Способ хранения природного газа в адсорбированном виде при пониженных температурах

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 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.

Газовые виды топлива, а в частности природный газ или метан, считаются наиболее перспективными, т.к. его использование в существующих двигателях и котлах технически реализовано с относительно высоким КПД, в продуктах сгорания содержится вредных выбросов на порядок меньше, чем в продуктах сгорания жидкого углеводородного топлива, а мировые запасы способны обеспечивать потребности человечества еще около 250 лет. Однако несмотря на обширную область применения природного газа и техническую доступность его использования для широкого круга потребителей, остается целый комплекс нерешенных задач, связанных с транспортировкой и хранением природного газа. Прежде всего это касается бытовых потребителей, проживающих вдали от магистральных трубопроводов, временных поселений, а также мобильных систем хранения природного газа, или метана, применяемых в топливных системах автомобилей, локомотивов, кораблей и других видах транспорта.

Для решения данной задачи наибольшее распространение в настоящее время получили системы компримированного природного газа (метана) в баллонах высокого давления (КПГ), ввиду простоты реализации. Однако такие системы малоэффективны, так как требуют закачки газа до высоких давлений около 250 бар, что требует особых условий безопасности при закачке газов в баллон, специального компрессорного оборудования, а также особых требований к прочности баллонов, в которые закачивается газ.

Другим существующим решением данной задачи является использование сжиженного метана, который также не получил широкого распространения из-за высоких требований безопасности и низкой экономической эффективности. Транспортировка природного газа в сжиженном состоянии обычно применяется для перевозки колоссальных количеств газа, особенно в тех случаях, когда строительство газопровода затруднено (например, морским путем). При этом системы сжиженного природного газа (СПГ) требуют создания специальной инфраструктуры, как на месте производства, так и на месте потребления. Это затрудняет использование СПГ как для развития системы газификации, так и в мобильных источниках.

В дополнение к традиционным методам в начале XIX века начал интенсивно развиваться адсорбционный метод хранения и транспортировки природного газа. В адсорбционных системах природный газ высокой плотности концентрируется внутри микропор адсорбента с высокой плотностью и находится с ним в связанном состоянии, при этом диффузия в микропорах тормозит выход газа, и в связи с чем значительно снижается количество свободной газовой фазы в системе, что существенно уменьшает возможность возникновения взрыва при разгерметизации системы и пожара. Таким образом, адсорбционный метод является хорошим компромиссом между СПГ и КПГ: не требует развития новой специализированной инфраструктуры, так как обслуживающие системы заполнения и выдачи газа аналогичны КПГ, обладает повышенной пожаро- и взрывобезопасностью, так как хранение осуществляется в нанодиспергированном виде при давлениях до 70 бар, энергоэффективен, так как не требует существенных затрат энергии на сжатие газа при заправке, обладает повышенной объемной плотностью газа в системе хранения по сравнению с КПГ (объемная плотность КПГ систем около 150 и 263 м3[н.т.д. метана]/м3[системы хранения] при давлениях 150 бар 250 бар соответственно), но меньшей по сравнению с СПГ (объемная плотность СПГ систем около 550 м33).

Адсорбционные системы по количеству аккумулируемого газа (150-180 нм3 метана/м3 баллона) незначительно проигрывают КПГ, однако традиционно функционируют в области существенно меньших давлений (от 3 до 7 МПа против 20-25 МПа для КПГ). Природный газ или метан в адсорбционных системах концентрируется внутри микропор адсорбента, при этом скорость его выхода из микропор существенно меньше скоростей, развиваемых в свободном газовом состоянии, что существенно влияет на процессы, происходящие при разгерметизации системы. В случае адсорбционной системы разгерметизация изначально «затрагивает» только газовую составляющую, которая при расширении очень быстро теряет давление. И только затем «срабатывает механизм» выхода газа из микропор (десорбция). Таким образом, при разгерметизации газ выходит медленнее и при быстро падающем давлении, а сам процесс сопровождается поглощением теплоты. Хранение метана в подобном дисперсном состоянии также ограничивает возможный объемный взрыв газа при попадании внутрь воздуха или кислорода (что само по себе является внештатной ситуацией). Адсорбционная система аккумулирования природного газа за счет меньшего давления, адсорбированного состояния природного газа в микропорах, а также за счет повышенной теплоемкости (что играет существенную роль при пожаре) обеспечивает повышенную пожаровзрывобезопасность по сравнению с КПГ и СПГ, что в перспективе позволит использовать мобильные системы хранения на основе адсорбционных технологий в непосредственной близости от потребителя.

