Адсорбционный газовый терминал

Изобретение относится к конструкции системы хранения и транспортировки природного газа в адсорбированном виде. Адсорбционный газовый терминал состоит из корпуса, выполненного в форме параллелепипеда, и расположенной внутри него конструкции из чередующихся ячеек, способных нести нагрузку, ориентированной относительно одной из главных осей симметрии корпуса в продольном направлении. Внутри ячеек расположены блоки адсорбционного материала, обеспечивающие заполнение адсорбционного газового терминала не менее чем на 80%. Технический результат заключается в повышении эффективности использования полезного объема транспортных систем при размещении в них газового терминала, снижении давления заправки природным газом по сравнению с компримированным природным газом, а также повышении пожаро-взрывобезопасности. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к конструкциям системы хранения и транспортировки природного газа в адсорбированном виде.

Основной проблемой, сдерживающей широкое развитие применения газового топлива для удаленных от газовых магистралей потребителей, является отсутствие энергоэффективных, пожаро-взрывобезопасных систем хранения и транспортировки, обладающих повышенным запасом природного газа, т.е. высокой плотностью аккумулированного газа.

Наиболее перспективным среди способов хранения и выдачи природного газа потребителю на настоящий момент является адсорбционное аккумулирование. Преимущественное положение адсорбционных систем аккумулирования метана обусловлено следующими основополагающими факторами:

- аккумулирование и хранение может происходить при нормальных или приближенных к нормальным условиям, в частности от минус 40 до плюс 50°C, то есть отсутствует необходимость создания специальных мероприятий для хранения, как, например, для систем со сжиженным природным газом, или аккумулированием метана в газогидратном состоянии;

- энергоэффективность адсорбционных систем: пониженные энергетические затраты при заправке по сравнению с системами с компримированным природным газом ввиду возможности работы систем при пониженном давлении вплоть до 35 бар без потери абсолютной эффективности хранения, а также по сравнению с энергетическими затратами на сжижение природного газа;

- отсутствие энергозатрат и потерь топлива при хранении природного газа по сравнению со сжиженным газом;

- повышенная пожаро-взрывобезопасность ввиду особых условий взаимодействия природного газа с пористым материалом: сильное диспергирование компонентов природного газа в микропорах адсорбента за счет поля адсорбционных сил.

В настоящее время для адсорбционных систем аккумулирования применяют преимущественно общепромышленные системы хранения -газовые баллоны высокого давления, например, патент РФ 123844 «Газобаллонная система для двигателей внутреннего сгорания» или патент РФ 2148204 «Устройство для хранения газа, способ хранения газа, агент для адсорбции и удерживания метана, комплекс дикарбоновой кислоты с медью». Это определяется преимущественным вектором развития данных систем -создание компактных и высокоемких аккумуляторов природного газа в качестве топливных баков для различного вида транспортных систем.

При создании более вместительных систем хранения - адсорбционных газовых терминалов для обеспечения газовым топливом рабочих городков, временных лагерей, удаленных от системы газоснабжения поселений и других потребителей, как правило, предъявляются особые требования к конструкции адсорбционного терминала, адсорбенту для его заполнения, и наличию дополнительных систем, таких как, например, системы теплообмена, компрессорной станции, системы фильтрации и прочее. Это связано с необходимостью организации автономной работы системы хранения газа в широком интервале температур от минус 40 до плюс 50°C и обеспечения способности аккумулировать максимально большой объем газа, при заданных массогабаритных характеристиках. В связи с этим при разработке адсорбционных газовых терминалов, необходимо, прежде всего, стремиться к балансу между адсорбционной емкостью системы хранения и ее массогабаритными характеристиками.

Основные механизмы повышения адсорбционной емкости для систем хранения газов были заложены еще в конце XX века. В патенте США US 5461023 предложено хранить природный газ при давлениях от 1.5 до 4.5 МПа с помощью углеродного молекулярного сита, имеющего, по крайней мере, 80% пор относящихся к микропорам, имеющим эффективные диаметры от 0.55 до 0.65 нм. Подобные системы позволяли сорбировать преимущественно метан из природного газа, в количестве около 110 л (метана)/л (системы хранения). Объем выдаваемого газа потребителю из адсорбера в таком случае составлял около 70 л (метана)/л (системы хранения). В патенте США US 5308021 также предложено использовать углеродные молекулярные сита, но при этом создать более плотную упаковку адсорбента в системе хранения, в идеальном варианте полностью заполнить внутренний объем системы хранения. Для этого предложено использовать адсорбент заданного фракционного состава: номинальные размеры частиц должны преимущественно отличаться по диаметру в семь раз. Подобная смесь частиц позволяет повысить насыпной вес адсорбента и тем самым понизить объем газовой фазы - свободного объема в системе хранения.

