DE102007058673A1 - Method for storing gaseous hydrocarbons - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in einem Sorptionsspeicher (5), wobei die Temperatur des gespeicherten Kohlenwasserstoffs bei gefülltem Sorptionsspeicher (5) kleiner als die Raumtemperatur und größer als die Verdampfungstemperatur des Kohlenstoffes ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verbindung zur Speicherung gasförmiger Kohlenwasserstoffe, umfassend einen Sorptionsspeicher (5), der gegenüber der Umgebung isoliert ist. Der Sorptionsspeicher (5) enthält Zeolith, Aktivkohle oder metallorganische Gerüstverbindungen.The invention relates to a method for storing gaseous hydrocarbons in a sorption store (5), wherein the temperature of the stored hydrocarbon is less than the room temperature and greater than the evaporation temperature of the carbon when the sorption store (5) is filled. Furthermore, the invention relates to a compound for storing gaseous hydrocarbons, comprising a Sorptionsspeicher (5), which is isolated from the environment. The sorption storage (5) contains zeolite, activated carbon or organometallic framework compounds.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in einem Sorptionsspeicher. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Speicherung gasförmiger Kohlenwasserstoffstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The The invention relates to a method for storing gaseous Hydrocarbons in a sorption storage. Furthermore the invention provides a device for storing gaseous Hydrocarbon substances according to the preamble of claim 10.
Zur Speicherung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen werden heute im Allgemeinen Druckgastanks eingesetzt. Diese können sowohl in stationären Anwendungen, z. B. zur Beheizung von Gebäuden, oder in mobilen Anwendungen, so z. B. in gasbetriebenen Kraftfahrzeugen, zum Einsatz kommen. Hinsichtlich der mobilen Anwendungen von Druckgastanks sind diese in der Regel für einen Systemdruck von 200 bar ausgelegt und werden in ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebenes Kraftfahrzeug eingebaut. Die Speicherung erfolgt dabei üblicherweise bei Umgebungstemperatur. Nachteil von Druckgastanks zur Speicherung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen ist, dass insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen besondere Sicherheitsanforderungen gestellt werden. Weiterhin ist insbesondere hinsichtlich der mobilen Anwendungen von Druckgastanks der Umstand von Nachteil, dass aufgrund von Sicherheitsvorschriften für Gastanks für Kraftfahrzeuge die Gastanks in der Regel als zylindrische Druckbehälter ausgebildet sind, wobei die zulässige Füllmenge nur bei 80% des vorhandenen Rauminhaltes liegt. Der Restanteil des vorhandenen Rauminhaltes des Druckgasspeichers dient als Expansionsraum für das Gas.to Storage of gaseous hydrocarbons are used today generally pressurized gas tanks. these can both in stationary applications, eg. B. for heating of buildings, or in mobile applications, such. B. in gas-powered Motor vehicles, are used. Regarding mobile applications of pressurized gas tanks, these are usually for a system pressure designed from 200 bar and are in one with gaseous Fuel-powered motor vehicle installed. The storage usually takes place at ambient temperature. disadvantage of compressed gas tanks for storage of gaseous hydrocarbons is that particular when used in motor vehicles special Safety requirements are made. Furthermore, in particular in terms of mobile applications of pressurized gas tanks the circumstance disadvantage that due to safety regulations for Gas tanks for motor vehicles usually serve as gas tanks cylindrical pressure vessel are formed, wherein the permissible filling quantity only at 80% of the available volume lies. The remainder of the existing volume of the compressed gas storage serves as an expansion space for the gas.
Neben
Druckspeichern geht die Tendenz derzeit dahin, Sorptionsspeicher
einzusetzen. Sorptionsspeicher enthalten im Allgemeinen ein hochporöses
Material, z. B. ein MOF (Metal Organic Framework) mit hoher innerer
Oberfläche. Das Gas wird von dem hochporösen Material
absorbiert und hierdurch gespeichert. Sorptionsspeicher sind derzeit insbesondere,
z. B. aus
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Speicherung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in einem Sorptionsspeicher ist die Temperatur des gespeicherten Kohlenwasserstoffes bei gefülltem Sorptionsspeicher kleiner als Raumtemperatur und größer als die Verdampfungstemperatur des Kohlenwasserstoffes. Bevorzugt liegt die Temperatur unterhalb der Siedetemperatur von Stickstoff, d. h. die Temperatur ist kleiner als –196°C.At the Inventive method for storing gaseous hydrocarbons in a sorption storage is the temperature of the stored hydrocarbon when the sorption reservoir is full less than room temperature and larger than that Evaporation temperature of the hydrocarbon. Preferably lies the temperature below the boiling temperature of nitrogen, d. H. the temperature is less than -196 ° C.
Ein Sorptionsspeicher enthält im Allgemeinen ein hochporöses Material, z. B. ein MOF (Metal Organic Framework). Weitere geeignete hochporöse Materialien zur Speicherung des gasförmigen Kohlenwasserstoffes sind z. B. Zeolithe und Aktivkohle.One Sorption storage generally contains a highly porous Material, eg. As a MOF (Metal Organic Framework). Other suitable highly porous materials for storing the gaseous Hydrocarbons are z. As zeolites and activated carbon.
Dadurch, dass die Temperatur des gespeicherten Kohlenwasserstoffes bei gefülltem Sorptionsspeicher reduziert wird, lässt sich die Speicherkapazität des Sorptionsmateriales erhöhen. Es kann mehr Kohlenwasserstoff vom Sorptionsspeicher aufgenommen werden. Dadurch, dass die Temperatur größer gehalten wird als die Verdampfungstemperatur des Kohlenwasserstoffes, wird vermieden, dass der Kohlenwasserstoff im Sorptionsspeicher kondensiert. Der Kohlenwasserstoff liegt weiterhin gasförmig vor.Thereby, that the temperature of the stored hydrocarbon when filled Sorption memory is reduced, the storage capacity can be reduced of the sorbent material increase. It can be more hydrocarbon be absorbed by the Sorptionsspeicher. By making the temperature bigger is held as the vaporization temperature of the hydrocarbon, This avoids the hydrocarbon in the sorption storage condensed. The hydrocarbon is still present in gaseous form.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante ist die Temperatur des Kohlenwasserstoffes beim Befüllen des Sorptionsspeichers kleiner oder gleich der Temperatur des gespeicherten Kohlenwasserstoffes bei gefülltem Sorptionsspeicher. Hierdurch kann im Sorptionsspeicher der Energiebedarf zur Kühlung des Kohlenwasserstoffes reduziert werden, da dieser nicht mehr auf Speichertemperatur heruntergekühlt werden muss. Zudem wird bereits beim Befüllen des Sorptionsspeichers die maximale Speicherfähigkeit des Sorptionsmateriales erzielt. Ein weiterer Vorteil der Befüllung des Sorptionsspeichers mit bereits gekühltem Kohlenwasserstoff ist, dass schwerer siedende Bestandteile des gasförmigen Kohlenwasserstoffes vor dem Befüllen des Sorptionsspeichers auskondensieren und so nicht in den Sorptionsspeicher gelangen. Auf diese Weise wird vermieden, dass der Sorptionsspeicher durch schwerer siedende Bestandteile der gasförmigen Kohlenwasserstoffe verunreinigt wird und auf diese Weise die Speicherkapazität mit der Zeit abnimmt.In A preferred process variant is the temperature of the hydrocarbon less or equal when filling the sorption reservoir the temperature of the stored hydrocarbon when filled Sorption. As a result, the energy requirement in the sorption storage be reduced for cooling the hydrocarbon, since these are no longer cooled down to storage temperature got to. In addition, already when filling the Sorptionsspeichers the maximum storage capacity of the sorption material achieved. Another advantage of filling the Sorptionsspeichers with already cooled hydrocarbon is that heavier boiling constituents of the gaseous hydrocarbon Condens out before filling the sorption reservoir and so did not get into the Sorptionsspeicher. In this way it is avoided that the sorption storage by heavy boiling Components of gaseous hydrocarbons contaminated and in this way the storage capacity with the Time decreases.
Gasförmige Kohlenwasserstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere C1-C4-Alkane, C2-C4 Alkene und C2-C3 Alkine. Besonders bevorzugte Kohlenwasserstoffe sind Erdgas, Methan, Ethan, Propan und Butan. Und besonders bevorzugt ist der gasförmige Kohlenwasserstoff ausgewählt aus Erdgas oder Methan.Gaseous hydrocarbons for the purposes of the present invention are, in particular, C 1 -C 4 -alkanes, C 2 -C 4 -alkenes and C 2 -C 3 -alkynes. Particularly preferred hydrocarbons are natural gas, methane, ethane, propane and butane. And more preferably, the gaseous hydrocarbon is selected from natural gas or methane.