Применение пористых материалов для повышения безопасности является традиционной технологией при хранении ацетилена как одного из наиболее пожаро- и взрывоопасных газов. Аналогичные принципы применимы и для природного газа, или метана.

Другим достоинством адсорбционных систем аккумулирования кроме безопасности является также энергосбережение. Заправка при пониженных давлениях позволяет уменьшить затраты энергии на сжатие газа, а в ряде случаев вообще отказаться от сжатия газа, например, если давление газа в трубопроводе достаточно велико. Например, при давлениях в трубопроводе от 3 до 10 МПа можно заправлять газ без применения дополнительного компрессора природного газа. В случае сжатого газа количество заправленного газа в этом случае было бы в 2-5 раз меньше. Если давление в трубопроводе невелико, например до 3 МПа, то возможно осуществить так называемую многоступенчатую заправку: при двух ступенях газ заправляется сперва при начальном давлении, а во второй этап заправки давление повышается за счет компрессора. Подобный принцип организации заправки экономит до 70-90% энергии. Удобной особенностью мобильных систем транспортирования газа является то, что место их заправки существенно удалено и не привязано к реальному потребителю, т.е. адсорбционные системы аккумулирования можно заправлять на станциях, расположенных рядом с магистральными трубопроводами (с высоким давлением газа). Таким образом, можно вовсе не расходовать энергию на заправку системы, т.е. экономия составляет 100%.

Еще одной особенностью адсорбционных систем аккумулирования природного газа является их существенная зависимость от температуры: при охлаждении количество аккумулируемого газа резко увеличивается. Данное свойство позволяет создавать низкотемпературные адсорбционные системы аккумулирования природного газа. Охлаждение позволяет либо снизить давление заправки (вплоть до 0.5-1 МПа), либо повысить количество аккумулируемого газа до 300-350 нм33 при давлении 10 МПа, что значительно превосходит показатели КПГ при давлении в два раза больше (200-240 нм33 при 20 МПа). Технически реализуемы низкотемпературные системы как с поддержанием низкой температуры, так и без (с теплоизоляцией или без нее в зависимости от задач).

Применение низких температур решает и некоторые недостатки адсорбционных систем. Например, использование охлаждения напрямую решает проблему выделения теплоты адсорбции при заправке. Также понижение температуры позволяет очистить природный газ от некоторых примесей (обычно углеводородов), которые могут накапливаться в адсорбенте в ущерб аккумулированию метана из природного газа.

Эффект от использования низких температур при транспортировке природного газа уже известен в существующем техническом уровне. Так в патенте РФ 2296266 предложен способ транспортировки природного газа в контейнерах под давлением при некоторой степени охлаждения. Согласно описанию изобретения природный газ охлаждают ниже температуры окружающей среды и добавляют углеводороды, имеющие 2-5 атомов углерода, в том числе все изомеры, насыщенные и ненасыщенные соединения, при температуре от -95,6 до -40°С и давлении от 75 до 150% от давления фазового перехода полученной газовой смеси. В способе использовано преимущество повышения плотности газа при величинах давления и температуры, приемлемых в случае использования сравнительно недорогого контейнера и транспортных средств, без необходимости излишнего охлаждения или сжатия при загрузке или транспортировке. Изобретение предлагается использовать на борту судна или других подвижных систем транспортировки охлажденного природного газа. Основным недостатком данного способа является необходимость добавки смеси углеводородов, очевидно предварительно требующих специальной подготовки. Кроме того, охлаждение газовой смеси до температур -95,6 до -40°С требует значительных затрат энергии и специализированных контейнеров, способных выдерживать низкие температуры, ниже температур общепромышленного интервала, и стойких к перепаду температур на стенках контейнера, так как часть контейнера, в которой находится охлажденная жидкость, будет существенно быстрее охлаждаться, чем часть с газовой фазой, что может вызвать повышенные нагрузки на стенки контейнера и снизить их срок службы.

