Способ заправки природным газом адсорбционного аккумулятора

 

Изобретение относится к хранению природного газа, в частности к способам заправки аккумуляторов природным газом, используемых в качестве топливного бака на транспортных средствах, например автомобилях. Цель - повышение производительности. Сущность: охлаждение аккумулятора осуществляют предварительной продувкой его природным газом, который дросселируют на входе в аккумулятор, и количество продуваемого газа соответствует К объемам аккумулятора. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК!

К—

1 где P

210

Ро (1+1 2 p/ Ü

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3796250/23-26 (22) 15.10.84 (46) 15.04.89. Бюл. N- 14 (7 1) Отделение Института химической физики АН СССР (72) Л.А.Констандов,.А.Е.Шилов, Ю.М.Лужков, А.П.Моравский, Б.Ç.Лубенцов, А.А.Попов, З.А.Григорян, Р.Т.Сагателян, А.Ф.Шестаков и В.Н.Трегубов (53) 621.59 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 670774, кл. F 17 С i 1/00, 1977.

Патент Великобритании N- 1231784, кл. F 4 Р, 1968. (54)(57) СПОСОБ ЗАПРАВКИ ПРИРОДНЫМ

ГАЗОМ АДСОРБЦИОННОГО АККУМУЛЯТОРА, включающий закачку природного газа под давлением при охлаждении акку!

Изобретение относится к хранению природного газа, в частности к способам заправки аккумуляторов природным газом, используемых в качестве топливного бака на транспортных средствах, например автомобилях.

На фиг.1 представлена принципиальная схема заправки; на фиг.2— температурные зависимости разогрева адсорбента от условий и времени заправки, на фиг.3 — зависимости степени заполнения адсорбционного аккумулятора природным газом от условий и времени заправки.

Пример 1. Для заправки берут аккумулятор природного газа

ÄÄSUÄÄ 1472739 А1 ш 4 F 17 С 11/00, 5/06.мулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, охлаждение аккумулятора осуществляют предварительной продувкой его природным газом, который дросселируют на входе в аккумулятор, и количество продуваемого газа соответствует К объемам аккумулятора, при этом К определяется следующим математическим выражением: давление на входе в акку-. мулятор, атм.; перепад давления газа на входе и выходе аккумулятора, атм.; средняя теплота адсорбции метана, кал/г. (фиг.1), представляющий собой цилиндрический бак 4 диаметром 400 мм и емкостью 400 л, выполненный из нержавеющей стали и заполненный активированным углем 2 марки АРТ фракцией до 2000 мкм, удельной поверхностью 900 М /г и средней теплотой адсорбции метана Я=195 кал/г.

На входном патрубке 3 бака установлены дроссельная шайба 4 и вентиль 5, а на выходном патрубке 6 вентиль 7. Через вентили 5 и 7 бак 1 подсоединяют соответственно к нагнетающему трубопроводу 8 и отходящему (обратному) трубопроводу 9 системы заполнения (не показана). Для конт1472739 роля и автоматического управления процессом заправки на баке 1, нагнетающем и отходящем трубопроводах 8 и 9 установлены термопары 10-13:. и датчики 14-16 давления, соединенные с блоком контроля и управления системы заполнения (не показаны) °

При открытых вентилях 5 и 7 природный газ подают по нагнетающему трубопроводу 8 под давлением P=25 атм, дросселируют газ посредством шайбы 4, продувают через слой активированного угля 2 и сбрасывают в отходящий (обратный) трубопровод 9 под давлением 1,5 атм, т.е. P-перепад давлений на входе и выходе аккумулятора составляет 73,5 атм. За 5 мин пропускают 2,9 м природного газа (К =

= 7,3).

15

После прохождения теплового импульса, регистрируемого термопарами

11 и 12, вентиль 7 закрывают и продолжают закачку аккумулятора природным газом до рабочего давления

20 атм. Полезная используемая адсорбционная емкость угля составила

20,5 кг/400 л, при этом мощность тепловыделения при времени заправки

400 с составила 43 кВт. В случае заправки аккумулятора в глухой бак (без дросселирования и продувки) время заправки составляет 2,5 ч (фиг,3).