Um die Temperatur im Sorptionsspeicher halten zu können, ist es bevorzugt, wenn der Sorptionsspeicher zur Temperierung des gasförmigen Kohlenwasserstoffes gekühlt wird. Das eingesetzte Kühlmedium ist dabei abhängig von der Temperatur, auf die der Sorptionsspeicher gekühlt werden soll. Insbesondere als Kühlmittel eignet sich z. B. flüssiger Stickstoff.Around to be able to keep the temperature in the sorption storage is it is preferred if the sorption storage for temperature control of the gaseous Hydrocarbon is cooled. The used cooling medium depends on the temperature to which the Sorptionsspeicher to be cooled. Especially as a coolant is suitable for. As liquid nitrogen.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Sorptionsspeicher von einer Isolierung umschlossen ist. Durch die Isolierung wird vermieden, dass der Sorptionsspeicher von der Umgebung aufgewärmt wird. Insbesondere bei zuvor bereits gekühlten Kohlenwasserstoffen ist es auf diese Weise möglich, zur Kühlung nur wenig Energie einsetzen zu müssen. Bei einer besonders guten Isolierung ist es gegebenenfalls sogar möglich, vollständig auf die Kühlung zu verzichten.Furthermore, it is preferred if the sorpti memory is enclosed by an insulation. The insulation prevents the sorption storage from being warmed up by the environment. In particular, in previously cooled hydrocarbons, it is possible in this way, to use for cooling only little energy. With a particularly good insulation, it may even be possible to completely dispense with the cooling.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird zum Entleeren des Sorptionsspeichers die Temperatur im Sorptionsspeicher mit abnehmendem Gehalt an Gas bis zum Erreichen einer maximal zulässigen Temperatur derart erhöht, dass ein vorgegebener Mindestdruck im Sorptionsspeicher nicht unterschritten wird.In A preferred variant of the method is for emptying the Sorptionsspeichers the temperature in the sorption storage with decreasing content of gas until reaching a maximum allowable temperature such increases that a predetermined minimum pressure in the sorption not fallen below.
Durch die Erhöhung der Temperatur nimmt die Speicherkapazität des Sorptionsspeichers ab. Auf diese Weise wird immer mehr Gas freigesetzt. Die maximal zulässige Temperatur, bis zu deren Erreichen der Sorptionsspeicher erwärmt wird, wird so gewählt, dass nur noch ein möglichst geringer Anteil an Gas im Sorptionsspeicher verbleibt.By the increase in temperature decreases the storage capacity of sorption storage. In this way, more and more gas is released. The maximum permissible temperature until reaching the Heated sorption store is chosen so that only a small proportion of gas in Sorptionsspeicher remains.
Der vorgegebene Mindestdruck ist abhängig vom Verbraucher, der mit dem Gas aus dem Sorptionsspeicher versorgt werden soll. So ist z. B. bei Einsatz des Sorptionsspeicher in Kraftfahrzeugen ein Minimaldruck erforderlich, um bei vorgegebenen Ventilquerschnitten noch die gewünschte Gasmasse bereitstellen zu können. Dies ist notwendig, um die gewünschte Brennleistung zu erreichen. Unterhalb des Mindestdrucks müssen Leistungseinbußen hingenommen werden oder es ist möglich, dass die Gasdosierventile nicht mehr öffnen. Gasverbraucher im Fahrzeug sind z. B. der Verbrennungsmotor bei gasbetriebenen Verbrennungskraftmaschinen oder eine Brennstoffzelle.Of the given minimum pressure depends on the consumer, which is to be supplied with the gas from the Sorptionsspeicher. So z. B. when using the Sorptionsspeicher in motor vehicles a minimum pressure required to work at given valve cross sections still be able to provide the desired gas mass. This is necessary to get the desired burning power to reach. Below the minimum pressure must be reduced performance be accepted or it is possible that the gas metering valves do not open anymore. Gas consumers in the vehicle are z. B. the internal combustion engine in gas-powered internal combustion engines or a fuel cell.
Durch die Erhöhung der Temperatur beim Entleeren des Sorptionsspeichers wird die nutzbare Tankkapazität erheblich gesteigert, wodurch ein verringerter Bauraum des Tanks mit dem Sorptionsspeicher oder eine größere Reichweite bei Einsatz im Fahrzeug realisiert werden kann. Zudem steht die maximale Leistung, das heißt ein konstanter Gasdruck bereit, bis der Tank im Wesentlichen leer ist.By Increase of temperature at emptying of sorption storage the usable tank capacity is increased considerably, whereby a reduced space of the tank with the Sorptionsspeicher or a greater range when used in the vehicle can be realized. In addition, the maximum power, that is a constant gas pressure ready until the tank is essentially empty is.
In einer ersten Ausführungsform wird die Temperatur stufenweise erhöht. Hierbei wird jeweils Gas bei konstanter Temperatur bis zum Erreichen eines vorgegebenen Sollwertes für den Druck entnommen und bei Erreichen des Sollwertes wird die Temperatur erhöht, bis eine vorgegebene obere Druckgrenze erreicht wird. Aufgrund der abnehmenden Sorptionsfähigkeit des Sorptionsspeichers bei steigender Temperatur nimmt aufgrund der Temperaturerhöhung der Druck im Tank zu. Daher ist beim Erhöhen der Temperatur darauf zu achten, dass ein maximal erlaubter Tankdruck nicht überschritten wird. Ein zu hoher Druck könnte sonst zu einer Schädigung des Tanks und gegebenenfalls sogar zu einem Bersten des Tanks führen. Insbesondere bei höheren Temperaturen ist es notwendig, nur geringe Temperaturerhöhungen durchzuführen, da bereits bei kleinen Temperaturerhöhungen eine starke Zunahme des Drucks erfolgt. Bei niedrigen Temperaturen, wie sie zu Beginn des Entnahmevorgangs und bei stark gekühltem Sorptionsspeicher vorliegen, führen auch größere Temperaturerhöhungen nur zu einer geringen Druckzunahme.In In a first embodiment, the temperature becomes stepwise elevated. Here, each gas at a constant temperature until reaching a predetermined setpoint for the Pressure is taken and upon reaching the setpoint, the temperature increased until a predetermined upper pressure limit is reached becomes. Due to the decreasing sorption capacity of the sorption reservoir with increasing temperature decreases due to the temperature increase the pressure in the tank too. Therefore, when raising the temperature Make sure that the maximum permitted tank pressure is not exceeded. Too high pressure could otherwise lead to damage the tank and possibly even lead to a bursting of the tank. Especially at higher temperatures, it is necessary to carry out only slight temperature increases, because even with small temperature increases a strong Increase in pressure occurs. At low temperatures, like them at the beginning of the removal process and with strongly cooled Sorptionsspeicher present, also lead larger Temperature increases only to a small pressure increase.
Um zu vermeiden, dass der Druck beim Aufheizen den zulässigen Maximaldruck des Tanks übersteigt, ist es daher bevorzugt, dass die vorgegebene obere Druckgrenze dem maximal zulässigen Speicherdruck entspricht.Around to avoid that the pressure during heating up the permissible Maximum pressure of the tank, it is therefore preferable that the predetermined upper pressure limit the maximum allowable storage pressure equivalent.
Da ein Unterschreiten des vorgegebenen Mindestdrucks z. B. zu einer Leistungsabnahme der gasbetriebenen Verbrennungskraftmaschine oder Brennstoffzelle führt, ist es bevorzugt, dass der vorgegebene Sollwert für den Druck einen Wert einnimmt, der zwischen dem vorgegebenen Mindestdruck und dem maximal zulässigen Speicherdruck liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Druck bei der Gasentnahme nicht unter den vorgegebenen Mindestdruck fällt. Die obere Grenze des Bereichs wird so gewählt, dass dem Sorptionsspeicher eine möglichst große Gasmenge bei der erreichten Temperatur entnommen werden kann.There an undershooting of the predetermined minimum pressure z. B. to a Performance decrease of the gas-powered internal combustion engine or fuel cell leads, it is preferred that the predetermined setpoint for the pressure assumes a value between the given Minimum pressure and the maximum permissible storage pressure is. This ensures that the pressure at the gas extraction does not fall below the specified minimum pressure. The upper Boundary of the range is chosen so that the Sorptionsspeicher the largest possible amount of gas in the achieved Temperature can be taken.
Durch die stufenweise Erhöhung der Temperatur ist eine vergleichsweise einfache 2-Stufen-Regelung möglich.By the incremental increase in temperature is a comparative one simple 2-step control possible.