Для повышения количества запасенного природного газа в контейнере при комнатных и пониженных температурах можно заполнить контейнер нанопористым адсорбентом, обладающими повышенными адсорбционными свойствами по метану и другим легколетучим компонентам природного газа. Такая технология повышения количества запасаемого природного газа, метана в эквивалентных объемах при одинаковом повышенном давлении была предложена в 90-х годах XX века. Так, например, в патенте US 5461023 предложено хранить природный газ при давлениях 1,5…4.5 МПа с помощью углеродного молекулярного сита, имеющего не менее 80% микропор, имеющих эффективные диаметры 0,55…0,65 нм, в общем объеме пор адсорбента. Подобные системы позволяли аккумулировать преимущественно метан из природного газа, в количестве не более 110 л/л. Здесь и далее имеется ввиду л метана при нормальных температуре (293 К) и давлении (1 атм). В этом случае объем выдаваемого потребителю газа из контейнера составлял около 70 л/л.

Такой подход повышения количества запасенного природного газа в системе хранения за счет использования нанопористых адсорбентов в системах хранения остается актуальным. Однако подход, предложенный в изобретении US 5461023, имеет ряд существенных недостатков. С одной стороны, использование углеродных 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. С другой стороны, узкий размер микропор углеродных молекулярных сит для метана определяет его относительно высокую энергию адсорбции, что приводит к замедлению выдачи газа потребителю при десорбции, 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, поддерживать его пониженную температуру во время хранения и нагревать газ при выдаче.

Так, например, известен патент Китая CN 204026132 (F17C 11/00; F17C 13/00) на полезную модель нового адсорбционного контейнера для хранения природного газа. Контейнер содержит цилиндрический корпус, внутри которого имеются слои адсорбента, 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. Такая конструкция позволяет существенно снизить влияние тепловых эффектов на адсорбционную емкость по природному газу адсорбента в процессе заправки и опорожнения контейнера и повысить скорость заправки. Существенным недостатком такой конструкции является удельно малый предельный объем засыпки адсорбента в контейнер, что определяется значительным объемом элементов теплообменника в контейнере. Ввиду чего снижается количество природного газа, запасенного в контейнере, а также существенно увеличивается трудоемкость производства таких контейнеров с теплообменниками.

Наиболее близким по сути и достигаемому результату является патент US 7955415, который описывает адсорбционную систему хранения газового топлива для автомобилей с увеличенной вместимостью по природному газу или метану. Система хранения топлива включает резервуар, наполненный активированным углем, цеолитом или металлорганической каркасной структурой, снабжена системой регулирования температуры вблизи заданных значений, регуляторами расхода на выдаче потребителю и системой обнаружения частиц для контроля утечек природного газа. Регулирование температуры основывается на контроле изменения давления в системе хранения и скорости потока, выдаваемого потребителю, в частности автомобильному двигателю. Это необходимо для поддержания необходимого потока газа для подачи в камеру сгорания. Предложенная система хранения, как отмечают авторы, эффективна при использовании активного угля с площадью поверхности от 1600 до 3000 м2/г. Такой подход достаточно эффективен, так как предлагаемые к использованию углеродные адсорбенты преимущественно обладают высокой адсорбционной емкостью, в том числе по метану или природному газу, а система поддержания температуры вблизи заданных значений позволяет предотвратить разогрев адсорбента.

