CN102031171A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用活性炭材料脱除天然气中二氧化碳的方法。该方法步骤是所述的活性炭材料在反应器中用惰性气体清洗；加热脱杂质；抽真空，让天然气通过装有所述活性炭材料的反应器；二氧化碳被吸附，排出已脱除二氧化碳的天然气；然后将压力降低到常压，再在室温下让氮气气体通过该活性炭材料进行解吸，得到脱除二氧化碳的天然气。采用本发明的活性炭材料的吸附方法可以将天然气中的二氧化碳含量降低到0.05体积％，所处理天然气体积是本发明活性炭材料的1000倍以上，经多次吸附与解吸吸附循环依然保持其选择性，因此，本发明的活性炭材料满足实际使用需要，具有良好的应用前景。

Description

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

【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

目前醇胺化学溶剂吸收法是天然气酸性气处理使用最频繁的方法。CO₂等酸气的脱除过程主要为化学反应所控制，而较少依赖组分的分压。目前国内外很多类似装置均采用甲基二己醇胺(MDEA)溶剂为吸收液的脱除技术。该方法投资大、占地，并且设备繁重。对环境有所污染。

4、变压吸附技术(Pressure Swing Adsorption，PSA)

变压吸附技术是利用吸附剂的平衡吸附量随组分分压升高而增加的特性，进行加压吸附、减压脱附的操作方法。PSA技术有以下几个特点：工艺简单，装置操作弹性的大；适合原料气量和组成较大波动；原料气中有害微量杂质可以作深度脱除；无溶剂和辅助材料消耗；无三废排放，对环境不会造成污染。变压吸附技术的关键是选择合适的吸附分离材料，目前应用较少。

因此，现在还需要研究一种既操作方便、安全、能耗低，又易于实施的脱除天然气中的二氧化碳与储存甲烷与的方法。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供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。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

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的二氧化碳的方法。该方法包括下述步骤：

A、把所述的活性炭材料装入反应器中；

B、关闭反应器，让惰性气体通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路；

C、使用加热炉将所述的活性炭材料加热到温度500-573K，进行脱杂质处理；再启动真空泵抽真空直到10^-2帕，关闭该真空泵，接着启动分子泵，抽真空10^-5帕达到18-24小时；

D、开启天然气气源减压阀，在吸附压力0.1-6.0MPa与温度-15℃至室温下，所述的天然气以流速0.5-0.8m/s通过装有经步骤C)处理的活性炭材料的反应器，二氧化碳被吸附，排出已脱除二氧化碳的天然气，当检测排出气体中二氧化碳含量升高达到0.1体积％时，就关闭减压阀结束吸附；

E、然后，通过压力控制器将压力降低到常压，在室温下让惰性气体通过该活性炭材料进行解吸，得到脱除二氧化碳的天然气，解吸后的活性炭材料继续循环使用。

根据本发明的一种优选实施方式，所述的活性炭材料是由含有以所述活性炭微球总重量计90.0重量％以上无定形碳基材料组成的，所述新型活性炭材料的直径是10-40nm，所述活性炭材料的BET比表面积是2500-3600m²/g，总孔孔容2.5-3.2cm³/g，中孔孔容1.6-2.2cm³/g，平均孔径2.8-3.1nm。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的新型高比表面活性碳微球是采用下述制备方法得到的：

按照煤沥青重量计，往所述煤沥青添加10-30重量％选自纳米陶瓷粉、金属氧化物、二氧化硅或碳酸盐的添加剂，混合均匀后在空气中在温度300-400℃下进行预氧化1.0-3.0小时，然后在惰性气氛下，在温度400-600℃下保持恒温0.8-2.0小时；

然后，让前面步骤得到的产物与以所述产物重量计300-900重量％强碱性化合物活化剂混合，然后在活化炉中在惰性气体保护下加热到750℃-900℃，再在这个温度下保持0.5-1.5小时，得到一种活化产物；