Das Heizen des Sorptionsspeichers erfolgt z. B. durch eine Heizung, die im Tank angeordnet ist. Das Heizen kann dabei z. B. durch Wärmetausch mit einem Heizmedium erfolgen. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, dass das Aufheizen z. B. mit elektrischen Heizele menten durchgeführt wird. Alternativ ist jedoch auch ein Aufheizen durch eine gezielte Unterbrechung der Wärmeisolierung des Tanks möglich. Die gezielte Unterbrechung der Wärmeisolierung lässt sich z. B. durch Wärmebrücken, die vorzugsweise schaltbar sind, erzielen.The Heating the Sorptionsspeichers z. B. by a heater, which is arranged in the tank. The heating can be z. B. by heat exchange done with a heating medium. However, it is also possible that the heating z. B. performed with electrical elements Heizele becomes. Alternatively, however, is also a heating by a targeted Interruption of the thermal insulation of the tank possible. The targeted interruption of thermal insulation leaves z. B. by thermal bridges, preferably are switchable, achieve.
Bei der Erwärmung des Tanks mit einem Heizmedium wird üblicherweise ein flüssiges Heizmedium eingesetzt. Dieses wird durch die Erwärmung des Tanks abgekühlt. Das derart abgekühlte Heizmedium lässt sich z. B. zur Temperierung des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges einsetzen, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Entnahme des Gases aus dem Sorptionsspeicher eingesetzt wird.at the heating of the tank with a heating medium is usually a liquid heating medium used. This is going through cooled the heating of the tank. That way cooled heating medium can be z. B. for temperature control use of the interior of a motor vehicle, in which the inventive Method for controlling the removal of the gas from the Sorptionsspeicher used becomes.
In einer alternativen Ausführungsform wird ab Erreichen eines vorgegebenen Drucks die Temperatur im Sorptionsspeicher bei Entnahme von Gas derart erhöht, dass der Druck im Wesentlichen konstant bleibt, bis eine vorgegebene maximal zulässige Temperatur erreicht wird. Um eine möglichst vollständige Entleerung des Tanks zu erreichen, ist es bevorzugt, wenn der vorgegebene Druck, ab dessen Erreichen die Temperatur im Sorptionstank erhöht wird, im Wesentlichen gleich dem vorgegebenen Mindestdruck ist. Im Wesentlichen gleich dem vorgegebenen Mindestdruck bedeutet auch in diesem Fall, dass der vorgegebene Druck im Bereich zwischen dem Mindestdruck und einem Druck, der maximal 10% größer als der vorgegebene Mindestdruck ist, liegt.In an alternative embodiment is from reaching a given pressure, the temperature in Sorptionsspeicher at removal of gas increased so that the pressure is substantially constant remains until a predetermined maximum allowable temperature is reached. To get as complete as possible To achieve emptying of the tank, it is preferable if the given Pressure from which the temperature in the sorption tank increases is substantially equal to the predetermined minimum pressure. Essentially equal to the predetermined minimum pressure also means in this case, that the given pressure is in the range between the Minimum pressure and a maximum pressure of 10% greater than is the predetermined minimum pressure is.
Im Unterschied zur stufenweisen Erhöhung der Temperatur ist bei der Temperaturregelung, bei der der Druck im Wesentlichen konstant bleibt, ein größerer Regelungsaufwand erforderlich.in the Difference to the gradual increase in temperature is in temperature control, where the pressure is substantially constant remains, a larger regulatory effort required.
Dem Sorptionsspeicher kann solange gasförmiger Kohlenwasserstoff entnommen werden, bis die maximal zulässige Temperatur und der vorgegebene Mindestdruck erreicht sind. Die maximal zulässige Temperatur wird dabei derart bestimmt, dass eine möglichst vollständige Entleerung des Sorptionsspeichers erreicht wird, um die Kapazität des Sorptionsspeichers möglichst vollständig ausnutzen zu können. Die maximal zulässige Temperatur kann dabei auch oberhalb der Umgehungstemperatur liegen.the Sorption storage can as long as gaseous hydrocarbon be removed until the maximum allowable temperature and the predetermined minimum pressure is reached. The maximum allowed Temperature is determined so that a possible complete emptying of Sorptionsspeichers achieved To maximize the capacity of the sorption reservoir to fully exploit. The maximum allowed Temperature can also be above the bypass temperature.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Speicherung gasförmiger Kohlenwasserstoffe, umfassend einen Sorptionsspeicher, der gegenüber der Umgebung isoliert ist, wobei der Sorptionsspeicher Zeolithe, Aktivkohle oder metallorganische Gerüstverbindungen (Metal Organic Framework, MOF) enthält.The The invention further relates to a device for storing gaseous Hydrocarbons comprising a sorption reservoir facing the environment is isolated, wherein the sorption storage zeolites, Activated carbon or organometallic framework compounds (metal Organic Framework, MOF).
Durch die Isolierung des Sorptionsspeichers wird erreicht, dass nur wenig Wärme aus der Umgebung aufgenommen wird und sich so der im Sorptionsspeicher gespeicherte Kohlenwasserstoff nur langsam durch Wärmeaufnahme aus der Umgebung erwärmt. Hierdurch lässt sich die erforderliche Energie zum Kühlen des gasförmigen Kohlenwasserstoffes minimieren.By The isolation of sorption storage is achieved that little Heat from the environment is absorbed and so is the hydrocarbon stored in the sorption reservoir is slow heated by heat from the environment. This allows the energy required for cooling of the gaseous hydrocarbon.
Zeolithe, Aktivkohle oder MOFs eignen sich insbesondere zu Sorption von gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Wenn der gasförmige Kohlenwasserstoff Erdgas oder Methan ist, so sind insbesondere MOFs als Speichermedien geeignet.zeolites, Activated carbon or MOFs are particularly suitable for sorption of gaseous Hydrocarbons. When the gaseous hydrocarbon Natural gas or methane is, in particular MOFs as storage media suitable.
Um die im Sorptionsspeicher gespeicherten gasförmigen Kohlenwasserstoffe zu kühlen ist es bevorzugt, wenn der Sorptionsspeicher eine Kühleinrichtung umfasst. Hierbei eignet sich jede beliebige, dem Fachmann bekannte Kühleinrichtung. Weiterhin ist es auch möglich, dass z. B. im Sorptionsspeicher Kanäle ausgebildet sind, die von einem Kühlmedium durchströmt werden. Die Kanäle können z. B. in Form einer Rohrschlange ausgebildet sein, die im Sorptionsspeicher enthalten ist. Als Kühlmittel eignet sich wie vorstehend bereits beschrieben, z. B. flüssiger Stickstoff.Around the gaseous hydrocarbons stored in the sorption reservoir it is preferred to cool when the sorption a cooling device comprises. Each is suitable here Any cooling device known to those skilled in the art. Furthermore is it is also possible that z. B. in Sorptionsspeicher channels are formed, which flows through a cooling medium become. The channels can z. B. in the form of a Pipe be formed, which contained in Sorptionsspeicher is. As a coolant is as already above described, for. As liquid nitrogen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfasst vorzugsweise weiterhin ein Steuersystem, mit dem die Temperaturerhöhung im Sorptionsspeicher bei Entnahme von Gas derart gesteuert werden kann, dass bis zum Erreichen einer maximal zulässigen Temperatur ein vorgegebener Mindestdruck nicht unterschritten wird. Durch die Steuereinrichtung ist es möglich, die Temperatur bei Gasentnahme zu erhöhen, um eine möglichst vollständige Entnahme des Gases aus dem Sorptionsspeicher zu erreichen. Die Regelung kann dabei, wie vorstehend beschrieben, entweder derart erfolgen, dass die Temperatur stufenweise erhöht wird oder alternativ die Temperatur derart erhöht wird, dass der Druck während der Temperaturerhöhung im Wesentlichen konstant bleibt.The Device according to the invention preferably detects continue a control system that increases the temperature be controlled in the Sorptionsspeicher at removal of gas so can that until reaching a maximum allowable temperature a predetermined minimum pressure is not exceeded. By the Control device, it is possible, the temperature at gas extraction to increase to the fullest possible To remove the gas from the Sorptionsspeicher to achieve. The regulation can be done either, as described above, either way, that the temperature is increased gradually or alternatively the temperature is increased so that the pressure during the temperature increase remains substantially constant.
Um den Sorptionsspeicher mit dem darin enthaltenen gasförmigen Kohlenwasserstoff zu erwärmen ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung weiterhin ein Heizelement umfasst, mit dem der Sorptionsspeicher erwärmt werden kann. Das Heizelement ist z. B. eine Heizung, die im Tank angeordnet ist. Hierbei erfolgt das Heizen z. B. durch Wärmeaustausch mit einem Heizmedium. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass z. B. elektrische Heizelemente eingesetzt werden.Around the sorption storage with the gaseous contained therein To heat hydrocarbon it is preferred if the Device further comprises a heating element, with which the Sorptionsspeicher can be heated. The heating element is z. B. a heater, which is arranged in the tank. Here, the heating z. B. by Heat exchange with a heating medium. Alternatively it is but also possible that z. B. electrical heating elements be used.