Однако предлагаемая система имеет ряд недостатков, препятствующих ее наиболее эффективному использованию. С технической точки зрения, наличие большого количества систем контроля и поддержания требуемых значений параметров системы хранения позволяет повысить эффективность аккумулирования и скорость заправки, однако у подобного подхода есть и обратная сторона, связанная со сложностью в эксплуатации и обслуживании, что повышает стоимость хранения газа, а также ограничивает области применения таких систем хранения.

При этом ключом к повышению эффективности таких систем является правильно подобранный адсорбционный материал, за счет адсорбционных свойств которого можно компенсировать негативные последствия отсутствия некоторых из предложенных в US 7955415 систем, но при этом сделать ее более простой, а следовательно, более надежной. Однако при использовании активного угля удельной площадью поверхности от 1600 до 3000 м2/г добиться максимальной эффективности аккумулирования крайне сложно. Широко известно, что удельная площадь поверхности является обобщенной характеристикой адсорбционных свойств пористых материалов и включает в себя способность к адсорбции веществ за счет развитой пористой структуры или наличия значительного объема пор, а также за счет наличия в пористой структуре твердого тела специфических взаимодействий, т.е. высокой энергии адсорбции. Следовательно, чем больше объем пор и выше энергия адсорбции, тем больше удельная поверхность. Однако в процессе синтеза углеродных адсорбентов увеличение объема пор преимущественно связано с увеличением ширины поры, а это в свою очередь приводит к падению энергии адсорбции. Поэтому наиболее востребованные в промышленности промышленные угли, синтезированные с использованием похожих технологий, обладают близкой по величине удельной поверхностью от 1000 до 1500 м2/г. Углеродные адсорбенты с большей поверхностью до 3000 м2/г, как правило, синтезируются путем термохимического разложения полимеров и обладают широкими порами, малоэффективными для решения задач концентрирования и аккумулирования газов. К тому же, адсорбция имеет сильную зависимость от температуры и давления, ввиду чего для различных условий эксплуатации адсорбционного аккумулятора необходимо подбирать наиболее подходящие материалы.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности систем аккумулирования путем подбора подходящих адсорбентов с оптимальным сочетанием эффективной ширины пор материала, определяющей высокую энергию адсорбции природного газа, метана и объема нанопор, что позволяет обеспечить большее количество аккумулированного материалом газа и улучшение диффузионных характеристик материала аккумулятора, что приводит к ускорению заправки аккумулятора, для эксплуатации в различных условиях, в частности в условиях низкотемпературного хранения природного газа, метана при повышенных давлениях.

Техническим результатом заявленного изобретения является:

повышение адсорбционной емкости систем хранения 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 области пониженных температур от минус 50 до плюс 30°C;

понижение давления хранения природного газа, или метана, или смеси метана с углеводородными соединениями С2, С3, С4, С5 или С6+, в том числе всеми насыщенными и ненасыщенными углеводородами.

Технический результат достигается тем, что способ хранения 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 при температурах окружающей среды и ниже в контейнере в адсорбированном виде заключается в том, что 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, при этом

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 3.5 МПа и средних температурах ниже минус 30°C используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 1.2 до 3 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 3.5 МПа и средних температурах от минус 30 до минус 10°C используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.9 до 2.0 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 3.5 МПа и средних температурах от минус 10 до плюс 10°C используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.8 до 1.3 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 3.5 МПа и средних температурах от плюс 10 до плюс 30°C используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.6 до 1.2 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 7 МПа и средних температурах ниже минус 30°C используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.8 до 2.0 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 7 МПа и средних температурах от минус 30 до минус 10°C используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.8 до 1.3 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 7 МПа и средних температурах от минус 10 до плюс 30°C используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.50 до 1.0 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении свыше 7 МПа и средних температурах ниже или соответствующей температуре окружающей среды используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.5 до 1.25 нм.