Эти подходы: повышение насыпной плотности адсорбента в системе хранения и селективная адсорбция метана из природного газа, до настоящего времени остаются актуальными, однако на тот момент эти системы имели существенные недостатки. Использование порошкообразных адсорбционных материалов в системе хранения представляет серьезную опасность из-за возможности образования пыли и, следовательно, взрывоопасной пылегазовой смеси. Несмотря на установку специальных фильтров в условиях многоциклового использования адсорберов, существует вероятность выброса вместе с газом углеродных частиц, которые забиваются в различные части эксплуатационного оборудования и наносят ему вред. Это особенно опасно при использовании природного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. С другой стороны, использование молекулярных сит не эффективно для систем хранения, так как технология их синтеза до настоящего момента позволяет создать адсорбенты с малым объемом микропор, как правило, не выше 0.3 см3/г. Кроме того, узкий размер микропор углеродных молекулярных сит для метана определяет его относительно высокую энергию адсорбции, что приводит к затруднениям при десорбции - выдаче газа потребителю, особенно при давлениях близких к атмосферному. Для решения этой проблемы в настоящее время стали применять специальные теплообменники в системе хранения, при помощи которых можно охлаждать газ при заправке и нагревать его при выдаче.

Иным подходом к повышению адсорбционной емкости системы хранения природного газа и ускорению ее заправки является установка теплообменников в систему хранения. Так известен новый адсорбционный цилиндр (баллон) для хранения природного газа (заявка Китая CN 204026132 на полезную модель). Известный адсорбер содержит цилиндрический корпус, внутри которого имеются слои адсорбционного материала, используемые для хранения природного газа, центральный трубопровод, используемый для заполнения и опорожнения баллона, а также охлаждающий трубопровод, используемый для улучшения теплообмена адсорбента с окружающей средой. В частности с помощью теплообмена предлагается убирать избыточную теплоту, выделяемую при адсорбции и подогревать адсорбент при выдаче газа потребителю. Охлаждающий теплообменник представляет собой трубу с ребрами, между которых засыпан адсорбент. Подобная конструкция позволяет существенно снизить влияние тепловых эффектов на емкость адсорбента в процессе заправки и опорожнения адсорбера, и существенно повысить скорость заправки. Существенным недостатком такой конструкции является уменьшение объема системы хранения, доступного для заполнения адсорбентом, а также невозможность использования блочных материалов, имеющих высокую насыпную плотность, что снижает степень заполнения объема системы хранения адсорбентом. Все это приводит к снижению эффективности аккумулирования системы хранения за счет малой степени заполнения баллона адсорбентом.

Также известна система хранения природного газа - адсорбционного танка, способного аккумулировать тепло выделяемое при адсорбции природного газа (заявка Китая CN 202252816 на полезную модель). Система хранения представляет собой корпус накопительного бака, внутри которого расположены слои композитного материала для аккумулирования природного газа, выложенные в определенном пространственном положении, на которых расположены металлические сетки с закрепленными на них металлическими трубами с теплоносителем. В трубах накапливается тепло, выделяемое при адсорбции. Данная полезная модель относится к крупным хранилищам природного газа, предназначенным для обеспечения удаленных поселений, а также может использоваться на заправочных станциях природного газа. Однако такая система за счет большого количества внутренних коммуникаций для съема и накопления тепла малоэффективна, по причине малой степени заполнения системы хранения адсорбентом и, как следствие, возможности аккумулирования относительно малого объема природного газа.