然后，让在前面步骤得到的活化产物使用清洁剂进行清洗，再进行干燥，这样制得所述的活性碳微球材料。

其中，所述的纳米陶瓷粉是一种或多种选自纳米氧化锆、氮化硅晶须、纳米碳化硅、纳米碳化钛、纳米氧化钇、纳米氮化硅、纳米氮化钛、纳米氮化铝或纳米碳化锆的纳米陶瓷粉；

所述的金属氧化物是一种或多种选自氧化铝、氧化镁、氧化铁、氧化亚铁或氧化锆的金属氧化物；

所述的碳酸盐是一种或多种选自碳酸钙、碳酸钠、碳酸镁、碳酸钾、碳酸氢钙、碳酸氢钠、碳酸氢镁或碳酸氢钾的碳酸盐。

所述的惰性气氛是氮气、氩气或氮气与氩气混合物的惰性气氛。

所述的强碱性化合物活化剂是一种或多种选自KOH、NaOH、LiOH、KOH/NaOH、KOH/LiOH或NaOH/LiOH混合物的活化剂。

所述的清洁剂是一种或多种选自蒸馏水、乙醇、丙酮或乙醚的清洁剂。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的加热炉选自电阻加热器、红外加热器或微波加热器。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的惰性气体是选自氮气、氩气或其混合物的气体。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的吸附压力是1-2.0MPa，温度为室温，所述气体的流速是0.7m/s。

下面将更详细地描述本发明。

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的二氧化碳的方法。

本发明人根据我国南北气田天然气实际组成(CH₄∶CO₂＝85％∶15％及70％∶30％)，使用本发明的活性炭材料，采用甲烷与二氧化碳配气方法在实验室里进行了常规的吸附试验，研究了二氧化碳的吸附选择性。

考察多孔材料分离混合气体能力的一个标准是吸附选择性。为了考察本发明新型高比表面活性炭材料对CH₄中少量CO₂的吸附分离能力，需要计算CO₂的吸附选择性。对于双元混合物，吸附选择性s通常定义为：

$S=\frac{x_1/y_1}{x_2/y_2}$

式中，x₁，x₂分别为组分1(CO₂)及组分2(CH₄)在活性炭材料孔内的平均摩尔分数，y₁，y₂分别为组分1(CO₂)及组分2(CH₄)在甲烷与二氧化碳混合物中的平均摩尔分数。本发明人通过试验测定的吸附选择性结果列于表1和2。

表1：常温下二氧化碳的吸附选择性(CH₄∶CO₂＝85∶15)

表2：常温下二氧化碳的吸附选择性(CH₄∶CO₂＝70∶30)

本发明的活性炭材料在CH₄∶CO₂＝85∶15及298K、1.0MPa的条件下，所述的活性炭材料对CO₂的吸附选择性可以达到4.3，而当CH₄∶CO₂＝70∶30及298K、1.0MPa的条件下，所述的活性炭材料对CO₂的吸附选择性可以达到5.06。由上述表1和2可以看出，随着CH₄与CO₂的含量比降低，其二氧化碳的吸附选择性增加，而随着压力的升高，其二氧化碳的吸附选择性也增加。通过对上述结果的分析可以确定，采用本发明的方法可以实现将天然气中的二氧化碳含量由约10.0体积％降低到0.05体积％，从开始排出脱除二氧化碳气体到排出气体中二氧化碳含量达到0.1体积％时处理天然气体积是本发明活性炭材料的1000倍以上，因此，本发明活性炭材料满足实际使用的需要，同时本发明的活性炭材料经过许多次吸附与解吸吸附循环后依然保持其选择性，具有良好的实际使用前景。

本发明使用新型高比表面活性炭材料脱除天然气中的二氧化碳的方法包括下述步骤：

A、把所述的活性炭材料装入反应器中。

首先，使用超声波清洗器，例如上海超声波仪器设备有限公司生产的型号为SY1200T的超声波清洗器清洗装活性炭材料容器，反复清洗3-4次，每次约10分钟，清洗完后晾干。再把所述的活性炭材料装入清洗净的容器中。