Для аккумулирования газов на основе метана используют комбинацию из контейнеров, соединенных газовыми трубопроводами с соответствующей арматурой.

Используют формованный (блочный) нанопористый материал, содержащий отверстия малого диаметра до 0.5 мм сквозные и тупиковые (несквозные).

Контейнер для хранения газа также может быть снабжен системой охлаждения, представленной внутренним и/или внешним теплообменником или несколькими теплообменниками, холодильной машиной, за счет которых поддерживается температура хранения и/или заправки газов. С целью ускорения заправки на линии подачи газа может использоваться дросселирующий регулировочный вентиль или иной дроссель, проходя через который газ охлаждается (дросселируется) и поступает в контейнер в охлажденном виде, что компенсирует теплоту, выделяемую в процессе адсорбции газов и приводит к более быстрой заправке контейнера требуемым объемом газов, а при соответствующей регулировке снижению давления заправки газов. Эффект снижения давления заправки связан с локальным понижением температуры контейнера при заправке охлажденным природным газом, метаном. Все это приводит к повышению энергоэффективности заправки - снижение затрат на заправку газа за счет снижения давления и времени заправки.

При использовании формованного (блочного) нанопористого материала в контейнере для аккумулирования метана допускается в материале делать отверстия малого диаметра до 0.5 мм сквозные и тупиковые (несквозные) для улучшения диффузионных характеристик природного газа в контейнере, т.е. для ускорения процесса адсорбции.

В системе хранения и транспортировки 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 области пониженных температур от минус 50 до плюс 30°C, технический эффект от заявляемого изобретения проявляется в виде по меньшей мере следующих явных преимуществ:

- повышение адсорбционной емкости систем хранения природного газа, или метана, или смеси метана с углеводородными соединениями С2, С3, С4, С5 или С6+, что позволяет сделать подобные системы более компактными, что, например, увеличит запас хода автотранспорта, использующего в качестве топлива природный газ, при сохранении объема топливного бака;

- понижение давления хранения, по сравнению с системами хранения компримированного природного газа позволит: использовать контейнеры с меньшей толщиной стенок, в случае использования стали, что означает меньшую стоимость и вес; использовать контейнеры большего диаметра, так как производство обычно ограничено толщиной стенок для данного диаметра, что может позволить использование меньшего числа контейнеров для данного объема и стоимость оборудования и коллекторов для подсоединения контейнеров; использовать клапана и фитинги с пониженными требованиями безопасности, то есть удешевление процесса хранения; также снизить требования к подготовке газа для закачки в контейнер, а также снизить требования к компрессорам;

- увеличение удельного объема аккумулированного газа также означает меньший вес системы хранения, а следовательно, использование меньшего количества топлива для работы транспортной системы при заданной скорости, для транспортировки газа;

- ускорение процесса заправки контейнера не только снижает стоимость хранения и транспортировки газа или 1 кВт энергии, выделяемой при сгорании газа, выдаваемого из контейнера, но и расширяет возможности применения адсорбционных систем хранения, например, для использования в качестве топливных баков авто- или другого вида транспорта, где требуются высокие скорости заправки.