Кроме того, при создании систем хранения природного газа немаловажной представляется возможность обеспечения адсорбционной емкости системы хранения на заданном уровне в процессе циклических нагрузок. Так как природный газ является многокомпонентным, то поддержание адсорбционной емкости на заданном уровне возможно при селективном извлечении примесных компонентов. Например, известно устройство (заявка Японии JP 2005273717 на изобретение), которое позволяет аккумулировать заданное количество природного газа метана при многократных заправках. Устройство такого типа имеет резервуар для хранения природного газа, снабженный отверстием для подачи природного газа и выпускное отверстие для выдачи природного газа во второй резервуар и так далее. В общем случае система хранения имеет четыре резервуара. Первый резервуар заполнен адсорбентом с порами максимального эффективного диаметра, второй резервуар заполнен адсорбентом с порами эффективным диаметром чуть меньше чем в первом, третий резервуар заполнен адсорбентом с порами эффективным диаметром чуть меньше чем в втором, а четвертый порами с минимальным эффективным диаметром. Все резервуары соединены последовательно через газовые магистрали, таким образом, что подача газа осуществляется через первый резервуар, а выдача через четвертый. Система позволяет разделить природный газ на компоненты и адсорбировать более тяжелые углеводороды в промежуточных адсорберах, чтобы в основной части системы хранения аккумулировался лишь метан. Однако подобная система не позволяет избавиться от азота и диоксида углерода в промежуточных адсорбциях, так как их энергия адсорбции невелика относительно примесных углеводородов в природном газе, в результате эффективность аккумулирования будет также снижаться за счет накапливания азота и двуокиси углерода в адсорбере, где должен аккумулироваться метан. Следует отметить, что эффективность аккумулирования природного газа с точки зрения изменения объема запасения природного газа при многоцикловой заправке несколько повышена по сравнению с существующими системами. Однако, известно (см. R.B. Rios, М. Bastos-Neto, M.R. Amora, А.Е.В. Torres, etc. Experimental analysis of the efficiency on charge/discharge cycles in natural gas storage by adsorption // Fuel. 2011. V. 90. I. 1. P. 113-119), что для систем хранения природного газа после нескольких циклов «заправка-опорожнение» адсорбционная емкость по природному газу снижается на величину около 20% и затем практически не изменяется. Таким образом, создание сложной системы из четырех адсорберов, три из которых в малой степени сорбируют природный газ неэффективно при создании компактных систем хранения природного газа нацеленных на максимальный объем аккумулированного газа.

Также существует ряд заявок Китая CN 102338278, CN 1236075, и Японии JP 2002267097, в которых рассматриваются адсорбционные системы хранения для обеспечения топливом двигателей внутреннего сгорания автомобильного транспорта. В CN 102338278 и CN 1236075 предложены системы хранения природного газа, в которых различными способами решается проблема охлаждения адсорбента при заправке газа и нагреве при его выдаче. В CN 102338278 и CN 1236075 используются специальные теплообменники. Изобретение, известное из JP 2002267097 представляет собой ряд соединяющихся емкостей, заполненных разными адсорбентами, одна из которых преимущественно аккумулирует метан, а другая нацелена на улавливание других газов и паров, составляющих природный газ. Все эти системы имеют существенный недостаток: они аккумулируют относительно мало природного газа на единицу объема, так как значительную часть адсорбционной системы занимают вспомогательные коммуникации или дополнительные фильтрующие адсорберы.

В патенте РФ №2230251 на изобретение для хранения природного газа предлагается делить его на компоненты с низким числом атомов углерода, в основном метан и этан, и компоненты с высоким числом атомов углерода, содержащие в основном пропан, бутан, пентан. Для хранения природного газа предусматривается использование двух адсорберов, заполненных активным углем, цеолитом или гель кремниевой кислотой. Предполагается, что диаметр пор второго адсорбера (для аккумулирования веществ с большим числом атомов углерода) меньше диаметра пор первого адсорбера (для метана и этана). Природный газ подается в первый адсорбер через второй, в результате чего все примесные компоненты с высоким содержанием атомов углерода сорбируются во втором адсорбере, а в первый попадает почти чистый метан и сорбционная емкость по метану первого адсорбера не снижается в процессе многоцикловой работы «адсорбция-десорбция».

В заявке Японии JP 2002267096 предпринята попытка решения данной проблемы - повышение адсорбционной емкости системы хранения по природному газу для автомобильного транспорта за счет заливки баллона системы хранения адсорбентом в виде лабильной композиции. Однако недостатком данной системы является то, что она работает при высоких давлениях от 5 до 20 МПа, что оставляет открытой проблему пожаро-взрывоопасности таких систем, а также энергоэффективности, так как увеличение давления до 20 МПа с большим расходом требует специального энергоемкого промышленного оборудования.

В патенте США US 7955415 для повышения адсорбционной емкости системы хранения природного газа или метана предложно использовать систему хранения, включающую адсорбционную емкость, заполненную активированным углем с заданными адсорбирующими свойствами в комплексе с системой фильтрации газа от механических примесей, системой охлаждения, системой удаления резервного газа и системой контроля температуры адсорбционного блока. Так как выделение теплоты при адсорбции зависит от свойств адсорбента, а также скорости подачи природного газа и его состава, то теоретически определить количество теплоты, которое необходимо отвести от системы хранения, чтобы поддерживать ее температуру на постоянном уровне, представляется невозможным. Авторами предлагается использовать оптические датчики для создания обратной связи адсорбера с системой охлаждения для оптимизации работы системы охлаждения. Такое техническое решение не только увеличивает объем системы хранения в целом и усложняет конструкцию, но и требует обязательного подвода к ней электроэнергии, что снижает ее безопасность.

