用活性炭纤维吸附天然气的探究

杨晓春,计 鹏

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆，163318；2.大庆油田有限责任公司，黑龙江大庆，163318）

用活性炭纤维吸附天然气的探究

杨晓春1,计 鹏2

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆，163318；2.大庆油田有限责任公司，黑龙江大庆，163318）

通过对天然气的吸附、存储、以及对吸附剂的选择、制备和吸附剂表面的修饰、改性的介绍，从而得出了活性炭纤维的作用，被作为一个很实用的吸附剂，同时，也分析了活性炭纤维吸附性能受到影响的因素。

吸附式存储；活陛炭纤维；吸附罐

随着时间的推移，使得每天的耗能压力加大了，而石油及其提炼物等燃料给环境造带来了污染，越来越严重，对于石油产品，在化工行业中，被广泛的应用起来，把天然气当做为汽车的一种、替代性的燃料。对于汽车的、每一种的替代性燃料中，因为天然气具有良好的燃烧的特性、丰富的储量，所以，被当做汽车的各种替代性的燃料。但是，把天然气用在汽车的燃料中，存在一个最显著的不足，即其能量的密度不高，在IL汽油燃烧后，往往可放出45MJ的热量值，而在室温、常压下，对于IL的天然气，经过完全的燃烧所放出的是0.04MJ的热量值，因此，我们要限制天然气的使用在车上，对于燃料的主要问题，是它怎样去储存。对于天然气的储存，具有三种方法：通过压缩式去存储、液化式去存储，以及吸附式去存储，而吸附存储天然气的技术，即ANG，因为其储气的压力不高、其成本不高而安全性不差等优点，所以，被作为天然气的车用、储存的技术。所谓吸附式存储技术，是指在储气罐中，把天然气作为专用的吸附剂，而采用的是比表面积大的、丰富的微孔的结构，即孔径小于2nm，在室温、中低压，即小于4MPa以下，把天然气按照吸附的方式去储存，因此，联系实际的需要，给天然气在储存、工艺、装置等方面进行应用、研究，这是一个很重要的课题。对于此项工作，除了可以提高天然气的储存技术；还可以加大天然气的应用，特别是把天然气用在汽车方面。

1 吸附存储的原理及吸附剂的选择

目前，对于这一方面的研究，其核心为吸附剂的制备，以高效、低成本为特征，另外，对于每一种吸附的材料，要求考虑其微孔的结构、制备的方法，这往往给吸附性能带来影响。我们都知道天然气的主要成分是CH4，在这个分子内没有偶极矩，它与吸附剂之间的一个作用力是VanderVaals，在力中的Londond，是色散力，所以，在吸附过程中，吸附剂表面的极性对其影响不大，而吸附量由吸附剂的微孔、孔容、比表面积决定。根据实验表明，在此基础上还要考虑的是：所填充的密度、吸附的重量比、填充后的比表面积，以及损失率等。

1.1 吸附储存的储气原理

在VanderVaals力作用下，把天然气分子吸附到吸附剂的微孔内，以及表面，来减小压缩式储存中的压力，这就是所谓的吸附式存储天然气。这几年，国外一直在研究一个关于增加天然气的存储技术，利用一个吸附介质将气体进行吸附到一个大的容器当中，因为在吸附剂表面有大量的分子，其与气体之间存在一定的作用力，其比气体分子间的作用力高，这样就造成在吸附剂表面的分子、尤其在附近的气体分子，其浓度比气相主体浓度要高。

1.2 吸附材料的选择

在70年代，有一种新型的吸附材料，即活性炭纤维，在人们的选择、比较的基础上，把活性炭即ActivatedCarborn，以及活性炭纤维，作为天然气的吸附存储材料。由于这种比较新型的吸附剂对于气体的吸附能力强，所以要比一般的活性炭有着更加好的性能。它独特的微孔结构，决定了其优良的性能，以及特有的孔结构。在对活性炭、活性炭纤维的孔结构的研究基础上，分析出AC的孔径在分布上不宽，而微孔是丰富的，其开口在纤维的表面，有不多的是中孔，而大孔的数量很少甚至没有；而对于活性炭，其孔径分布不窄，具有很多中孔和大孔，在填充吸附罐时，往往需要的是薪结剂来固定其成型，从而，造成一部分的比表面积的损失，而其吸附、脱附的速度比较起来不快。主要是由于天然气发生吸附作用的时候，是根据微孔的结构形式进行的，因此，在一样的条件之下，采用ACFs对此进行吸附，在吸附效果方面，速度方面都要优于活性炭。另外，对于活性炭纤维的微孔，往往开口在纤维的表面，所以，ACFs是天然气吸附、储存的一个主要吸附材料。

3 活性炭纤维的制备后的性能分析

3.1 影响炭纤维活化后性能的因素

如果当炭纤维被活化之后，针对影响吸附性能方面的因素进行探究，可以得出，主要是由于活化剂的类别、浓度大小以及环境温度等因素的影响，在工业上，往往使用的是活化剂，即水蒸气。我们根据相关的研究资料，可以知道，当活化的时间加长了，在温度和浓度方面也相应的进行了提高，活化吸附剂表面积就会增大，在这些变量加到一定数值后，使得ACsF的表面积、吸附数量又是下降的态势而进行。

3.2 决定ACFS对天然气吸附性能的因素

对于天然气吸附性能，由比表面积、微孔体积而决定。所以，我们在进行填装吸附剂材料的时候，要结合这两个方面去考虑，不能单一的去考虑。否则就会出现偏差。

综上所述，本文对于对天然气的吸附、存储、以及对吸附剂的选择、制备和吸附剂表面的修饰、改性的介绍，从而得出了活性炭纤维的作用。

[1] 陶北平,张剑锋.天然气汽车甲烷专用吸附剂的研究开发概况[J].天然气化工.2001(04)

[2] 陈庆文,陈庆敏,郑艳彬.天然气吸附储存技术[J].油气田地面工程.2001(04)

[3] 李汝雄,杨春育.用炭素材料吸附贮藏甲烷和氢气[J].化工新型材料.2001(01)

杨晓春，男，1990年12月23日，东北石油大学石油工程学院在读本科生

Using Activated Carbon Fiber Adsorption Gas Research

Yang Xiaochun1，Ji Peng2
(1.College of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing,163318,China 2. Daqing Oil Field,Daqing,163318,China)

Based on the adsorption of natural gas,storage,and the selection of adsorbent,preparation and modification,modification of the surface of the adsorbent is introduced,and the role of activated carbon fiber is obtained,is used as a useful adsorbent,at the same time,also analyzed the factors affected the adsorption performance of activated carbon fiber.

Adsorption storage;Live positions carbon fibers;Adsorption tank

图1 活性炭纤维有机天然气吸附装置工艺流程