最大，存储比可达600倍以上，可直接作为汽车燃料供给，但该技术存在液化成本高，加气站技术难度大，投资高，对储瓶材质的绝热性能要求高，汽车使用液化气需加装辅助设施等一系列缺陷；压缩储存技术的存储容量虽然也较大，但存在储存压力太高(25Mpa)，压缩设备投资大，存储瓶耐压要求高，安全隐患多等问题；水合储存技术虽然具有，存储压力低，存储条件温和，安全性高等优点，但也存在水合诱导期长，水合物分解缓慢，使用不便等问题。因此，为了降低甲烷或天然气存储和使用成本，解决现有存储技术存在的存储压力高、设备投资大、安全隐患多、使用不便等问题，需要开发一种新的替代技术方法来解决甲烷或天然气的存储问题。

吸附存储技术是近年来出现的一种新型气体存储技术方法。该技术是指在储罐中装入高比表面积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4Mpa～5Mpa的中低压下使甲烷或天然气吸附存储的技术方法。由于该技术具有压力低、加气站设备投资少、储气瓶自重轻、材料要求低、安全性强等优点，因此已受到广泛关注。然而，现有的吸附存储技术也存在存储容量较低，稳定性易受温度影响等问题。为解决现有吸附存储技术存在的问题，本发明提供一种新的改进方法，该方法可大大增加吸附剂对甲烷或天然气的吸附容量，降低存储压力，提高存储过程的热稳定性，从而使吸附存储技术能够更好地应用于甲烷或天然气的存储。

发明内容

为了克服目前甲烷或天然气存储技术存在的存储压力高、设备投资大、材质要求高、安全性低、使用不便等缺陷，本发明提供一种新的存储技术方法，该方法在新型吸附存储技术的基础上进行改进，可大大增加吸附剂对甲烷或天然气的吸附容量，降低存储压力，提高存储过程的热稳定性，可更好地应用于甲烷或天然气的存储。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：(1)选择新型吸附存储技术作为存储甲烷或天然气的基础技术；(2)采用吸附剂孔径调节技术提高活性碳吸附剂中1.1～1.5nm微孔数量，研究结果表明，此孔径范围的微孔数量增加，对吸附甲烷十分有利，从而提高了碳吸附剂对甲烷或天然气的吸附能力；(3)将活性碳吸附剂用水浸泡，经水浸泡后的活性碳吸附剂对甲烷或天然气的吸附量将大大增加，其原因是经浸泡后，活性碳孔表面会形成一层水膜，当甲烷接触水膜时，易于形成水合物，从而促进了吸附剂对甲烷的吸附和稳定，同时由于活性碳比表面积大，水膜厚度小，水合物形成的诱导期短，水的自保护作用弱，传质阻力低，解吸速度也比较快。另一方面，由于有水的存在，系统热容增大，不易受环境温度变化的影响，稳定性得以增强。

本发明具有的主要技术特点是：（1）与传统甲烷或天然气存储技术相比，本发明提供的基于吸附的存储技术方法可在4～5Mpa的低压下存储甲烷或天然气，远远低于压缩存储技术所需的25Mpa的存储压力，且存储比可达到180以上，达到国家规定的要求。（2）采用孔径调节技术增加活性碳中的1.1～1.5nm范围微孔数量分布，从而提高其对甲烷或天然气的吸附能力，比同类型技术所用吸附剂具有更强的吸附性能。（3）对吸附剂进行水浸处理，使吸附剂表面形成一层水膜，进一步提高了吸附剂对甲烷或天然气的吸附量，同时增强了存储系统的热稳定性。

具体实施方式

1、将活性碳吸附剂在600℃和800℃条件下进行分段热处理调节活性碳孔径分布，其中，600℃处理1.5小时，800℃处理0.5小时，经热处理后得到的活性碳其1.1～1.5nm孔径的分布数量将比处理前增加了20%以上，对甲烷或天然气的吸附力得以增强。

2、将经孔径调节后的活性碳吸附剂在去离子水中浸泡24小时，过滤后在阴凉通风处晾至半干半湿状态，其水分含量控制在8～10%。

3、将制得的活性碳吸附剂填充于圆形金属吸附柱中，并将多根填充有吸附剂的金属吸附柱插入带有管架的存储容器中成集束状，存储器上端设有灌装接口和阀门，甲烷或天然气灌装时，气体经压缩机在4～5Mpa的低压下从接口灌入。