Наиболее близким по сути и достигаемому результату является изобретение, раскрытое в патенте США US 7455719. Данное изобретение относится к системе хранения и распределения газов, а в частности галогенных газов для проведения технологического процесса полупроводникового производства. Хранение галогенного газа осуществляется в специальной емкости в форме цилиндра, куба или параллелепипеда, внутренний объем которой полностью заполнен углеродным адсорбентом. Объем пространства занятого адсорбентом в изобретении составляет не менее 60% системы хранения, при этом адсорбент выполнен в виде моноблока или отдельных брикетов различной формы: блоков, кирпичей, дисков, булей, упакованных так, чтобы максимально заполнить внутренний объем системы хранения. Адсорбент, используемый в изобретении, имеет углеродную структуру, и обладает заданными технологическими характеристиками: пористостью (по крайней мере 30% полной пористости адсорбента, включающего щелевидные поры, имеющие размер в диапазоне от 0,3 до 0,72 нанометров и по крайней мере 20% полной пористости, включающей микропоры диаметра меньше 2 нанометров), насыпным весом (от 800 до 2000 кг/м3) и адсорбционной способностью, соответствующей типу сорбируемого газа. Основным техническим результатом данного изобретения является существенное увеличение объема газа аккумулируемого в системе хранения, повышение безопасности при использовании адсорбера за счет использования более низких давлений хранения по сравнению с емкостью без адсорбента, а также снижение вероятности возникновения утечек газа, так как пониженное давление уменьшает износ системных компонентов, таких как клапаны, вентиля, контроллеры потока, соединения, меньше влияет на усталостную прочность материала системы хранения.

Так как задачей данного изобретения преимущественно является аккумулирование галогенных газов, его использование для аккумулирования природного газа позволяет выявить ряд существенных недостатков. Предложенное в прототипе использование прямоугольной конструкции адсорбционного газового терминала является предпочтительным, так как подобная конструкция занимает минимальный объем. Кроме того, прямоугольная конструкция очень удобная с точки зрения заполнения формованными однотипными блоками адсорбентов, поскольку в этом случае достаточно изготавливать небольшие прямоугольные блоки, которые будут хорошо укладываться по прямоугольному поперечному сечению адсорбера таким образом, что можно будет достигнуть не менее 95% заполнения системы хранения. Но с точки зрения прочности конструкции она сильно уступает существующим общепромышленным газовым системам хранения, например, цилиндрическим. В диагональных сечениях прямоугольной конструкции возникают самые большие напряжения от разрывающих сосуд газовых сил, поскольку данные сечения по площади больше других. Предложенная прямоугольная система хранения обладает относительно небольшим объемом для комфортного использования в помещениях и рассчитана на малые давления хранения галогенных газов, не более 1.5 бар. Масштабирование системы хранения в область больших объемов, до нескольких десятков м3, и в область более высоких давлений до 100 бар, характерных для адсорбционных газовых терминалов, делает такую конструкцию неоправданно тяжелой, металлоемкой и малонадежной.

Кроме того, адсорбент, используемый в прототипе, имеет слишком широкие поры характерные для адсорбции крупных молекул. Для аккумулирования метана - основного компонента природного газа наиболее предпочтительно использовать углеродный адсорбент с более узким распределением пор по размерам: по крайней мере 80% полной пористости адсорбента, с эффективным диаметром пор не более 2 нм.

Решение указанных выше проблем возможно при использовании «ячеистых» конструкций. Такие конструкции теоретически могут быть любой формы, в том числе, и прямоугольной. Использование конструкции из чередующихся ячеек адсорбционного газового терминала позволяет существенно сгладить неравномерность и обеспечить равнопрочность отдельных элементов общей конструкции. Поэтому ячеистые конструкции являются инновационным подходом к конструированию, позволяющим снизить массу адсорбционного терминала по сравнению с прототипом при сохранении внешней прямоугольной формы.

Задачей заявленного изобретения является создание системы хранения природного газа для снабжения небольших удаленных от газовых магистралей поселений, временных и рабочих городков, способной аккумулировать от 1000 до 100000 м3, но не менее 100 м3 (природного газа)/м3 (системы хранения), работать в общепромышленном интервале температур, обладающей сравнительно небольшими массогабаритными характеристиками, удобством транспортировки и эксплуатации, и повышенной пожаро-взрывобезопасностью по сравнению с существующими системами хранения газов.

Технический результат заключается в повышении эффективности использования полезного объема транспортных систем при размещении в них газового терминала, снижении давления заправки природным газом по сравнению с компримированным природным газом, а также повышении пожаро-взрывобезопасности.