Neben den Einsatz eines Heizelementes ist es auch möglich, dass die Kühleinrichtung auch zum Aufheizen genutzt wird. In diesem Fall wird das Kühlmedium, das zuvor zum Kühlen des Sorptionsspeichers und des darin enthaltenen gasförmigen Kohlenwasserstoffes eingesetzt wurde, erwärmt, wodurch auch die Temperatur im Sorptionsspeicher erhöht wird.Next the use of a heating element, it is also possible that the cooling device is also used for heating. In In this case, the cooling medium previously used to cool the Sorptionsspeicher and the gaseous contained therein Hydrocarbon was used, heated, causing also the temperature in the sorption storage is increased.
Um den Sorptionsspeicher zu befüllen und zu entleeren, ist es einerseits möglich, dass ein Anschluss mit einem Ventil vorgesehen ist, über welches zunächst Gas in den Sorptionsspeicher eingefüllt wird. Sobald der Sorptionsspeicher vollständig befüllt ist, kann über denselben Anschluss das Gas auch wieder entnommen werden. In einer alternativen Ausführungsform werden jedoch zwei getrennte Anschlüsse vorgesehen. Ein Anschluss zum Befüllen des Sorptionsspeichers und ein zweiter Anschluss zur Gasentnahme aus dem Sorptionsspeicher. Die zwei Anschlüsse sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Sorptionsspeicher in einem Fahrzeug eingesetzt wird. Auf diese Weise lässt sich der Sorptionsspeicher über einen Zulaufstutzen mit Gas befüllen. Der Zulaufstutzen endet hierzu vorzugsweise an der Karosserieaußenseite des Fahrzeuges, um ein leichtes Befüllen des Tanks zu ermöglichen. Über einen zweiten Anschluss kann das Gas wieder entnommen werden. Hierzu ist der zweite Anschluss z. B. mit der Verbrennungskraftmaschine bei einer gasbetriebenen Verbrennungskraftmaschine oder mit der Brennstoffzelle, wenn das Fahrzeug mit einer Brennstoffzelle betrieben wird, verbunden.In order to fill and empty the sorption reservoir, it is possible, on the one hand, for a connection to be provided with a valve via which gas is first introduced into the sorption reservoir. As soon as the sorption reservoir is completely filled, the gas can also be withdrawn via the same connection. In an alternative embodiment, however, two separate ports are provided. One port for filling the sorption reservoir and a second port for gas removal from the sorption reservoir. The two connections are particularly advantageous when the sorption is used in a vehicle. In this way, the Sorptionsspeicher can befül via an inlet nozzle with gas len. The inlet connection ends for this purpose preferably on the body outside of the vehicle to allow easy filling of the tank. The gas can be removed again via a second connection. For this purpose, the second port z. B. with the internal combustion engine in a gas-powered internal combustion engine or with the fuel cell, when the vehicle is operated with a fuel cell connected.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description explained in more detail.
Es zeigen:It demonstrate:
Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention
In
Eine
Vorrichtung
Die
MOF's gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten
Poren, insbesondere Mikro- und/oder Mesoporen. Mikroporen sind definiert
als solche mit einem Durchmesser von 2 nm oder kleiner und Mesoporen
sind definiert durch einen Durchmesser im Bereich von 2 bis 50 nm,
jeweils entsprechend nach der Definition, wie sie
Vorzugsweise
beträgt die spezifische Oberfläche – berechnet
nach dem Langmuir-Modell (
MOF Formkörper können eine niedrigere spezifische Oberfläche besitzen; vorzugsweise jedoch mehr als 10 m2/g, mehr bevorzugt mehr als 50 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 500 m2/g und insbesondere mehr als 1000 m2/g.MOF shaped bodies can have a lower specific surface; but preferably more than 10 m 2 / g, more preferably more than 50 m 2 / g, even more preferably more than 500 m 2 / g and in particular more than 1000 m 2 / g.
Die Metallkomponente im Gerüstmaterial nach der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ausgewählt aus den Gruppen Ia, IIa, IIIa, IVa bis VIIIa und Ib bis VIb. Besonders bevorzugt sind Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb und Bi. Mehr bevorzugt sind Zn, Cu, Mg, Al, Ga, In, Sc, Y, Lu, Ti, Zr, V, Fe, Ni, und Co. Insbesondere bevorzugt Cu, Zn, Al, Fe und Co. In Bezug auf die Ionen dieser Elemente sind besonders zu erwähnen Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Sc3+, Y3+, Ti4+, Zr4+, Hf4+, V4+, V3+, V2+, Nb3+, Ta3+, Cr3+, Mo3+, W3+, Mn3+, Mn2+, Re3+, Re2+, Fe3+, Fe2+, Ru3+, Ru2+, Os3+, Os2+, Co3+, Co2+, Rh2+, Rh+, Ir2+, Ir+, Ni2+, Ni+, Pd2+, Pd+, Pt2+, Pt+, Cu2+, Cu+, Ag+, Au+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Al3+, Ga3+, In3+, Tl3+, Si4+, Si2+, Ge4+, Ge2+, Sn4+, Sn2+, Pb4+, Pb2+, As5+, As3+, As+, Sb5+, Sb3+, Sb+, Bi5+, Bi3+ und Bi+.The metal component in the framework of the present invention is preferably selected from Groups Ia, IIa, IIIa, IVa to VIIIa and Ib to VIb. Particularly preferred are Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni , Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb and Bi. More preferred are Zn, Cu, Mg, Al, Ga, In, Sc, Y, Lu, Ti, Zr, V, Fe, Ni, and Co. Particularly, Cu, Zn, Al, Fe, and Co. are particularly preferred. With respect to the ions of these elements, mention is particularly made of Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Sc 3+ , Y 3+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Hf 4+ , V 4+ , V 3+ , V 2+ , Nb 3+ , Ta 3 + , Cr 3+ , Mo 3+ , W 3+ , Mn 3+ , Mn 2+ , Re 3+ , Re 2+ , Fe 3+ , Fe 2+ , Ru 3+ , Ru 2+ , Os 3+ , Os 2+ , Co 3+ , Co 2+ , Rh 2+ , Rh + , Ir 2+ , Ir + , Ni 2+ , Ni + , Pd 2+ , Pd + , Pt 2+ , Pt + , Cu 2+ , Cu + , Ag + , Au + , Zn 2+ , Cd 2+ , Hg 2+ , Al 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Tl 3+ , Si 4+ , Si 2+ , Ge 4+ , Ge 2+ , Sn 4+ , Sn 2+ , Pb 4+ , Pb 2+ , As 5+ , As 3+ , As + , Sb 5+ , Sb 3+ , Sb + , Bi 5+ , Bi 3+ and Bi + .
Der Begriff "mindestens zweizähnige organische Verbindung" bezeichnet eine organische Verbindung, die mindestens eine funktionelle Gruppe enthält, die in der Lage ist, zu einem gegebenen Metallion mindestens zwei, bevorzugt zwei koordinative Bindungen, und/oder zu zwei oder mehr, bevorzugt zwei Metallatomen jeweils eine koordinative Bindung auszubilden.Of the Term "at least bidentate organic compound" denotes an organic compound which is at least one functional Contains group that is capable of a given Metal ion at least two, preferably two coordinative bonds, and / or to two or more, preferably two metal atoms each to form a coordinative bond.
Als funktionelle Gruppen, über die die genannten koordinativen Bindungen ausgebildet werden können, sind insbesondere beispielsweise folgende funktionelle Gruppen zu nennen: -CO2H, -CS2H, -NO2, -B(OH)2, -SO3H, -Si(OH)3, -Ge(OH)3, -Sn(OH)3, -Si(SH)4, -Ge(SH)4, -Sn(SH)3, -PO3H, -AsO3H, -AsO4H, -P(SH)3, -As(SH)3, -CH(RSH)2, -C(RSH)3-CH(RNH2)2-C(RNH2)3, -CH(ROH)2, -C(ROH)3, -CH(RCN)2, -C(RCN)3 wobei R beispielsweise bevorzugt eine Alkylengruppe mit 1, 2, 3, 4 oder 5 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise eine Methylen-, Ethylen-, n-Propylen-, i-Propylen, n-Butylen-, i-Butylen-, tert-Butylen- oder n-Pentylengruppe, oder eine Arylgruppe, enthaltend 1 oder 2 aromatische Kerne wie beispielsweise 2 C6-Ringe, die gegebenenfalls kondensiert sein können und unabhängig voneinander mit mindestes jeweils einem Substituenten geeignet substituiert sein können, und/oder die unabhängig voneinander jeweils mindestens ein Heteroatom wie beispielsweise N, O und/oder S enthalten können. Gemäß ebenfalls bevorzugter Ausführungsformen sind funktionelle Gruppen zu nennen, bei denen der oben genannte Rest R nicht vorhanden ist. Diesbezüglich sind unter anderem -CH(SH)2, -C(SH)3, -CH(NH2)2, -C(NH2)3, -CH(OH)2, -C(OH)3, -CH(CN)2 oder -C(CN)3 zu nennen.Examples of functional groups which can be used to form the abovementioned coordinative bonds are, for example, the following functional groups: -CO 2 H, -CS 2 H, -NO 2 , -B (OH) 2 , -SO 3 H, - Si (OH) 3 , -Ge (OH) 3 , -Sn (OH) 3 , -Si (SH) 4 , -Ge (SH) 4 , -Sn (SH) 3 , -PO 3 H, -AsO 3 H , -AsO 4 H, -P (SH) 3 , -As (SH) 3 , -CH (RSH) 2 , -C (RSH) 3 -CH (RNH 2 ) 2 -C (RNH 2 ) 3 , -CH (ROH) 2 , -C (ROH) 3 , -CH (RCN) 2 , -C (RCN) 3 where, for example, R preferably represents an alkylene group having 1, 2, 3, 4 or 5 carbon atoms, for example a methylene, ethylene , n-propylene, i-propylene, n-butylene, i-butylene, tert-butylene or n-pentylene group, or an aryl group containing 1 or 2 aromati cal cores such as 2 C 6 rings, which may optionally be condensed and may be independently substituted with at least one each substituent, and / or which may each independently contain at least one heteroatom such as N, O and / or S. According to likewise preferred embodiments, functional groups are to be mentioned in which the abovementioned radical R is absent. In this regard, inter alia, -CH (SH) 2 , -C (SH) 3 , -CH (NH 2 ) 2 , -C (NH 2 ) 3 , -CH (OH) 2 , -C (OH) 3 , -CH (CN) 2 or -C (CN) 3 to call.