Параметры эффективной ширины нанопор были определены в численном эксперименте методом молекулярной динамики. Для вышеуказанных ширин пор, при соответствующих термодинамических параметрах наблюдается образование адсорбционных ассоциатов молекул метана в объеме нанопор, в том числе и с молекулами других углеводородов, составляющих природный газ, то есть переход от частично локализованной адсорбции к механизму объемного заполнения, то есть более эффективному заполнению адсорбированными молекулами пространства нанопор. В этом случае энергия межмолекулярного взаимодействия адсорбированных молекул, приводящая к образованию адсорбционных ассоциатов, добавляется к энергии взаимодействия «адсорбент-адсорбат», что приводит к увеличению энергии адсорбции и, в макроскопическом масштабе, к повышению адсорбционной емкости нанопористого углеродного материала. Полученные результаты подтверждаются теоретическими исследованиями, основывающимися на теории объемного заполнения микропор. Расчеты предсказали появление максимумов эффективности адсорбционного аккумулирования веществ для нанопор с определенной эффективной шириной в различных интервалах давлений при заданных температурах. Полученные результаты были подтверждены экспериментально в исследованиях адсорбционного аккумулирования на прототипе мобильного адсорбционного газового хранилища.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами:

1. Адсорбционная система хранения метана, в которой в качестве контейнера используется промышленный баллон стальной по ТУ 1410-007-29416612-2005 гидравлическим объемом 100 л. Контейнер заполнялся формованным нанопористым адсорбентом, синтезированным на основе углеродного органического сырья, с насыпным весом около 650 кг/м3, с удельным объемом микропор 0.61 см3/г и с эффективной шириной пор около 1.2 нм. Контейнер снабжен внутренним и внешним теплообменником для охлаждения газа при заправке, и, при необходимости, поддержания его температуры ниже температуры окружающей среды при хранении газа. Система рассчитана на рабочее давление 3.5 МПа и среднюю температуру хранения газа минус 20°C. Такая адсорбционная система хранения позволяет аккумулировать метан при средней температуре хранения в количестве 16 м3.

2. Отличается от примера 1 тем, что адсорбционная система хранения работает при средней температуре хранения 0°C и способна аккумулировать 14 м3 метана.

3. Отличается от примера 1 тем, что адсорбционная система хранения работает при средней температуре хранения минус 30°C. Такая система хранения способна аккумулировать 17 м3 метана.

4. Отличается от примера 1 тем, что адсорбционная система хранения рассчитана на рабочее давление 7 МПа и среднюю температуру хранения минус 30°C, а блоки формованного нанопористого углеродного материала имеют отверстия малого диаметра до 0.5 мм, сквозные и тупиковые. Такая адсорбционная система хранения способна аккумулировать 20 м3 метана, а наличие отверстий в блоках материала позволяет улучшить транспорт газа по системе хранения и, соответственно, ускорить заправку.

5. Адсорбционная система хранения природного газа, в которой в качестве контейнера используется оригинальный сварной металлический контейнер гидравлическим объемом 100 л. Контейнер заполнялся гранулированным нанопористым адсорбентом, синтезированным на основе полимерного материала, с насыпным весом около 900 кг/м3, с удельным объемом микропор 0.5 см3/г и с эффективной шириной пор около 0.85 нм. Система рассчитана на рабочее давление 3.5 МПа и среднюю температуру хранения газа плюс 20°C. Для компенсации теплоты адсорбции метана, выделяемой в процессе заправки системы хранения, на линии подачи природного газа в систему хранения установлен дросселирующий вентиль, отрегулированный таким образом, что температура природного газа на линии подачи за вентилем составляет около минус 10°C. Такая адсорбционная система хранения позволяет аккумулировать природный газ при средней температуре хранения в количестве 12 м3.

6. Отличается от примера 5 тем, что контейнер выполнен с расчетом на рабочее давление газа 7 МПа. В этом случае адсорбционная система хранения позволяет аккумулировать природный газ при средней температуре хранения в количестве около 14 м3.

7. Отличается от примера 5 тем, что контейнер выполнен с расчетом на рабочее давление газа 15 МПа и заполняется смесью углеводородов С1-С5, с содержанием метана не менее 85%. В этом случае адсорбционная система хранения позволяет аккумулировать газовую смесь на основе метана при средней температуре хранения в количестве около 16 м3.

8. Адсорбционная система хранения газовой смеси на основе метана с примесями C1-С5, с содержанием метана не менее 99%, в которой в качестве контейнера используется оригинальный сварной металлический контейнер гидравлическим объемом 2 л. Контейнер заполнялся гранулированным нанопористым адсорбентом, синтезированным на основе карбида кремния, с насыпным весом около 1100 кг/м3, с удельным объемом микропор 0.51 см3/г и с эффективной шириной пор около 0.82 нм. Система рассчитана на рабочее давление 40 МПа и среднюю температуру хранения газа плюс 25°C. Такая адсорбционная система хранения позволяет аккумулировать газовую смесь при средней температуре хранения в количестве 0.6 м3.

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

1. Способ хранения 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 при температурах окружающей среды и ниже в контейнере в адсорбированном виде, заключающийся в том, что 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, отличающийся тем, что

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;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 3.5 МПа и средних температурах от минус 30 до минус 10°С используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.9 до 2.0 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 3.5 МПа и средних температурах от минус 10 до плюс 10°С используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.8 до 1.3 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 3.5 МПа и средних температурах от плюс 10 до плюс 30°С используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.6 до 1.2 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 7 МПа и средних температурах ниже минус 30°С используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.8 до 2.0 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 7 МПа и средних температурах от минус 30 до минус 10°С используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.8 до 1.3 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении до 7 МПа и средних температурах от минус 10 до плюс 30°С используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.50 до 1.0 нм;

для эксплуатации контейнера при рабочем давлении свыше 7 МПа и средних температурах ниже или соответствующей температуре окружающей среды используют нанопористый материал со средней эффективной шириной нанопор от 0.5 до 1.25 нм.

2. Способ по п. 1 отличается тем, что для аккумулирования газов на основе метана используют комбинацию из контейнеров, соединенных газовыми трубопроводами с соответствующей арматурой.

3. Способ по п. 1 отличается тем, что используют формованный (блочный) нанопористый материал, содержащий отверстия малого диаметра до 0.5 мм, сквозные и тупиковые (несквозные).



 

Похожие патенты:

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.

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 электротехнике, а более конкретно к слоистым пленочным электродам для электролитических конденсаторов. Пленочный конденсатор содержит многослойный электрод, основа которого с развитой поверхностью через адгезионный металлизирующий нанослой скреплена с наноразмерным покрытием в форме, как минимум, двух слоев: функционального из титана и/или алюминия, который дополнительно наращивается посредством электрофореза из жидкой среды, и второй - диэлектрик, сформированный из оксидов алюминия и титана, который содержит в объеме и на границах разделов нанокластеры металла размером 0,5-50 нм, допируемые посредством электрических разрядов в жидкой среде, при этом поверхность диэлектрика конформно покрыта слоем электролита.
Изобретение относится к фармацевтической промышленности и представляет собой гель антисептический ранозаживляющий с пролонгированным действием для кожной поверхности, содержащий гелеобразователь, серебро, воду.
Изобретение относится в области нанотехнологии и пищевой промышленности, а именно к способу получения нанокапсул, в которых в качестве оболочки нанокапсул используют высоко- или низкоэтерифицированный яблочный или цитрусовый пектин, а в качестве ядра используют семена чиа, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:1 или 1:3.
Изобретение относится в области нанотехнологии, медицины и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих иммуностимулирующим действием, где в качестве оболочки используют высоко- или низкоэтерифицированный яблочный или цитрусовый пектин, а в качестве ядра - настойку эхинацеи, характеризуется тем, что 5 мл настойки эхинацеи добавляют в суспензию высоко- или низкоэтерифицированного яблочного или цитрусового пектина в бензоле в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1300 об/мин, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом соотношение ядро : оболочка составляет 1:1 или 1:3.

Изобретение относится к медицине. Описан искусственный кровеносный сосуд, содержащий цилиндрическую тканевую структуру, где ткань получают посредством переплетения множества нитей основной пряжи и множества нитей уточной пряжи друг с другом в цилиндрическую форму, в которой нить мультифиламентной пряжи имеет тонину одиночной нити пряжи не более чем 0,50 децитекс и нити связаны с антитромбогенным материалом, который образует слой антитромбогенного материала, который имеет толщину от 1 до 600 нм внутри цилиндрической ткани, и водная проницаемость в условиях, когда к внутренней поверхности прикладывают давление 16 кПа, составляет менее чем 300 мл/см2/мин.

Использование: для формирования на подложках структурных образований из микро- и наночастиц. Сущность изобретения заключается в том, что по способу упорядочения расположения наночастиц на поверхности подложки путем их перемещения с помощью лазерного излучения, в соответствии с изобретением, подложки с наночастицами на поверхности облучают многократно импульсами лазерного пучка с распределением интенсивности по облучаемой области, повторяющим необходимое расположение наночастиц, причем интенсивность в максимумах достаточна для возбуждения в них импульса избыточного давления в среде.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в области электронной промышленности. Способ включает формирование анодным окислением алюминиевого образца слоя пористого анодного оксида, который удаляют селективно по отношению к алюминию, формирование анодным окислением алюминия основного слоя пористого анодного оксида алюминия, отличающийся тем, что формирование удаляемого и основного слоев проводят в гальваностатическом режиме при постоянной температуре 5-10°C и плотности тока 5-15 мА/см2 в электролите следующего состава, г/л: ортофосфорная кислота 58,8-176,0, янтарная кислота 4-6, молибдат аммония 1-4, глицерин 1-3.

Изобретение относится к технологиям преобразования солнечной энергии в электрическую. Перовскитная солнечная ячейка представляет собой слоистую структуру, включающую, по меньшей мере, три слоя: два проводящих слоя - р-проводящий и n-проводящий, а также размещенный между ними светопоглощающий слой, при этом один из проводящих слоев выполнен пористым, а светопоглощающий слой имеет перовскитную структуру общей структурной формулой АВХ3, где в качестве А используют Cs+, или СН3МН3+, или (NH2)2CH+, в качестве В используют Pb2+ или Sn2+, в качестве X используют I-, или Br-, или Cl-.

Изобретение относится к области сверхпроводниковой микроэлектроники, в частности к способу создания интегрированного криогенного адаптера питания на одном чипе. Способ включает нанесение на подложку слоя сверхпроводника и формирование из него методом электронной литографии сверхпроводящих элементов детектора, включая меандр, соединительные провода, контактные площадки и последующее преобразование участков сверхпроводящих проводов в сопротивления требуемого номинала путем воздействия пучка ускоренных частиц.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой гепатопротекторную инъекционную фармацевтическую композицию на основе силимарина и наночастиц селена, включающую силимарин, дистиллированную воду, отличающуюся тем, что дополнительно содержит наночастицы селена, восстановленные из селенистой кислоты с образованием коллоидного селена, при этом в качестве восстановителя для коллоидного селена используют цистеин, или аскорбиновую кислоту, или тиосульфат натрия, или меркаптоэтанол, кроме того, содержит в качестве стабилизатора pH гидроксид натрия, или гидроксид калия, или аргинин, кроме того, содержит стабилизатор для силимарина, в качестве которого используют янтарную, или фумаровую, или яблочную, или лимонную, или щавелевую кислоту.

Изобретение относится к области биохимии. Предложена мембрана для нанофильтрации в водных, спиртовых и водно-спиртовых средах. Мембрана получена в результате обработки извлекаемой из водоемов мантии асцидии вида Halocynthia aurantium 0,5% водным раствором едкого натра в течение не менее 24 часов при 100°С. Изобретение обеспечивает возможность проведения фильтрации в условиях нанофильтрационно низких давлений, возможность селективного выделения спирта из его водных смесей и отсутствие гистерезиса на кривых зависимости проницаемости от давления. 6 ил., 5 пр.

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 см3г. 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.

Наверх