Технический результат достигается тем, что адсорбционный газовый терминал состоит из корпуса, выполненного в форме параллелепипеда, и расположенной внутри него конструкции из чередующихся ячеек способных нести нагрузку, ориентированной относительно одной из главных осей симметрии корпуса в продольном направлении, при этом внутри ячеек расположены блоки адсорбционного материала, обеспечивающие заполнение адсорбционного газового терминала не менее чем на 80%.

Ячейки могут иметь призматическую или цилиндрическую форму.

Конструкция из чередующихся ячеек может быть выполнена в виде размещенных по периметру корпуса полутруб, края которых соединены с краями противоположных полутруб посредством пластин или в виде независимых друг от друга кассет.

Корпус выполнен в форме параллелепипеда со скругленными гранями.

Адсорбционный газовый терминал может дополнительно содержать безмасляный компрессор для закачки природного газа в адсорбер или масляный компрессор с системой фильтров для очистки природного газа от масляных примесей.

Корпус адсорбционного газового терминала может быть выполнен в виде разборной фланцевой конструкции.

Корпус представляет собой сварную конструкцию, выполненную из, по меньшей мере, двух частей, при этом поверх сварных швов конструкции наложен бандаж в виде листов металла, приваренных к наружной стороне корпуса, а с внутренней стороны частей корпуса, вблизи сварных швов, расположен термоизоляционный материал.

Корпус адсорбционного газового терминала может иметь, по меньшей мере, один ввод прибора для контроля температуры внутри корпуса.

Адсорбционный газовый терминал может содержать ввод в виде патрубка, расположенного в нижней части адсорбционного газового терминала для закачки газа и ввод в виде патрубка, расположенного в верхней части адсорбционного газового терминала для выдачи газа потребителю.

Ячейки адсорбционного газового терминала могут иметь технологические отверстия.

Сущность заявленного изобретения поясняется в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:

Фиг. 1. - эскиз сварного прямоугольного адсорбционного газового терминала, имеющего скругленные грани.

Фиг. 2. - эскиз конструкции адсорбционного газового терминала с фланцевым соединением (вспомогательные системы адсорбционного газового терминала не показаны).

Фиг. 3. - эскиз адсорбционного газового терминала, и конструкции из чередующихся ячеек из отдельных ячеек с шестигранной головкой; а) кассета; б) упаковка ячеек с размещением головок с двух сторон от терминала (более плотная упаковка - цилиндрические части ячеек касаются друг друга); в) упаковка ячеек с размещением головок с одной стороны (менее плотная упаковка).

Фиг. 4. - эскиз части конструкции адсорбционного газового терминала с диагональными пластинами (вспомогательные системы адсорбционного газового терминала не показаны).

Фиг. 5. - эскиз части конструкции адсорбционного газового терминала с обечайкой в виде полутруб (вспомогательные системы адсорбционного газового терминала не показаны).

Фиг. 6. - эскиз части конструкции адсорбционного газового терминала, составленного из труб (вспомогательные системы адсорбционного газового терминала не показаны).

Прямоугольное сечение адсорбционного газового терминала или близкое к прямоугольному, например, прямоугольное со скругленными углами, является выигрышным с точки зрения конструкции, так как позволяет существенно снизить габариты адсорбционного газового терминала заданной адсорбционной емкости по сравнению с существующими промышленными цилиндрическими и сферическими системами хранения газа. При этом нивелирование отрицательных эффектов такой конструкции, связанных с неравномерностью распределения напряжений внутри адсорбционного газового терминала осуществляется за счет использования ячеистой конструкции. Ячейки в адсорбционном газовом терминале представляют собой параллелепипеды, цилиндры или трубы, и другие пространственные фигуры, образованные многоугольниками, например, шестигранные (в виде сот) или пятигранные призмы, выполненные из листового металла, и/или тросов, и/или прутков и соединяющие противоположные стенки адсорбционного газового терминала, а также сваренные, или соединенные иным способом друг с другом таким образом, что каждый элемент ячеистой конструкции при изоляции от основной системы может нести нагрузку. При этом ячейки могут быть независимыми друг от друга, или могут иметь технологические отверстия для диффузии аккумулируемого природного газа по адсорбционному газовому терминалу, а отверстия выполнены таким образом, чтобы не оказывать существенного влияния на жесткость конструкции адсорбционного газового терминала.

Ячейки в свою очередь заполняются блоками адсорбционного нанопористого материала повышенной адсорбционной емкости по природному газу, метану. При этом форма блоков адсорбционного материала подбирается таким образом, чтобы блоки адсорбционного материала максимально полно заполнили адсорбционный газовый терминал не менее чем 80%. Адсорбционный нанопористый материал, используемый в способе должен аккумулировать не менее 100 м3 (природного газа) / 1 м3 (системы хранения) при давлении 100 бар и комнатной температуре и обладать насыпным весом не менее 600 кг/м3.