所述的活性炭材料是由含有以所述活性炭材料总重量计的90.0重量％以上无定形碳基材料组成的碳微球，它的直径是10-40nm，BET比表面积是2500-3600m²/g，总孔孔容2.5-3.2cm³/g，中孔孔容1.6-2.2cm³/g，平均孔径2.8-3.1nm。

优选地，该活性炭材料是含有以所述活性炭材料总重量计的93.0重量％以上无定形碳基材料，它的直径是15-35nm，BET比表面积是2600-3500m²/g，总孔孔容2.6-3.0cm³/g，中孔孔容1.8-2.0cm³/g，平均孔径2.8-3.0nm。

本发明活性炭材料的直径、BET比表面积、总孔孔容、中孔孔容与平均孔径是采用下述方法测定的：采用目前市场上销售的自动吸附仪，按照容量法原理以氮气作为吸附质，在液氮温度下进行吸附，由测得的吸附等温线采用BET法计算出BET比表面积，由相对压力为0.98时的氮吸附值换算成液氮体积得到总孔孔容，采用Dubinin-Astakhov法计算微孔孔容，总孔孔容减去微孔孔容得到中孔孔容，由密度函数理论计算活性炭微球的孔径分布，再由这个孔径分布计算出平均孔径。本发明的活性炭材料直径是用扫描电子显微镜测定的。

所述的新型高比表面活性炭材料是采用下述制备方法得到的：

按照煤沥青重量计，往所述煤沥青添加10-30重量％选自纳米陶瓷粉、金属氧化物、二氧化硅或碳酸盐的添加剂，混合均匀后在空气中在温度300-400℃下进行预氧化1.0-3.0小时，然后在惰性气氛下，在温度400-600℃下保持恒温0.8-2.0小时。

本发明使用的煤沥青应该符合国家标准GB/T2290-94，是目前市场上销售的产品。所述的煤沥青粒度是200-400目。

所述的纳米陶瓷粉是一种或多种选自纳米氧化锆、氮化硅晶须、纳米碳化硅、纳米碳化钛、纳米氧化钇、纳米氮化硅、纳米氮化钛、纳米氮化铝或纳米碳化锆的纳米陶瓷粉。

所述的金属氧化物是一种或多种选自氧化铝、氧化镁、氧化铁、氧化亚铁或氧化锆的金属氧化物。

所述的碳酸盐是一种或多种选自碳酸钙、碳酸钠、碳酸镁、碳酸钾、碳酸氢钙、碳酸氢钠、碳酸氢镁或碳酸氢钾的碳酸盐。

上述这些纳米陶瓷粉、金属氧化物与碳酸盐都是目前市场上销售的产品。

所述的惰性气氛是氮气、氩气或氮气与氩气混合物的惰性气氛。

然后，让前面步骤得到的产物与以所述产物重量计300-900重量％强碱性化合物活化剂混合，然后在活化炉中在惰性气体保护下加热到750℃-900℃，再在这个温度下保持0.5-1.5小时，得到一种活化产物。

所述的活化剂优选地是一种或多种选自KOH、NaOH、LiOH、KOH/NaOH、KOH/LiOH或NaOH/LiOH混合物的活化剂。

更优选地，所述的活化剂选自KOH、NaOH、LiOH、KOH/NaOH或KOH/LiOH混合物。

非常优选地，所述的活化剂选自KOH、NaOH或KOH/NaOH混合物。

然后，让在前面步骤得到的活化产物使用清洁剂进行清洗，再进行干燥，这样可以制得所述的新型高比表面活性炭材料。

所述的清洁剂是一种或多种选自蒸馏水、乙醇、丙酮或乙醚的清洁剂。

得到的新型高比表面活性炭材料再按照前面描述的方法测定它们的直径、BET比表面积、总孔孔容、中孔孔容与平均孔径。

B、关闭反应器，让惰性气体通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路。

所述的惰性气体是选自氮气、氩气或氮气和氩气混合物的气体。

优选地，所述的惰性气体是氮气。

所述惰性气体的使用量对于本发明而言不是关键性的，本技术领域的技术人员根据反应器类型与尺寸进行选择。

C、使用加热炉将所述的活性炭材料加热到温度500-573K，进行脱杂质处理；再启动真空泵抽真空直到10^-2帕，关闭该真空泵，接着启动分子泵，抽真空至10^-5帕，在这个真空下保持18-24小时。