55

В аккумуляторе при таком способе заправки в начальный момент времени происходит локальный разогрев адсорбера, регистрируемый термопарами. 25

Величина разогрева в зависимости от скорости прокачки (кратности обмена) природного газа изменяется и может достигать 100 С. Однако разогрева всей конструкции аккумулятора при предлагаемом способе заправки не происходит, так как послойный (локальный) разогрев адсорбента перемещается вдоль оси аккумулятора от входа к выходу со скоростью движения фронта закачиваемого природного газа.

В примере время прохождения теплового импульса вдоль оси аккумулятора равно 4,8 мин ° Локальный разогрев адсорбера и перемещение разогрева вдоль оси аккумулятора обеспечивает регенерацию адсорбера от вредных примесей, адсорбированных в результате предыдущей заправки.

Аналогично примеру 1 была произведена заправка аккумуляторов природным газом, заполненных адсорбентами, у которых средняя теплота Q выделяющаяся при адсорбции, равна

131 кал/г и 244 кал/г. Используемая полезная адсорбционная емкость соответственно составляла: 19,2 кг/

/400 л и 21,8 кг/400 л, а мощность тепловыделения при времени заправки

400 с — соответственно 27 и 56 кВт.

В таблице представлена зависимос гь объема пропускаемого природного газа по отношению к объему ак- . кумулятора (кратность обмена) для адсорбентов с различной средней теплотой выделения при адсорбции и в зависимости от Р— давления на входе в аккумулятор и hP — перепада давления на входе и выходе.

Поскольку процесс заправки исключает перегрев аккумулятора, то отпадает необходимость в использовании при заправке теплообменной арматуры, что также позволяет упростить процесс заправки аккумулятора, снизить его металлоемкость и сделать процесс заправки дешевле за счет снижения энергозатрат на подачу хладагента в аккумулятор. Перекрытие потока природного газа на выходе и продолжение закачки до рабочего давления являются конечными операциями заправки, обеспечивающими повышение температуры аккумулятора при адсорбции дополнительного количества природного газа (фиг. 2).

Таким образом, сочетание относительного понижения температуры аккумулятора на начальной стадии и повышение температуры на конечных операциях заправки позволяют максимально использовать адсорбционные свойства адсорбента аккумулятора, а соотношение объемов пропускаемого природного газа обеспечивает высокую эффективность и производительность, поскольку позволяет контролировать условия проведения заправки и исключает дополнительные операции подачи хладагента.

Основой для получения эмпирической зависимости коэффициента обмена

К от ключевых параметров процесса являются физические зависимости, выявленные экспериментально. В чаСредняя теплота адсорбции, кал/г

Давление на выходе в аккуму- лятор, Р, атм

/=244

Ц=13 t

0=195

Перепад давления, ДР, атм

5 10 20

Перепад давления, ДP, атм

5 10 20

Перепад давления, ДР, атм

5 10 20

34,2

20,5

12,8 12,5

8 2 8 0 7 7

5,1 5,0 4,8

10 .

16

33,9

20,4

12, 7 12,3

5,1 4,9 .4,7

33,4

20,0

12, 5 l2

807771

5,0 4,7 4,4

14727 стности было определено, что коэффициент обмена К при заполнении аккумулятора с адсорбентом уменьшается с увеличением плотности газа. On5 ределив эту зависимость и введя постоянные величины в эмпирическую формулу, в качестве основного технологического параметра введена обратно пропорциональная зависимость коэффи39

6 циента К от исходного рабочего давления на входе в аккумулятор ° Кроме того, экспериментально установлено, что увеличение перепада давления на входе и выходе аккумулятора и снижение теплоты адсорбции метана также влияет на уменьшение коэффициента обмена, в связи с чем в эмпирическую формулу введен параметр ДР/Q.

1472739

Во

Предлаеаеиый

cnacod

g- 80

В

И Ю

2 час РР аса

10 20 Ю Ю,И 6D

Время, мин

Фи@ Х

Составитель Г.Ольшанская

Редактор Т.Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор И.Иуска

Заказ 1696/39 Тираж 431 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101