Конструкция адсорбционного газового терминала предусматривает возможность неоднократной разборки для обслуживания адсорбционного материала, а соединение может быть выполнено как фланцевым, так и сварным. При этом при сварке для предотвращения возгорания или деградации адсорбционного материала в области сварного шва между адсорбционным материалом и корпусом адсорбционного газового терминала предусматривается прослойка из термоизоляционного материала, а также прокачка адсорбционного газового терминала газообразным азотом или другим инертным газом при небольшом избыточном давлении. Для упрочнения конструкции адсорбционного газового терминала поверх сварного шва может накладываться бандаж. Бандаж в данном случае - это листы металла, наложенные поверх сварного шва и приваренные к наружной обечайке в стороне от шва. Такие листы способны передавать осевую нагрузку с одной половины корпуса на другую, а в пределах каждой из половин осевую нагрузку воспринимают уже перегородки ячеек.

Так как при адсорбции выделяется теплота, то природный газ при закачке в адсорбционный газовый терминал разогревается и, соответственно, разогревает его корпус, поэтому внутри адсорбционного газового терминала сделан специальный ввод или несколько вводов для контроля температуры и недопущения его перегрева. При этом ячеистая конструкция адсорбционного газового терминала, улучшающая его прочностные качества, рассчитана на возможность работы при температурах до 100°C.

Для ускорения заправки адсорбционного газового терминала и снятия излишней теплоты, вызывающей его разогрев, предусмотрена технология проточной заправки, для чего используются два патрубка, один из которых предназначен для закачки газа и имеет ввод в нижней части адсорбционного газового терминала, а другой - для выдачи газа потребителю и имеет вывод в верхней части адсорбционного газового терминала. Тем самым разогретый газ, находящийся в газовой фазе (не адсорбированный), уносится через верхний патрубок и не дает разогреться адсорбционному материалу и корпусу адсорбционного газового терминала, и закачивается в специальный сборник, либо охлаждается в специализированном теплообменнике и подается обратно в адсорбционный газовый терминал.

Удобство транспортировки и использования адсорбционного газового терминала определяется возможностью его унификации к размерам грузовых контейнеров для перевозки автомобильным, железнодорожным, морским и воздушный транспортом, а также возможность размещения на его платформе безмасляного компрессора для закачки газа или компрессора масляного типа с установленным на выходе специальным угольным фильтром для очистки газа и предотвращения загрязнения адсорбционного материала в адсорбционном газовом терминале и, как следствие, снижения его адсорбционной емкости.

Таким образом, адсорбционный газовый терминал представляет собой автономную, удобную к транспортировке и обслуживания систему хранения газа, обладающую повышенной пожаро-взрывобезопасностью по сравнению с системами хранения газа в компримированном и сжиженном виде, так как природный газ в адсорбционном газовом терминале находится в преимущественно связанном виде - в поле адсорбционных сил, и разгерметизация корпуса не приведет к резкому выбросу газа, а охлаждение адсорбционного материала при десорбции природного газа будет способствовать торможению процессов выброса газа.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Адсорбционный газовый терминал прямоугольной формы со скругленными гранями, Фиг. 1, гидравлическим объемом 10 м3, рабочим давлением 100 бар, габаритные размеры которого унифицированы с габаритными размерами контейнера 1D по ГОСТ Р 51876-2008, в котором для сглаживания неравномерности напряжений используется внутренняя ячеистая конструкция, ячейки которой представляют собой параллелепипеды, заполненные блоками нанопористого адсорбционного материала на 90% от объема адсорбционного газового терминала, насыпной плотностью 670 кг/м3, способным аккумулировать 150 м3 (природного газа) / 1 м3 (системы хранения), а суммарно около 1250 м3 природного газа; имеющий два ввода, находящихся на высоте в верхней трети и нижней трети адсорбционного газового терминала для контроля температур, имеющий два патрубка - внизу для закачки газа и вверху для его выдачи для организации проточной заправки. Адсорбционный газовый терминал состоит из двух равных половин, состоящих из наружной обечайки и внутренней ячеистой конструкции, выполненной из листового металла, соединенных между собой после снаряжения адсорбционным материалом сварным швом по наружной обечайке, поверх которого наложен бандаж. Безопасность адсорбционного материала при сварке обеспечивается прокладкой из термоизоляционного материала между непосредственно материалом и сварным швом, а также прокачкой газообразного азота через адсорбционный газовый терминал при небольшом избыточном давлении.

Пример 2.