Die mindestens zwei funktionellen Gruppen können grundsätzlich an jede geeignete organische Verbindung gebunden sein, solange gewährleistet ist, dass die diese funktionellen Gruppen aufweisende organische Verbindung zur Ausbildung der koordinativen Bindung und zur Herstellung des Gerüstmaterials befähigt ist.The at least two functional groups can in principle be bound to any suitable organic compound as long as it is ensured that that the organic compound having these functional groups for the formation of the coordinative bond and for the production of the Framework material is capable.
Bevorzugt leiten sich die organischen Verbindungen, die die mindestens zwei funktionellen Gruppen enthalten, von einer gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Verbindung oder einer aromatischen Verbindung oder einer sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung ab.Prefers The organic compounds that make up the at least two are derived contain functional groups, from a saturated or unsaturated aliphatic compound or a aromatic compound or one both aliphatic and aromatic compound.
Die aliphatische Verbindung oder der aliphatische Teil der sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung kann linear und/oder verzweigt und/oder cyclisch sein, wobei auch mehrere Cyclen pro Verbindung möglich sind. Weiter bevorzugt enthält die aliphatische Verbindung oder der aliphatische Teil der sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung 1 bis 15, weiter bevorzugt 1 bis 14, weiter bevorzugt 1 bis 13, weiter bevorzugt 1 bis 12, weiter bevorzugt 1 bis 11 und insbesondere bevorzugt 1 bis 10 C-Atome wie beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 C-Atome. Insbesondere bevorzugt sind hierbei unter anderem Methan, Adamantan, Acetylen, Ethylen oder Butadien.The aliphatic compound or the aliphatic part of both aliphatic as well as aromatic compound can be linear and / or branched and / or be cyclic, with several cycles per compound possible are. More preferably, the aliphatic compound contains or the aliphatic part of both aliphatic and aromatic Compound 1 to 15, more preferably 1 to 14, more preferably 1 to 13, more preferably 1 to 12, further preferably 1 to 11 and particularly preferably 1 to 10 C atoms, such as, for example, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 carbon atoms. Particularly preferred here, inter alia, methane, adamantane, acetylene, ethylene or Butadiene.
Die aromatische Verbindung oder der aromatische Teil der sowohl aromatischen als auch aliphatischen Verbindung kann einen oder auch mehrere Kerne wie beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf Kerne aufweisen, wobei die Kerne getrennt voneinander und/oder mindestens zwei Kerne in kondensierter Form vorliegen können. Besonders bevorzugt weist die aromatische Verbindung oder der aromatische Teil der sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung einen, zwei oder drei Kerne auf, wobei einer oder zwei Kerne besonders bevorzugt sind. Unabhängig voneinander kann weiter jeder Kern der genannten Verbindung mindestens ein Heteroatom wie beispielsweise N, O, S, B, P, Si, Al, bevorzugt N, O und/oder S enthalten. Weiter bevorzugt enthält die aromatische Verbindung oder der aromatische Teil der sowohl aromatischen als auch aliphatischen Verbindung einen oder zwei C6-Kerne, wobei die zwei entweder getrennt voneinander oder in kondensierter Form vorliegen. Insbesondere sind als aromatische Verbindungen Benzol, Naphthalin und/oder Biphenyl und/oder Bipyridyl und/oder Pyridyl zu nennen.The aromatic compound or the aromatic part of both aromatic and aliphatic compound may have one or more cores, such as two, three, four or five cores, wherein the cores may be separated from each other and / or at least two nuclei in condensed form. Most preferably, the aromatic compound or the aromatic moiety of the both aliphatic and aromatic compounds has one, two or three nuclei, with one or two nuclei being particularly preferred. Independently of one another, each nucleus of the compound mentioned can furthermore contain at least one heteroatom, such as, for example, N, O, S, B, P, Si, Al, preferably N, O and / or S. More preferably, the aromatic compound or the aromatic moiety of the both aromatic and aliphatic compounds contains one or two C 6 cores, the two being either separately or in condensed form. In particular, benzene, naphthalene and / or biphenyl and / or bipyridyl and / or pyridyl may be mentioned as aromatic compounds.
Besonders bevorzugt leitet sich die mindestens zweizähnige organische Verbindung von einer Di-, Tri-, oder Tetracarbonsäure oder deren Schwefelanaloga ab. Schwefelanaloga sind die funktionellen Gruppen -C(=O)SH sowie dessen Tautomer und C(=S)SH, die anstelle einer oder mehrerer Carbonsäuregruppen eingesetzt werden können.Especially Preferably, the at least bidentate organic is derived Compound of a di-, tri- or tetracarboxylic acid or their sulfur analogues from. Sulfur analogues are the functional ones Groups -C (= O) SH and its tautomer and C (= S) SH, instead of one or more carboxylic acid groups are used can.
Der Begriff "ableiten" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die mindestens zweizähnige organische Verbindung im Gerüstmaterial in teilweise deprotonierter oder vollständig deprotonierter Form vorliegen kann. Weiterhin kann die mindestens zweizähnige organische Verbindung weitere Substituenten enthalten, wie beispielsweise -OH, -NH2, -OCH3, -CH3, -NH(CH3), -N(CH3)2, -CN sowie Halogenide.The term "derive" in the context of the present invention means that the at least bidentate organic compound can be present in the framework material in partially deprotonated or completely deprotonated form. Furthermore, the at least bidentate organic compound may contain further substituents such as -OH, -NH 2 , -OCH 3 , -CH 3 , -NH (CH 3 ), -N (CH 3 ) 2 , -CN and halides.
Beispielsweise sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Dicarbonsäuren wie etwa Oxalsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure, 1,4-Butandicarbonsäure, 4-Oxo-Pyran-2,6-dicarbonsäure, 1,6-Hexandicarbonsäure, Decandicarbonsäure, 1,8-Heptadecandicarbonsäure, 1,9-Heptadecandicarbonsäure, Heptadecandicarbonsäure, Acetylendicarbonsäure, 1,2-Benzoldicarbonsäure, 2,3-Pyridindicarbonsäure, Pyridin-2,3-dicarbonsäure, 1,3-Butadien-1,4-dicarbonsäure, 1,4-Benzoldicarbonsäure, p-Benzoldicarbonsäure, Imidazol-2,4-dicarbonsäure, 2-Methyl-chinolin-3,4-dicarbonsäure, Chinolin-2,4-dicarbonsäure, Chinoxalin-2,3-dicarbonsäure, 6-Chlorchinoxalin-2,3-dicarbonsäure, 4,4'-Diaminphenylmethan-3,3'-dicarbonsäure, Chinolin-3,4-dicarbonsäure, 7-Chlor-4-hydroxychinolin-2,8-dicarbonsäure, Diimiddicarbonsäure, Pyridin-2,6-dicarbonsäure, 2-Methylimidazol-4,5-dicarbonsäure, Thiophen-3,4-dicarbonsäure, 2-Isopropylimidazol-4,5-dicarbonsäure, Tetrahydropyran-4,4-dicarbonsäure, Perylen-3,9-dicarbonsäure, Perylendicarbonsäure, Pluriol E 200-dicarbonsäure, 3,6-Dioxaoctandicarbonsäure, 3,5-Cyclohexadien-1,2-dicarbonsäure, Octadicarbonsäure, Pentan-3,3-carbonsäure, 4,4'-Diamino-1,1'-diphenyl-3,3'-dicarbonsäure, 4,4'-Diaminodiphenyl-3,3'-dicarbonsäure, Benzidin-3,3'-dicarbonsäure, 1,4-bis-(Phenylamino)-benzol-2,5-dicarbonsäure, 1,1'-Dinaphthyl-5,5'-dicarbonsäure, 7-Chlor-8-methylchinolin-2,3-dicarbonsäure, 1-Anilinoanthrachinon-2,4'-dicarbonsäure, Polytetrahydrofuran-250-dicarbonsäure, 1,4-bis-(Carboxymethyl)-piperazin-2,3-dicarbon-säure, 7-Chlorchinolin-3,8-dicarbonsäure, 1-(4-Carboxy)-phenyl-3-(4-chlor)-phenylpyrazolin-4,5-dicarbonsäure, 1,4,5,6,7,7,-Hexachlor-5-norbornen-2,3-dicarbonsäure, Phenylindandicarbonsäure, 1,3-Dibenzyl-2-oxo-imidazolidin-4,5-dicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, Naphthalin-1,8-dicarbonsäure, 2-Benzoylbenzol-1,3-dicarbonsäure, 1,3-Dibenzyl-2-oxoimidazolidin-4,5-cis-dicarbonsäure, 2,2'-Bichinolin-4,4'-dicarbonsäure, Pyridin-3,4-dicarbonsäure, 3,6,9-Trioxaundecandicarbonsäure, O-Hydroxybenzophenondicarbonsäure, Pluriol E 300-dicarbonsäure, Pluriol E 400-dicarbonsäure, Pluriol E 600-dicarbonsäure, Pyrazol-3,4-dicarbonsäure, 2,3-Pyrazindicarbonsäure, 5,6-Dimethyl-2,3-pyrazindicarbonsäure, 4,4'-Diaminodiphenyletherdiimiddicarbonsäure, 4,4'-Diaminodiphenylmethandiimiddicarbonsäure, 4,4'-Diaminodiphenylsulfondiimiddicarbonsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 1,3-Adamantandicarbonsäure, 1,8-Naphthalindicarbonsäure, 2,3-Naphthalindicarbonsäure, 8-Methoxy-2,3-naphthalindicarbonsäure, 8-Nitro-2,3-naphthalincarbonsäure, 8-Sulfo-2,3-naphthalindicarbonsäure, Anthracen-2,3-dicarbonsäure, 2',3'-Diphenyl-p-terphenyl-4,4''-dicarbonsäure, Diphenylether-4,4'-dicarbonsäure, Imidazol-4,5-dicarbonsäure, 4(1H)-Oxothiochromen-2,8-dicarbonsäure, 5-tert-Butyl-1,3-benzoldicarbonsäure, 7,8-Chinolindicarbonsäure, 4,5-Imidazoldicarbonsäure, 4-Cyclohexen-1,2-dicarbonsäure, Hexatriacontandicarbonsäure, Tetradecandicarbonsäure, 1,7-Heptadicarbonsäure, 5-Hydroxy-1,3-Benzoldicarbonsäure, Pyrazin-2,3-dicarbonsäure, Furan-2,5-dicarbonsäure, 1-Nonen-6,9-dicarbonsäure, Eicosendicarbonsäure, 4,4'-Dihydroxydiphenylmethan-3,3'- dicarbonsäure, 1-Amino-4-methyl-9,10-dioxo-9,10-dihydroanthracen-2,3-dicarbonsäure, 2,5-Pyridindicarbonsäure, Cyclohexen-2,3-dicarbonsäure, 2,9-Dichlorfluorubin-4,11-dicarbonsäure, 7-Chlor-3-mtehylchinolin-6,8-dicarbonsäure, 2,4-Dichlorbenzophenon-2',5'-dicarbonsäure, 1,3-benzoldicarbonsäure, 2,6-Pyridindicarbonsäure, 1-Methylpyrrol-3,4-dicarbonsäure, 1-Benzyl-1H-pyrrol-3,4-dicarbonsäure, Anthrachinon-1,5-dicarbonsäure, 3,5-Pyrazoldicarbonsäure, 2-Nitrobenzol-1,4-dicarbonsäure, Heptan-1,7-dicarbonsäure, Cyclobutan-1,1-dicarbonsäure 1,14-Tetradecandicarbonsäure, 5,6-Dehydronorbornan-2,3-dicarbonsäure oder 5-Ethyl-2,3-Pyridindicarbonsäure,For example, dicarboxylic acids such as oxalic acid, succinic acid, tartaric acid, 1,4-butanedicarboxylic acid, 4-oxo-pyran-2,6-dicarboxylic acid, 1,6-hexanedicarboxylic acid, decanedicarboxylic acid, 1,8-heptadecanedicarboxylic acid, 1, 9-heptadecanedicarboxylic acid, heptadecanedicarboxylic acid, acetylenedicarboxylic acid, 1,2-benzenedicarboxylic acid, 2,3-pyridinedicarboxylic acid, pyridine-2,3-dicarboxylic acid, 1,3-butadiene-1,4-dicarboxylic acid, 1,4-benzenedicarboxylic acid, p-benzenedicarboxylic acid, Imidazole-2,4-dicarboxylic acid, 2-methyl-quinoline-3,4-dicarboxylic acid, quinoline-2,4-dicarboxylic acid, quinoxaline-2,3-dicarboxylic acid, 6-chloroquinoxaline-2,3-dicarboxylic acid, 4,4 '-Diaminophenylmethane-3,3'-dicarboxylic acid, quinoline-3,4-dicarboxylic acid, 7-chloro-4-hydroxyquinoline-2,8-dicarboxylic acid, diimide dicarboxylic acid, pyridine-2,6-dicarboxylic acid, 2-methylimidazole-4,5- dicarboxylic acid, thiophene-3,4-dicarboxylic acid, 2-isopropylimidazole-4,5-dicarboxylic acid, tetrahydropyran-4,4-dicarboxylic acid, perylene-3,9-dicarboxylic acid acid, perylenedicarboxylic acid, Pluriol E 200-dicarboxylic acid, 3,6-dioxaoctanedicarboxylic acid, 3,5-cyclohexadiene-1,2-dicarboxylic acid, octadicarboxylic acid, pentane-3,3-carboxylic acid, 4,4'-diamino-1,1'- diphenyl-3,3'-dicarboxylic acid, 4,4'-diaminodiphenyl-3,3'-dicarboxylic acid, benzidine-3,3'-dicarboxylic acid, 1,4-bis (phenylamino) benzene-2,5-dicarboxylic acid, 1,1'-dinaphthyl-5,5'-dicarboxylic acid, 7-chloro-8-methylquinoline-2,3-dicarboxylic acid, 1-anilinoanthraquinone-2,4'-dicarboxylic acid, polytetrahydrofuran-250-dicarboxylic acid, 1,4-bis - (carboxymethyl) piperazine-2,3-dicarboxylic acid, 7-chloroquinoline-3,8-dicarboxylic acid, 1- (4-carboxy) -phenyl-3- (4-chloro) -phenyl-pyrazoline-4,5-dicarboxylic acid 1,4,5,6,7,7-hexachloro-5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid, phenylindane dicarboxylic acid, 1,3-dibenzyl-2-oxo-imidazolidine-4,5-dicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, naphthalene-1,8-dicarboxylic acid, 2-benzoylbenzene-1,3-dicarboxylic acid, 1,3-dibenzyl 2-oxoimidazolidine-4,5-cis-dicarboxylic acid, 2,2'-biquinoline-4,4'-dicarboxylic acid, pyridine-3,4-dicarboxylic acid, 3,6,9-trioxaundecanedicarboxylic acid, O-hydroxybenzophenone dicarboxylic acid, Pluriol E 300- dicarboxylic acid, Pluriol E 400 dicarboxylic acid, Pluriol E 600 dicarboxylic acid, pyrazole-3,4-dicarboxylic acid, 2,3-pyrazinedicarboxylic acid, 5,6-dimethyl-2,3-pyrazinedicarboxylic acid, 4,4'-diaminodiphenyl ether diimide dicarboxylic acid, 4,4 '-Diaminodiphenylmethanediimide dicarboxylic acid, 4,4'-diaminodiphenylsulfonediimide dicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 1,3-adamantanedicarboxylic acid, 1,8-naphthalenedicarboxylic acid, 2,3-naphthalenedicarboxylic acid, 8-methoxy-2,3-naphthalenedicarboxylic acid, 8-nitro-2 , 3-naphthalenecarboxylic acid, 8-sulfo-2,3-naphthalenedicarboxylic acid, anthracene-2,3-dicarboxylic acid, 2 ', 3'-diphenyl-p-terphenyl-4,4''- dicarboxylic acid, diph enyl ether-4,4'-dicarboxylic acid, imidazole-4,5-dicarboxylic acid, 4 (1H) -oxothiochromene-2,8-dicarboxylic acid, 5-tert-butyl-1,3-benzenedicarboxylic acid, 7,8-quinolinedicarboxylic acid, 4, 5-imidazoledicarboxylic acid, 4-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid, hexatriacontanedicarboxylic acid, tetradecanedicarboxylic acid, 1,7-heptadicarboxylic acid, 5-hydroxy-1,3-benzenedicarboxylic acid, pyrazine-2,3-dicarboxylic acid, furan-2,5-dicarboxylic acid, 1-Nonen-6,9-dicarboxylic acid, eicosendicarboxylic acid, 4,4'-dihydroxydiphenylmethane-3,3'-dicarboxylic acid, 1-amino-4-methyl-9,10-dioxo-9,10-dihydroanthracene-2,3- dicarboxylic acid, 2,5-pyridinedicarboxylic acid, cyclohexene-2,3-dicarboxylic acid, 2,9-dichlorofluorubin-4,11-dicarboxylic acid, 7-chloro-3-methylquinoline-6,8-dicarboxylic acid, 2,4-dichlorobenzophenone-2 ' , 5'-dicarboxylic acid, 1,3-benzenedicarboxylic acid, 2,6-pyridinedicarboxylic acid, 1-methylpyrrole-3,4-dicarboxylic acid, 1-benzyl-1H-pyrrole-3,4-dicarboxylic acid, anthraquinone-1,5-dicarboxylic acid, 3,5-pyrazoledicarboxylic acid, 2-nitrobenzene-1,4-dicarboxylic acid, heptane-1,7-dicarb onic acid, cyclobutane-1,1-dicarboxylic acid, 1,14-tetradecanedicarboxylic acid, 5,6-dehydronorbornane-2,3-dicarboxylic acid or 5-ethyl-2,3-pyridinedicarboxylic acid,
Tricarbonsäuren wie etwaTricarboxylic acids like approximately
2-Hydroxy-1,2,3-propantricarbonsäure, 7-Chlor-2,3,8-chinolintricarbonsäure,
1,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1,2,4-Butantricarbonsäure,
2-Phosphono-1,2,4-butantricarbon-säure, 1,3,5-Benzoltricarbonsäure,
1-Hydroxy-1,2,3-Propantricarbonsäure, 4,5-Di-hydro-4,5-dioxo-1H-pyrrolo[2,3-F]chinolin-2,7,9-tricarbonsäure,
5-Acetyl-3-amino-6-me-thylbenzol-1,2,4-tricarbonsäure,
3-Amino-5-benzoyl-6-methylbenzol-1,2,4-tricarbon-säure,
1,2,3-Propantricarbonsäure oder Aurintricarbonsäure,
oder
Tetracarbonsäuren wie etwa
1,1-Dioxidperylo[1,12-BCD]thiophen-3,4,9,10-tetracarbonsäure,
Perylentetracarbon-säuren wie Perylen-3,4,9,10-tetracarbonsäure
oder Perylen-1,12-sulfon-3,4,9,10-tetracarbonsäure, Butantetracarbonsäuren
wie 1,2,3,4-Butantetracarbonsäure oder Meso-1,2,3,4-Butantetracarbonsäure,
Decan-2,4,6,8-tetracarbonsäure, 1,4,7,10,13,16-Hexaoxacyclooctadecan-2,3,11,12-tetracarbonsäure,
1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure, 1,2,11,12-Dodecantetracarbonsäure,
1,2,5,6-Hexantetracarbonsäure, 1,2,7,8-Octantetracarbonsäure,
1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäure, 1,2,9,10-Decantetracarbon-säure,
Benzophenontetracarbonsäure, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäure,
Tetrahydrofurantetracarbonsäure oder Cyclopentantetracarbonsäuren
wie Cyclopentan-1,2,3,4-tetracarbonsäure
zu nennen.2-hydroxy-1,2,3-propanetricarboxylic acid, 7-chloro-2,3,8-quinolinetricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,2,4-butanetricarboxylic acid, 2-phosphono-1,2,4- butanetricarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1-hydroxy-1,2,3-propanetricarboxylic acid, 4,5-dihydro-4,5-dioxo-1H-pyrrolo [2,3-F] quinoline 2,7,9-tricarboxylic acid, 5-acetyl-3-amino-6-methylbenzene-1,2,4-tricarboxylic acid, 3-amino-5-benzoyl-6-methylbenzene-1,2,4-tricarboxylic acid acid, 1,2,3-propanetricarboxylic acid or aurintricarboxylic acid,
or tetracarboxylic acids such as
1,1-dioxide-peroxy [1,12-BCD] thiophene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid, perylenetetracarboxylic acids such as perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid or perylene-1,12-sulfone-3, 4,9,10-tetracarboxylic acid, butanetetracarboxylic acids such as 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid or meso-1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid, decane-2,4,6,8-tetracarboxylic acid, 1,4,7, 10,13,16-hexaoxacyclooctadecane-2,3,11,12-tetracarboxylic acid, 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid, 1,2,11,12-dodecanetetracarboxylic acid, 1,2,5,6-hexanetetracarboxylic acid, 1, 2,7,8-octantetracarboxylic acid, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid, 1,2,9,10-decantetracarboxylic acid, benzophenonetetracarboxylic acid, 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid, tetrahydrofurantetracarboxylic acid or cyclopentanetetracarboxylic acids such as cyclopentane 1,2,3,4-tetracarboxylic acid
to call.
Ganz besonders bevorzugt werden gegebenenfalls mindestens einfach substituierte mono-, di-, tri-, tetra- oder höherkernige aromatische Di-, Tri- oder Tetracarbonsäuren eingesetzt, wobei jeder der Kerne mindestens ein Heteroatom enthalten kann, wobei zwei oder mehr Kerne gleiche oder unterschiedliche Heteroatome enthalten kann. Beispielsweise bevorzugt werden monokernige Dicarbonsäuren, monokernige Tricarbonsäuren, monokernige Tetracarbonsäuren, dikernige Dicarbonsäuren, dikernige Tricarbonsäuren, dikernige Tetracarbonsäuren, trikernige Dicarbonsäuren, trikernige Tricarbonsäuren, trikernige Tetracarbonsäuren, tetrakernige Dicarbonsäuren, tetrakernige Tricarbonsäuren und/oder tetrakernige Tetracarbonsäuren. Geeignete Heteroatome sind beispielsweise N, O, S, B, P, Si, Al, bevorzugte Heteroatome sind hierbei N, S und/oder O. Als geeigneter Substituent ist diesbezüglich unter anderem -OH, eine Nitrogruppe, eine Aminogruppe oder eine Alkyl- oder Alkoxygruppe zu nennen.All if appropriate, at least monosubstituted are particularly preferred mono-, di-, tri-, tetra- or higher-nuclear aromatic Di-, tri- or tetracarboxylic used, each the nuclei may contain at least one heteroatom, where two or more nuclei may contain identical or different heteroatoms. For example, monocarboxylic dicarboxylic acids are preferred, monocarbic tricarboxylic acids, monocarboxylic tetracarboxylic acids, diceric dicarboxylic acids, dicerated tricarboxylic acids, dicerated tetracarboxylic acids, tricarboxylic dicarboxylic acids, tricarboxylic tricarboxylic acids, tricyclic tetracarboxylic acids, tetracarboxylic dicarboxylic acids, tetracyclic tricarboxylic acids and / or tetracarboxylic tetracarboxylic acids. Suitable heteroatoms For example, N, O, S, B, P, Si, Al are preferred heteroatoms here are N, S and / or O. As a suitable substituent is in this regard including -OH, a nitro group, an amino group or a To name alkyl or alkoxy.
Insbesondere bevorzugt werden als mindestens zweizähnige organische Verbindungen Acetylendicarbonsäure (ADC), Benzoldicarbonsäuren, Naphthalindicarbonsäuren, Biphenyldicarbonsäuren wie beispielsweise 4,4'-Biphenyldicarbonsäure (BPDC), Bipyridindicarbonsäuren wie beispielsweise 2,2'-Bipyridindicarbonsäuren wie beispielsweise 2,2'-Bipyridin-5,5'-dicarbonsäure, Benzoltricarbonsäuren wie beispielsweise 1,2,3-Benzoltricarbonsäure oder 1,3,5-Benzoltricarbonsäure (BTC), Adamantantetracarbonsäure (ATC), Adamantandibenzoat (ADB) Benzoltribenzoat (BTB), Methantetrabenzoat (MTB), Adamantantetrabenzoat oder Dihydroxyterephthalsäuren wie beispielsweise 2,5-Dihydroxyterephthalsäure (DHBDC) eingesetzt.Especially are preferred as at least bidentate organic Compounds acetylenedicarboxylic acid (ADC), benzenedicarboxylic acids, naphthalenedicarboxylic acids, Biphenyl dicarboxylic acids such as 4,4'-biphenyl dicarboxylic acid (BPDC), Bipyridinedicarboxylic acids such as 2,2'-bipyridine dicarboxylic acids such as 2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid, benzene tricarboxylic acids such as 1,2,3-benzenetricarboxylic acid or 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC), adamantane tetracarboxylic acid (ATC), adamantane dibenzoate (ADB) Benzene tribenzoate (BTB), methane tetrabenzoate (MTB), adamantane tetrabenzoate or dihydroxyterephthalic acids such as 2,5-dihydroxyterephthalic acid (DHBDC) used.
Ganz besonders bevorzugt werden unter anderem Isophtalsäure, Terephthalsäure, 2,5-Dihydroxyterephthalsäure, 1,2,3-Benzoltricarbonsäure, 1,3,5-Benzoltricarbonsäure oder 2,2'-Bipyridin-5,5'-dicarbonsäure eingesetzt.All particularly preferred are isophthalic acid, Terephthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 1,2,3-benzenetricarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid or 2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid used.
Neben diesen mindestens zweizähnigen organischen Verbindungen kann der MOF auch eine oder mehrere einzähnige Liganden umfassen.In addition to these at least bidentate or ganic compounds, the MOF may also comprise one or more monodentate ligands.
Geeignete
Lösemittel zur Herstellung der MOF sind unter anderem Ethanol,
Dimethylformamid, Toluol, Methanol, Chlorbenzol, Diethylformamid, Dimethylsulfoxid,
Wasser, Wasserstoffperoxid, Methylamin, Natronlauge, N-Methylpolidonether,
Acetonitril, Benzylchlorid, Triethylamin, Ethylenglykol und Gemische
hiervon. Weitere Metallionen, mindestens zweizähnige organische
Verbindungen und Lösemittel für die Herstellung
von MOF sind unter anderem in
Die Porengröße des MOF kann durch Wahl des geeigneten Liganden und/oder der mindestens zweizähnigen organischen Verbindung gesteuert werden. Allgemein gilt, dass je größer die organische Verbindung desto größer die Porengröße ist. Vorzugsweise beträgt die Porengröße von 0,2 nm bis 30 nm, besonders bevorzugt liegt die Porengröße im Bereich von 0,3 nm bis 3 nm bezogen auf das kristalline Material.The Pore size of the MOF can be selected by choosing the appropriate Ligands and / or the at least bidentate organic Be controlled connection. Generally, the bigger the organic compound the larger the pore size is. Preferably, the pore size is from 0.2 nm to 30 nm, particularly preferred is the pore size in the range of 0.3 nm to 3 nm based on the crystalline material.
In einem MOF-Formkörper treten jedoch auch größere Poren auf, deren Größenverteilung variieren kann. Vorzugsweise wird jedoch mehr als 50% des gesamten Porenvolumens, insbesondere mehr als 75%, von Poren mit einem Porendurchmesser von bis zu 1000 nm gebildet. Vorzugsweise wird jedoch ein Großteil des Porenvolumens von Poren aus zwei Durchmesserbereichen gebildet. Es ist daher weiter bevorzugt, wenn mehr als 25% des gesamten Porenvolumens, insbesondere mehr als 50% des gesamten Porenvolumens von Poren gebildet wird, die in einem Durchmesserbereich von 100 nm bis 800 nm liegen und wenn mehr als 15% des gesamten Porenvolumens, insbesondere mehr als 25% des gesamten Porenvolumens von Poren gebildet wird, die in einem Durchmesserbereich von bis zu 10 nm liegen. Die Porenverteilung kann mittels Quecksilber-Porosimetrie bestimmt werden.In However, a larger MOF molded body occurs Pores whose size distribution can vary. Preferably, however, more than 50% of the total pore volume, in particular more than 75%, of pores with a pore diameter of formed up to 1000 nm. Preferably, however, a majority the pore volume of pores formed from two diameter ranges. It is therefore further preferred if more than 25% of the total pore volume, in particular more than 50% of the total pore volume formed by pores is in a diameter range of 100 nm to 800 nm and if more than 15% of the total pore volume, especially more is formed as 25% of the total pore volume of pores in a diameter range of up to 10 nm. The pore distribution can be determined by mercury porosimetry.
Der
Sorptionsspeicher
In
der hier dargestellten Ausführungsform ist der Sorptionsspeicher
Über
einen zweiten Anschluss
Um
den Sorptionsspeicher
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
Bei
einer stufenweisen Erhöhung der Temperatur wird so bis
zum Erreichen eines vorgegeben Schwellwertes für den Druck
gasförmiger Kohlenwasserstoff über den zweiten
Anschluss
Wenn
die Temperatur derart erhöht werden soll, dass der Druck
im Wesentlichen konstant bleibt, werden Druck und Temperatur mit
Hilfe des Temperatursensors
Die
Temperaturaufnahme mit Hilfe des Temperatursensors
In
Auf
der Abszisse
Neben
den Adsorptions-Isothermen sind in
Mit
Bezugszeichen
Die
maximale Beladung des Sorptionsspeichers ergibt sich aus einem zulässigen
Maximaldruck
In
Nach Erreichen des oberen Schwellwertes wird das Aufheizen beendet oder reduziert und es kann gasförmiger Kohlenwasserstoff entnommen werden, bis sich der Druck wieder dem unteren Schwellwert nähert. Dies wird sooft wiederholt, bis entweder der Sorptionsspeicher soweit als möglich entleert ist oder eine vorgegebene Temperatur erreicht ist. Die vorgegebene maximale Temperatur kann z. B. auch bestimmt werden aus der Restmenge, die nach Entnahme des gasförmigen Kohlenwasserstoffes im Sorptionsspeicher enthalten bleiben soll. Die Entnahme von Kohlenwasserstoff ist selbstverständlich auch während des Aufheizens möglich.To If the upper threshold is reached, the heating is stopped or reduced and it can be removed gaseous hydrocarbon, until the pressure approaches the lower threshold again. This is repeated until either the Sorptionsspeicher far enough is emptied as possible or a predetermined temperature is reached. The predetermined maximum temperature can z. Belly be determined from the residual amount after removal of the gaseous Hydrocarbon should remain in Sorptionsspeicher. The removal of hydrocarbon is understood also possible during heating up.
Um
zu vermeiden, dass der Druck bei der Entnahme unter den vorgegebenen
Mindestdruck
Neben
dem hier dargestellten Aufheizen
Um
weiterhin zu vermeiden, dass aufgrund der Temperaturerhöhung
der Druck den zulässigen Maximaldruck
In
Während
jedoch bei der in
Bei
einer Speichertemperatur bei maximal beladenem Sorptionsspeicher
von 195 K und einer Maximaltemperatur, bis zu der Gas aus dem Sorptionsspeicher
entnommen wird von 298 K, einem Maximaldruck von 50 bar und einem
Minimaldruck von 10 bar ergibt sich zum Beispiel eine maximale Tankkapazität,
wie sie mit dem Doppelpfeil
- 11
- Vorrichtung für Speicherungcontraption for storage
- 33
- Tanktank
- 55
- Sorptionsspeichersorption
- 77
- Doppelmanteljacketed
- 99
- Wärmeisolierungthermal insulation
- 1111
- Erster Anschlussfirst connection
- 1313
- Betankungsventilrefueling valve
- 1515
- Zweiter Anschluss Entnahmeventilsecond Connection removal valve
- 1919
- Heizelementheating element
- 2121
- Steuersystemcontrol system
- 2323
- Temperatursensortemperature sensor
- 2525
- Drucksensorpressure sensor
- 3131
- Abszisseabscissa
- 3333
- Ordinateordinate
- 3535
- Adsorptions-Isotherme bei 195 KAdsorption isotherm at 195 K
- 3737
- Adsorptions-Isotherme bei 248 KAdsorption isotherm at 248 K
- 3939
- Adsorptions-Isotherme bei 273 KAdsorption isotherm at 273K
- 4141
- Adsorptions-Isotherme bei 298 KAdsorption isotherm at 298K
- 4343
- CH4-Gehalt im leeren Tank bei 195 K (pVT-Datenbank)CH 4 content in empty tank at 195 K (pVT database)
- 4545
- CH4-Gehalt im leeren Tank bei 273 K (pVT-Datenbank)CH 4 content in empty tank at 273 K (pVT database)
- 4747
- CH4-Gehalt im leeren Tank bei 298 K (pVT-Datenbank)CH 4 content in empty tank at 298 K (pVT database)
- 4949
- CH4-Gehalt im leeren Tank bei 298 K gemessen)CH 4 content measured in empty tank at 298 K)
- 5151
- Maximaldruckmaximum pressure
- 5353
- Minimaldruckminimum pressure
- 5555
- Gasentnahmegas extraction
- 5757
- Temperaturerhöhungtemperature increase
- 5959
- Entnahmekurveextraction curve
- 6161
- Maximale Tankkapazitätmaximum tank capacity
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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