优选地，所述的真空泵抽真空直到10^-3帕，更优选地，真空泵抽真空直到10^-4帕。

优选地，在分子泵达到的10^-5帕真空下保持19-23小时，更优选地保持20-22小时。

本发明使用的真空泵是本技术领域中通常使用的真空泵，例如上海阿法帕真空设备有限公司公司生产的以商品名K.KT扩散真空泵、以商品名2XZ型旋片式真空泵销售的真空泵。

使用的分子泵是在本技术领域中通常使用的分子泵，例如北京泰岳恒真空技术研究所公司生产的以商品名TYFB1600、北京科理科仪技术有限公司生产的以商品名C09轮分子泵系列销售的分子泵。

D、开启天然气气源减压阀，在吸附压力0.1-6.0MPa与温度-15℃至室温下，让所述的天然气以流速0.5-0.8m/s通过装有上述处理的活性炭材料的反应器；二氧化碳被吸附，排出已脱除二氧化碳的天然气，当检测排出气体中二氧化碳含量升高达到0.1体积％时，就关闭减压阀结束吸附；

优选地，所述的吸附压力是0.5-5.0MPa，更优选地，吸附压力1.0-4.0MPa。所述的吸附压力是采用压力控制器进行控制的。该压力控制器是例如美国Brooks公司生产的以商品名质量控制流量计销售的产品，该压力控制器控制压力范围是0-5.0MPa。

优选地，所述的吸附温度是-10℃至室温，更优选地，吸附温度是0-15℃。所述的吸附温度是用加热炉加热控制的，所述的加热炉可以选自电阻加热器、红外加热器或微波加热器等。优选地，所述的加热炉可以选自电阻加热器或红外加热器。

所述气体流速是使用质量控制流量计调节的。

所述的吸附量是采用微天平进行测量的。所述的微天平是本技术领域的技术人员熟知的，例如是英国CI公司生产的产品。

E、然后，通过压力控制器将压力降低到常压，在室温下让惰性气体通过该活性碳微球进行解吸，得到脱除二氧化碳的天然气，解吸后的活性碳微球继续循环使用。

所述的压力控制器例如是美国Brooks公司生产的以商品名质量控制流量计销售的产品，该压力控制器控制压力范围是0-5.0MPa。

所得到的脱除二氧化碳的天然气需要进行二氧化碳含量的检测，其检测方法是上述的微天平方法。

此外，本发明还涉及一种使用新型高比表面活性炭材料储存甲烷的方法。

该方法包括下述步骤：

A、把所述的新型活性炭材料装入反应器中；

B、关闭反应器，让惰性气体通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路；

C、使用加热炉将所述的活性炭材料加热到温度500-573K，进行脱杂质处理；再启动真空泵抽真空直到10^-2帕，关闭该真空泵，接着启动分子泵，抽真空至10^-5帕，在这个真空下保持18-50小时；

D、开启甲烷气源减压阀，在吸附压力1-5.0MPa与温度-10℃至室温下，让所述气体以流速0.6-0.8m/s通过装有经步骤C)处理的活性炭材料的反应器；在甲烷吸附达到平衡后，关闭减压阀，于是达到活性炭材料储存甲烷。

该方法中使用的活性炭材料及其相关技术特征等已在前面详细讨论过，因此不再赘述。

本发明所述活性炭材料在298K与1.3MPa的条件下储存甲烷量可以达到以该吸附剂重量计15.23重量％。利用实验结果结合分子模拟方法可以推算出298K、4MPa下储存的重量百分比为21.1％。

[有益效果]

采用本发明的活性炭材料的吸附方法，可以实现将天然气中的二氧化碳含量由约10.0体积％降低到0.05体积％。从吸附开始到排出气体中二氧化碳含量达到0.1体积％时处理天然气体积是本发明活性炭材料的1000倍以上，因此，本发明的活性炭材料可以满足实际使用的需要，同时本发明的活性炭材料经过许多次吸附与解吸吸附循环后依然保持其选择性，具有良好的实际使用前景。

【具体实施方式】

通过下面的实施例将更详细地描述本发明。

实施例1：使用本发明活性炭材料脱除天然气中的二氧化碳。

实施步骤如下：

首先，使用上海超声波仪器设备有限公司生产的型号为SY1200T的超声波清洗器清洗该实施例将使用的圆柱式反应器，反复清洗3次，每次10分钟，清洗完后晾干。

把所述的活性炭材料装入该圆柱式反应器中。关闭反应器，让氮气气体通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路；使用红外加热器将所述的活性炭材料加热到温度550K，进行脱杂质处理；再启动上海阿法帕真空设备有限公司公司生产的以商品名K.KT扩散真空泵抽真空直到10^-2帕，关闭该真空泵，接着启动北京泰岳恒真空技术研究所公司生产的以商品名TYFB1600销售的分子泵，抽真空10^-5帕达到20小时。

开启天然气气源减压阀，在吸附压力4.0MPa与298K下，所述的天然气以流速0.6m/s通过装有经过上述处理的活性炭材料的反应器，二氧化碳被吸附，同时使用英国CI公司生产的微天平检测排出气体中二氧化碳含量，开始时排出气体中二氧化碳含量很低，二氧化碳含量是0.05体积％，随着本发明活性炭材料吸附二氧化碳量增加，排出气体中二氧化碳含量升高达到0.1体积％时，就关闭减压阀结束吸附，经测定，从开始排出脱除二氧化碳气体到排出气体中二氧化碳含量达到0.1体积％时，处理天然气的体积是本发明活性炭材料的1008倍。

然后，通过美国Brooks公司以商品名质量控制流量计销售的压力控制器将压力降低到常压，再在室温下让氮气气体通过该活性炭材料进行解吸，得到脱除二氧化碳的天然气。

实施例2：使用本发明活性炭材料脱除天然气中的二氧化碳。

实施步骤如下：

首先，使用上海超声波仪器设备有限公司生产的型号为SY1200T的超声波清洗器清洗该实施例将使用的圆柱式反应器，反复清洗3次，每次10分钟，清洗完后晾干。

把所述的活性炭材料装入该圆柱式反应器中。关闭反应器，让氮气气体通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路；使用红外加热器将所述的活性炭微球吸附剂加热到温度520K，进行脱杂质处理；再启动上海阿法帕真空设备有限公司公司生产的以商品名K.KT扩散真空泵抽真空直到10^-2帕，关闭该真空泵，接着启动北京泰岳恒真空技术研究所公司生产的以商品名TYFB1600销售的分子泵，抽真空10^-5帕达到24小时。

开启天然气气源减压阀，在吸附压力1.0MPa与270K下，所述的天然气以流速0.6m/s通过装有经过上述处理的活性炭材料的反应器，二氧化碳被吸附，同时使用英国CI公司生产的微天平检测排出气体中二氧化碳含量，开始时排出气体中二氧化碳含量很低，二氧化碳含量是0.05体积％，随着本发明活性炭材料吸附二氧化碳量增加，排出气体中二氧化碳含量升高达到0.1体积％时，就关闭减压阀结束吸附，经测定，从开始排出脱除二氧化碳气体到排出气体中二氧化碳含量达到0.1体积％时，处理天然气的体积是本发明活性炭材料的1021倍。

然后，通过美国Brooks公司以商品名质量控制流量计销售的压力控制器将压力降低到常压，再在室温下让氮气气体通过该活性炭材料进行解吸，得到脱除二氧化碳的天然气。

实施例3：使用本发明活性炭材料脱除天然气中的二氧化碳。

实施步骤如下：

首先，使用上海超声波仪器设备有限公司生产的型号为SY1200T的超声波清洗器清洗该实施例将使用的圆柱式反应器，反复清洗3次，每次10分钟，清洗完后晾干。

把所述的活性炭材料装入该圆柱式反应器中。关闭反应器，让氮气气体通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路；使用红外加热器将所述的活性炭微球吸附剂加热到温度500K，进行脱杂质处理；再启动上海阿法帕真空设备有限公司公司生产的以商品名K.KT扩散真空泵抽真空直到10^-2帕，关闭该真空泵，接着启动北京泰岳恒真空技术研究所公司生产的以商品名TYFB1600销售的分子泵，抽真空10^-5帕达到22小时。

开启天然气气源减压阀，在吸附压力6.0MPa与260K下，所述的天然气以流速0.5m/s通过装有经过上述处理的活性炭材料的反应器，二氧化碳被吸附，同时使用英国CI公司生产的微天平检测排出气体中二氧化碳含量，开始时排出气体中二氧化碳含量很低，二氧化碳含量是0.05体积％，随着本发明活性炭材料吸附二氧化碳量增加，排出气体中二氧化碳含量升高达到0.1体积％时，就关闭减压阀结束吸附，经测定，从开始排出脱除二氧化碳气体到排出气体中二氧化碳含量达到0.1体积％时处理天然气的体积是本发明活性炭材料的1082倍。

然后，通过美国Brooks公司以商品名质量控制流量计销售的压力控制器将压力降低到常压，再在室温下让氮气气体通过该活性炭材料进行解吸，得到脱除二氧化碳的天然气。

实施例4：使用本发明活性炭材料分离天然气中的二氧化碳。

实施步骤如下：

首先，使用上海超声波仪器设备有限公司生产的型号为SY1200T的超声波清洗器清洗该实施例将使用的圆柱式反应器，反复清洗3次，每次10分钟，清洗完后晾干。

把所述的活性炭材料装入该圆柱式反应器中。关闭反应器，让氮气气体通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路；使用红外加热器将所述的活性炭微球吸附剂加热到温度573K，进行脱杂质处理；再启动上海阿法帕真空设备有限公司公司生产的以商品名K.KT扩散真空泵抽真空直到10^-2帕，关闭该真空泵，接着启动北京泰岳恒真空技术研究所公司生产的以商品名TYFB1600销售的分子泵，抽真空10^-5帕达到18小时。

开启天然气气源减压阀，在吸附压力0.1MPa与282K下，所述的天然气以流速0.8m/s通过装有经过上述处理的活性炭材料的反应器，二氧化碳被吸附，同时使用英国CI公司生产的微天平检测排出气体中二氧化碳含量，开始时排出气体中二氧化碳含量很低，二氧化碳含量是0.05体积％，随着本发明活性炭材料吸附二氧化碳量增加，排出气体中二氧化碳含量升高达到0.1体积％时，就关闭减压阀结束吸附，经测定，从开始排出脱除二氧化碳气体到排出气体中二氧化碳含量达到0.1体积％时处理天然气体积是本发明活性炭材料的1054倍。

然后，通过美国Brooks公司以商品名质量控制流量计销售的压力控制器将压力降低到常压，再在室温下让氮气气体通过该活性炭材料进行解吸，得到脱除二氧化碳的天然气。

实施例5

使用本发明的新型高比面积活性炭材料储存甲烷。

把所述的活性炭材料装入圆柱式反应器中；关闭反应器，让氩气与氮气混合物(体积比1∶1)通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路；使用红外加热器将所述的活性炭材料加热到温度550K，进行脱杂质处理；再启动真空泵抽真空直到10^-2帕，关闭该真空泵，接着启动分子泵，抽真空至10^-7帕，在这个真空下保持40小时；

开启甲烷气源减压阀，在吸附压力2.0MPa与温度298K下，所述的气体以流速0.6m/s通过装有经过上述处理的活性炭材料的反应器；吸附达到平衡后，关闭减压阀；通过压力控制器将压力降低直到常压，于是活性炭材料储存了甲烷。

采用英国CI公司生产的微天平测量所述活性炭材料的吸附量是以该吸附剂重量计15.23重量％。

Claims (10)

1.一种使用新型高比表面活性炭材料脱除天然气中的二氧化碳的方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

A、把所述的活性炭材料装入反应器中；

B、关闭反应器，让惰性气体通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路；

C、使用加热炉将所述的活性炭材料加热到温度500-573K，进行脱杂质处理；再启动真空泵抽真空直到10^-2帕，关闭该真空泵，接着启动分子泵，抽真空10^-5帕达到18-24小时；

D、开启天然气气源减压阀，在吸附压力0.1-6.0MPa与温度-15℃至室温下，所述的天然气以流速0.5-0.8m/s通过装有经步骤C)处理的活性炭材料的反应器，二氧化碳被吸附，排出已脱除二氧化碳的天然气，当检测排出气体中二氧化碳含量升高达到0.1体积％时，就关闭减压阀结束吸附；

E、然后，通过压力控制器将压力降低到常压，在室温下，让惰性气体通过该活性炭材料进行解吸，得到脱除二氧化碳的天然气，解吸后的活性炭材料继续循环使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的新型高比表面活性炭材料是由含有以所述活性炭材料总重量计90.0重量％以上无定形碳基材料组成的，所述新型活性炭材料的直径是10-40nm，所述新型活性炭材料的BET比表面积是2500-3600m²/g，总孔孔容2.5-3.2cm³/g，中孔孔容1.6-2.2cm³/g，平均孔径2.8-3.1nm。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的新型高比表面活性碳微球是采用下述制备方法得到的：

按照煤沥青重量计，往所述煤沥青添加10-30重量％选自纳米陶瓷粉、金属氧化物、二氧化硅或碳酸盐的添加剂，混合均匀后在空气中在温度300-400℃下进行预氧化1.0-3.0小时，然后在惰性气氛下，在温度400-600℃下保持恒温0.8-2.0小时；

然后，让前面步骤得到的产物与以所述产物重量计300-900重量％强碱性化合物活化剂混合，然后在活化炉中在惰性气体保护下加热到750℃-900℃，再在这个温度下保持0.5-1.5小时，得到一种活化产物；

然后，让在前面步骤得到的活化产物使用清洁剂进行清洗，再进行干燥，这样制得所述的活性碳微球材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的纳米陶瓷粉是一种或多种选自纳米氧化锆、氮化硅晶须、纳米碳化硅、纳米碳化钛、纳米氧化钇、纳米氮化硅、纳米氮化钛、纳米氮化铝或纳米碳化锆的纳米陶瓷粉；

所述的金属氧化物是一种或多种选自氧化铝、氧化镁、氧化铁、氧化亚铁或氧化锆的金属氧化物；

所述的碳酸盐是一种或多种选自碳酸钙、碳酸钠、碳酸镁、碳酸钾、碳酸氢钙、碳酸氢钠、碳酸氢镁或碳酸氢钾的碳酸盐。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的惰性气氛是氮气、氩气或氮气与氩气混合物的惰性气氛。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的强碱性化合物活化剂是一种或多种选自KOH、NaOH、LiOH、KOH/NaOH、KOH/LiOH或NaOH/LiOH混合物的活化剂。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的清洁剂是一种或多种选自蒸馏水、乙醇、丙酮或乙醚的清洁剂。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的加热炉选自电阻加热器、红外加热器或微波加热器。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的惰性气体是选自氮气、氩气或其混合物的气体。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的吸附压力是1-2.0MPa，温度为室温，所述气体的流速是0.7m/s。