Отличается от примера 1 тем, что адсорбционный газовый терминал содержит на своей платформе безмасляный компрессор для закачки природного газа.

Пример 3.

Отличается от примера 1 тем, что адсорбционный газовый терминал содержит на своей платформе содержит систему фильтров для очистки природного газа от масляных примесей при закачке газа масляным компрессором, расположенным также на платформе адсорбционного газового терминала.

Пример 4.

Отличается от примера 1 тем, что две половины адсорбционного газового терминала имеют фланцы, Фиг. 2, которые после его снаряжения стягивают болтами. Использование фланцевой конструкции существенно упрощает техническое обслуживание адсорбционного материала, находящегося в терминале, т.к. упрощает доступ к нему. Также отпадает необходимость в использовании термоизолирующего материала и прокачки газообразным азотом, используемых при сварке, однако на величину около 5% увеличивается масса конструкции адсорбционного газового терминала.

Пример 5.

Отличается от примера 1 и 4 тем, что ячейки адсорбционного газового терминала выполнены в независимом друг от друга виде, Фиг. 3, в форме кассет - независимо расположенных трубок, заполненных адсорбционным материалом в форме цилиндров.

Пример 6.

Отличается от примера 1 тем, что ячейки адсорбционного газового терминала в вертикальном направлении представлены прутками, приваренными к противоположным сторонам внешней обечайки.

Изобретение может быть воплощено и в других конкретных формах без отступления от сути или существенных признаков. Поэтому данный пример осуществления изобретения следует во всех отношениях рассматривать как иллюстративный и неограничительный.

Пример 7.

Отличается от примера 1 тем, что ячейки адсорбционного газового терминала образованы диагональными пластинами, приваренными к противоположным сторонам внешней обечайки, Фиг. 4.

Такой тип ячеистой конструкции позволяет за счет расположения ячеек под углом к обечайке снизить напряжения растяжения непосредственно от сил давления находящихся в углах сечения. Пластины, образующие ячейки, находятся между собой под прямым углом, образуя квадратные или прямоугольные ячейки, и привариваются друг к другу и к обечайке в «шахматном» порядке. В этом случае прочность конструкции возрастает, а ее масса снижается.

Пример 8.

Отличается от примера 1 тем, что обечайка адсорбционного газового терминала представляет собой набор полутруб, Фиг. 5.

Данная конструкция отличается высокой прочностью, которая достигается за счет значительного снижения изгибных напряжений в самой обечайке. Увеличение прочности конструкции в свою очередь ведет к уменьшению ее массы.

Пример 9.

Отличается от примера 1 тем, что адсорбционный газовый терминал составляется из труб, свариваемых друг с другом, Фиг. 6. Адсорбционный материал исполняется в виде цилиндров, а пространство между трубами заполняется набором монолитных блоков с засыпкой между блоков гранулированного адсорбента.

Достоинство данной конструкции в том, что трубы принимают на себя не только поперечные разрывные силы, но также удерживают осевые силы, действующие на крышки, а также цилиндры воспринимают и осевые нагрузки, ввиду чего прочность конструкции существенно возрастает.

Таким образом, адсорбционный газовый терминал способен аккумулировать природный газ в объеме не менее 100 м3 (природного газа)/м3 (системы хранения), а суммарно в адсорбционном газовом терминале помещается от 1000 до 100000 м3 (природного газа) при рабочем давлении от 30 до 100 бар и при температуре терминала от минус 40 до плюс 50°C.

Изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отступления от его сути или существенных признаков. Поэтому данные примеры осуществления изобретения следует во всех отношениях рассматривать как иллюстративные и неограничительные.

1. Адсорбционный газовый терминал, состоящий из корпуса, выполненного в форме параллелепипеда, и расположенной внутри него конструкции из чередующихся ячеек, способных нести нагрузку, ориентированной относительно одной из главных осей симметрии корпуса в продольном направлении, при этом внутри ячеек расположены блоки адсорбционного материала, обеспечивающие заполнение адсорбционного газового терминала не менее чем на 80%.

2. Адсорбционный газовый терминал по п. 1, отличающийся тем, что ячейки имеют призматическую или цилиндрическую форму.

3. Адсорбционный газовый терминал по п. 1, отличающийся тем, что конструкция из чередующихся ячеек выполнена в виде размещенных по периметру корпуса полутруб, края которых соединены с краями противоположных полутруб посредством пластин или в виде независимых друг от друга кассет.

4. Адсорбционный газовый терминал по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен в форме параллелепипеда со скругленными гранями.

5. Адсорбционный газовый терминал по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит безмасляный компрессор для закачки природного газа в адсорбер или масляный компрессор с системой фильтров для очистки природного газа от масляных примесей.

6. Адсорбционный газовый терминал по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде разборной фланцевой конструкции.

7. Адсорбционный газовый терминал по п. 1, отличающийся тем, что корпус представляет собой сварную конструкцию, выполненную из по меньшей мере двух частей, при этом поверх сварных швов конструкции наложен бандаж в виде листов металла, приваренных к наружной стороне корпуса.

8. Адсорбционный газовый терминал по п. 7, отличающийся тем, что с внутренней стороны частей корпуса, вблизи сварных швов, расположен термоизоляционный материал.

9. Адсорбционный газовый терминал по п. 1, отличающийся тем, что корпус имеет по меньшей мере один ввод прибора для контроля температуры внутри корпуса.

10. Адсорбционный газовый терминал по п. 1, отличающийся тем, что содержит ввод в виде патрубка, расположенного в нижней части адсорбционного газового терминала, для закачки газа и ввод в виде патрубка, расположенного в верхней части адсорбционного газового терминала, для выдачи газа потребителю.

11. Адсорбционный газовый терминал по п. 1 отличающийся тем, что ячейки имеют технологические отверстия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу хранения природного газа метана при помощи адсорбции в общепромышленных газовых баллонах, в микропористом материале с эффективной шириной пор меньше 3 нм, высокой насыпной плотности, формованного в блоки в виде специальных шестигранных призм, у которых диаметр описанной окружности основания не менее чем на 15% меньше, чем отверстие в горловине баллона, упакованных таким образом, что внутренний объем баллона заполняется адсорбционным материалом не менее чем на 95%, может быть использовано в системах хранения, распределения и транспортировки газового топлива.

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках.

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в системах транспорта и водородных технологий.

Изобретение относится к системам и способам создания и хранения жидкофазной смеси природного газа, абсорбированного в легкоуглеводородных растворителях при температуре и давлении, которые способствуют улучшению объемных отношений сохраняемого природного газа по сравнению с CNG и PLNG при таких же температуре и давлении от менее 80° до около -120°F (от -62,2°С до -84,4°С) и от около 300 psig до около 900 psig (2,07-6,2 МПа, манометрических).
Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к материаловедению, микро- и наноэлектронике и может быть использовано в технологических процессах получения энергоносителей. В качестве аккумулирующего материала для насыщения атомарными и/или молекулярными веществами использован шаровидный материал микронных размеров, состоящий из наноразмерных двумерных спиралеобразно, радиально и аксиально расположенных пластин графита, имеющих единый центр.

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках.

Изобретение относится к газовой отрасли промышленности, а именно к средствам для хранения и транспортирования горючих газов. Баллон состоит из цилиндрического корпуса с патрубком, заполненного пористой пропитанной ацетоном массой.

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода, заключающемуся в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов за счет электролиза электролита, в который погружены электроды.

Изобретение относится к способам получения и хранения природного газа в виде газовых гидратов (ГПГ). Способ включает предварительное заполнение судна водоледяной смесью.
Изобретение относится к хранению природного газа, или метана, или смеси метана с углеводородными соединениями С2, С3, С4, С5 или С6+, в том числе всеми насыщенными и ненасыщенными углеводородами под давлением в контейнере в адсорбированном виде, и дальнейшей транспортировке находящегося под давлением контейнера с адсорбентом. Внутренний объем контейнера заполняют нанопористым углеродным адсорбентом, отобранным исходя из предполагаемых условий эксплуатации контейнера, с максимально большим объемом нанопор, но не меньше 0.50 см3/г . Для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 3.5 МПа и средних температурах ниже минус 30°С используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 1.2 до 3 нм. При рабочем давлении свыше 7 МПа и температурах, ниже или равных температуре окружающей среды, используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.5 до 1.25 нм. Техническим результатом изобретения является повышение адсорбционной емкости систем хранения газа под давлением в контейнере в области пониженных температур от минус 50 до плюс 30°С и понижение давления хранения газов. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к конструкции системы хранения и транспортировки природного газа в адсорбированном виде. Адсорбционный газовый терминал состоит из корпуса, выполненного в форме параллелепипеда, и расположенной внутри него конструкции из чередующихся ячеек, способных нести нагрузку, ориентированной относительно одной из главных осей симметрии корпуса в продольном направлении. Внутри ячеек расположены блоки адсорбционного материала, обеспечивающие заполнение адсорбционного газового терминала не менее чем на 80. Технический результат заключается в повышении эффективности использования полезного объема транспортных систем при размещении в них газового терминала, снижении давления заправки природным газом по сравнению с компримированным природным газом, а также повышении пожаро-взрывобезопасности. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх