CN105090742A - 一种用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，所述运输罐的内部有恒温系统及支撑结构；恒温系统包括散热孔和恒温盘管；所述支撑结构包括支撑板、固定板和立管；所述恒温盘管与立管连通；所述支撑结构包括两个以上的固定板，所述固定板间由立管固定；所述固定板上设置有恒温盘管；所述恒温盘管上放置有支撑板，所述支撑板放置有活性炭，所述活性炭上设置有另一块固定板；所述支撑板上开有散热孔。储罐上还设有四个手孔，方便将活性炭取出进行更换、储罐检修等。并且还可将高温N2直接与进气管相连，不将活性炭取出，直接进行再生。本发明具有操作便利、适用性强、安全性好等特点。

Description

一种用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐

技术领域

本发明涉及天然气储存与运输领域，特别是涉及一种用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐。

背景技术

天然气是一种理想的清洁燃料，其不仅燃烧效率高，而且CO、NO_X、SO₂和CO₂排放量比其它矿物燃料明显减少。随着环境问题的日益严重及人们对于良好空气环境的进一步渴望，开发新型清洁型燃料的要求越来越迫切。我国天然气工业发展相对滞后，但是进入21世纪后，我国天然气工业和天然气市场发展迅猛，天然气消费量从2000年的245亿立方米增长到2014年的1308亿立方米，天然气在我国一次能源中的占比进一步提升。同时随着勘探技术的进一步发展，2014年我国新增探明地质储量超过5000亿立方米，国产常规气量为1250亿立方米，国内天然气产量稳步增长。

目前常用的天然气储运技术有管道储运（PNG）、天然气液化储运（LNG）、天然气压缩储运（CNG）和天然气吸附储运（ANG）技术等，其中天然气吸附储运技术为新型储运技术。ANG是在储罐中装入高比表面的天然气专用吸附剂，利用其巨大的比表面积和丰富的微孔结构，在常温、中压下使ANG达到与CNG相接近的储存容量的储运技术。

天然气吸附储运技术中，新型吸附剂的研发经过多年的发展逐渐成熟，已具备工业化、市场化的条件。但吸附天然气的储罐设计还没有明确的规范和统一的标准，ANG储罐属于压力容器，设计过程中要考虑安全方面的问题。同时天然气吸附容易受到吸脱附过程中热效应的影响，天然气在多孔活性炭表面上吸附/脱附过程中由于分子间范德华力的作用会表现出吸放热的现象，这种现象会使吸附剂的温度升高或降低而阻碍吸附和脱附过程，这种负面效应叫做天然气吸附过程中的热效应。比如天然气吸附是放热过程，在天然气进行吸附时会导致吸附剂的温度大幅度上升直接影响吸附效率。脱附过程则是吸热过程，会导致吸附剂温度下降而影响脱附效率。因此在设计过程中要考虑如何解决储罐内部的热量管理。此外对于储罐内部结构的设计还有其他因素需要考虑，如吸附剂的定期更换、防止进出气管堵塞等问题。吸附剂在吸脱附一定次数后吸附量会降低，需再生之后才能重新使用，所以吸附储罐的设计应考虑到吸附剂再生过程中如何方便取出吸附剂。现阶段常用的吸附剂为活性炭，天然气吸脱附过程中由于气体的流动，会带动储罐内的活性炭粉尘流动使进出口管堵塞。所以上述因素都是天然气吸附储罐设计中需考虑到的因素。

发明内容

本发明的目的在于针对上述天然气吸附储运过程提供了一种吸附天然气运输罐设计，旨在解决吸附天然气储运过程中，因热效应、吸附剂固定、吸附剂再生、粉尘堵塞等问题对天然气吸附量的影响。针对上述天然气吸附储运过程中对储罐的要求。

本发明通过如下的技术方案实现：

一种用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，所述运输罐的内部有恒温系统及支撑结构；恒温系统包括散热孔和恒温盘管；所述支撑结构包括支撑板、固定板和立管；

所述恒温盘管与立管连通；所述支撑结构包括两个以上的固定板，所述固定板间由立管固定；所述固定板上设置有恒温盘管；所述恒温盘管上放置有支撑板，所述支撑板上放置有活性炭，所述活性炭上设置有另一块固定板；所述支撑板上开有散热孔；针对本储罐的用户，要求上下游用户都有一套针对本运输罐的充放气对接装置，上游对接装置要有与吸附罐、流量计、调压阀等装置，下游对接装置要有流量计、调压阀等。

上述装置中，所述运输罐的罐体外壁上下各有两对手孔，且所述手孔中两两对称，且上两对手孔的圆心连线与下两对手孔的圆心连线空间垂直；还包括热电偶测温口和放散口，所述热电偶测温口设置于主罐体上，所述放散口设置于运输罐的顶端。

上述装置中，还包括安全阀、冷媒进口管和出口管；所述安全阀设置于储罐顶部，所述冷媒进口管位于储罐顶部；所述出口管位于底部。

上述装置中，还包括天然气进气管、天然气出口管和排污口（8）；所述天然气进气管位于储罐底部，所述天然气出口管位于储罐顶部；所述天然气进气管和天然气出口管都设有滤网，同时进出口管上分别有阀门；所述储罐底部设有排污口。

上述装置中，所述支撑板为开有散热孔的圆板，所述支撑板沿直径方向平均分为四块，所述支撑板放置在恒温盘管上，散热孔大小小于成型活性炭大小。

上述装置中，所述立管为四根，四根立管中一根顶部开口与进口管连接，另外三根中的一根底部开口与出口管连接，与外部冷媒循环连通，其余顶端全部封口。

上述装置中，所述恒温盘管为椭圆管，所述立管为圆管，恒温盘管内注有冷媒或相变材料。

上述装置中，固定板与四根立管相连，固定板通过四个卡箍固定在立管上，固定板上开有散热孔，散热孔大小和支撑板散热孔相同。

本发明与现有技术相比，具有以下的特点：

1、维持储罐恒温、提高吸附效率。储罐内有恒温盘管，恒温盘管与立管相连，盘管内装有冷媒或相变材料等。同时进气口设置在储罐底部，出气口在顶部。当接入外部循环冷媒时可形成逆流换热，无外部循环水时底部进气首先放热加热恒温盘管中的冷媒，使恒温盘管中的冷媒形成自循环，平衡储罐内部温度。

2、固定活性炭、防止堵塞。活性炭为粉状物质，直接填充到储罐中会使流动阻力增大，所以需压制成块放入储罐中才可。块状活性炭如果随意堆积到储罐内，在运输过程中会因为车的震荡造成活性炭的挤压、摩擦等，生成粉末，在充放气时易堵塞进出口管。本发明设有支撑板和固定板，固定活性炭后减少活性炭之间的挤压、摩擦，同时在进出口管上有滤网防止堵塞。

3、增强设计结构、适应多种工况。恒温盘管为椭圆管，增加与上下界面接触面积增强换热。立管主要为支撑作用，圆形有助于提高钢管的承载力，增强储罐内部结构的极限承载力。内部恒温盘管有外部接口，当储气量少、充气时间长时，可通过恒温盘管现有冷媒控制储罐温度。当储气量多、充气时间短时，可接外部循环冷媒。

4、方便活性炭更换、再生。活性炭使用一定次数后会失活，需要进行再生，本移动罐罐体上设有上下对称的四个手孔，且支撑板为圆板平分为四份，上述结构设计方便将储罐中的活性炭取出进行再生。同时也可将储罐恒温盘管中的冷媒排出，从储罐进气口通入高温N2进行再生。

附图说明

图1为本发明罐体结构主视图；

图2为本发明罐体结构左视图；

图3为本发明内部结构示意图；

图4为支撑板俯视图；

图5为图3的局部放大图。

图中示出：手孔1，热电偶测温口2，安全阀3，冷媒进口管4，冷媒出口管5，天然气进口管6，天然气出口管7，排污口8，放散管线9，恒温盘管10，散热孔11，支撑板12，固定板13，立管14，卡箍15。

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

如图1~图5所示，一种用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，所述运输罐的内部有恒温系统及支撑结构；恒温系统包括散热孔11和恒温盘管10；所述支撑结构包括支撑板12、固定板13和立管14；

所述恒温盘管10与立管14连通；所述支撑结构包括两个以上的固定板13，所述固定板13间由立管14固定；所述固定板13上设置有恒温盘管10；所述恒温盘管10上放置有支撑板12，所述支撑板12放置有活性炭，所述活性炭上设置有另一块固定板13；所述支撑板12上开有散热孔11；

所述运输罐的罐体外壁上下各有两对手孔1，且所述手孔1中两两对称，且上两对手孔的圆心连线与下两对手孔的圆心连线空间垂直；还包括热电偶测温口2和放散口9，所述热电偶测温口2设置于主罐体上，所述放散口9设置于运输罐的顶端。

还包括安全阀3、冷媒进口管4和出口管5；所述安全阀3设置于储罐顶部，所述冷媒进口管4位于储罐顶部；所述出口管5位于底部。

还包括天然气进气管6、天然气出口管7和排污口8；所述天然气进气管6位于储罐底部，所述天然气出口管7位于储罐顶部；所述天然气进气管6和天然气出口管7都设有滤网，同时进出口管上分别有阀门；所述储罐底部设有排污口8。

所述支撑板12为开有散热孔11的圆板，所述支撑板12沿直径方向平均分为四块，支撑板12分为四块方便活性炭再生时取出和填充活性炭，所述支撑板12放置在恒温盘管10上，散热孔11大小小于成型活性炭大小。

所述立管14为四根，四根立管14中一根顶部开口与进口管4连接，另外三根中的一根底部开口与出口管5连接，与外部冷媒循环连通，其余端口全部封口。

所述恒温盘管10为椭圆管，所述立管14为中空圆管，恒温盘管内注有冷媒或相变材料。且在恒温盘管10内注有冷媒或相变材料等。立管14为圆管有助于提高内部结构的整体承载力，恒温盘管10为椭圆管可增加盘管与上下界面的接触面积，增强换热。所述内部结构中还有固定板13，每层支撑板12上都有一块固定板13，固定板13为开有散热孔11的圆板，固定板13及固定板散热孔11的大小与支撑板12相同；固定板13可减少运输过程中活性炭挤压、摩擦等现象，减少粉尘的生成，防止堵塞。

所述固定板（13）与四根立管14相连，固定板通过四个卡箍15固定在立管14上，固定板13上开有散热孔11，散热孔11大小和支撑板12散热孔相同。

实施例1

设计吸附储罐总容积2.25m3，直径为1300mm，高度为2700mm，具体外形结构见图1所示。进出气口采用金属滤网(200目)，罐体上有4个测温口，管口规格为Φ3，测温口要适合尺寸为Φ1的热电偶，各热电偶在吸附储罐中深度相同，并能传送到电脑显示。吸附储罐内部各金属管不相互接触，且缝隙间距大于30mm活性炭外形尺寸。吸附储罐内部被恒温盘管分为4层，层高为332.5mm。充气过程要求12分钟内充满储罐，同时保证入口气体的甲烷体积浓度大于90%、含水量小于5%，入口流量小于0.7Nm³/min、压力小于4.2MPa，气瓶内部温度不超过入口温度的±15℃。放气过程要求22分钟内放完，同时出口压力略高于大气压，出口温度高于0℃，放气时气瓶内部温度也要求不超过入口温度的±15℃。

充气过程：

天然气从上游管网进来，先经过场站的预吸附罐后调压，当压力达到4.0MPa时，先经过场站的计量单元后连接进气管6，打开入口阀，通过流量计前的针阀调节进气流量和压力。充气总时长为10分钟、入口流量为0.66Nm3/min，入口压力3.9MPa，入口温度为25℃，气瓶内部热电偶值为36℃。

当流量计已显示达到了所需要的流量，吸附储罐内部热电偶值已变化不大，吸附储罐压力稳定在4.0MPa时，先缓慢地关闭天然气入口6调压阀，再关闭储罐入口阀。

放气过程：

将出气管7与下游用户相连，先将下游流量计前后阀门关闭，打开流量计旁路阀门和下游的阀门，确认下游管网所需的压力，且下游调压阀门设定所需的调压压力值。天然气从吸附储罐出口出来，通过流量计前针阀，调节天然气出口流量，再经过流量计计量后，并经过下游调压阀调压到所需压力。放气总时长为20分钟，出口压力为1.1MPa，出口温度10℃，储罐内部温度为7℃。当储罐内部气体完全放空时，关闭下游调压阀以及阀门，然后关闭储罐的出口阀。

储罐再生过程：

通过放空管线9，把吸附储罐的压力泄到微正压。用高温软管把N2与ANG吸附储罐进气口相接，调节再生气的压力到0.3MPa，N2经过电加热器加热到200℃后通入ANG吸附储罐，打开储罐入口阀，进行对吸附储罐再生。记录当前吸附储罐压力和温度，再生气压力和温度，再生时间。当吸附储罐压力恒定且与高温N2压力相同，吸附储罐内部温度波动不大时，可停止对吸附储罐再生。通过放空管线9将储罐内的高温N2排出。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，其特征在于：所述运输罐的内部有恒温系统及支撑结构；恒温系统包括散热孔（11）和恒温盘管（10）；所述支撑结构包括支撑板（12）、固定板（13）和立管（14）；

所述恒温盘管（10）与立管（14）连通；所述支撑结构包括两个以上的固定板（13），所述固定板（13）间由立管（14）固定；所述固定板（13）上设置有恒温盘管（10）；所述恒温盘管（10）上放置有支撑板（12），所述支撑板（12）上放置有活性炭，所述活性炭上设置有另一块固定板（13）；所述支撑板（12）上开有散热孔（11）。

2.根据权利要求1所述用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，其特征在于，所述运输罐的罐体外壁上下各有两对手孔（1），且所述手孔（1）中两两对称，且上两对手孔的圆心连线与下两对手孔的圆心连线空间垂直；还包括热电偶测温口（2）和放散口（9），所述热电偶测温口（2）设置于主罐体上，所述放散口（9）设置于运输罐的顶端。

3.根据权利要求1所述用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，其特征在于，还包括安全阀（3）、冷媒进口管（4）和出口管（5）；所述安全阀（3）设置于储罐顶部，所述冷媒进口管（4）设置于储罐顶部；所述出口管（5）位于底部。

4.根据权利要求1所述用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，其特征在于，还包括天然气进气管（6）、天然气出口管（7）和排污口（8）；所述天然气进气管（6）位于储罐底部，所述天然气出口管（7）位于储罐顶部；所述天然气进气管（6）和天然气出口管（7）都设有滤网，同时进出口管上分别有阀门；所述储罐底部设有排污口（8）。

5.根据权利要求1所述用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，其特征在于，所述支撑板（12）为开有散热孔（11）的圆板，所述支撑板（12）沿直径方向平均分为四块，所述支撑板（12）放置在恒温盘管（10）上，散热孔（11）大小小于成型活性炭大小。

6.根据权利要求1所述用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，其特征在于，所述立管（14）为四根，四根立管（14）中一根顶部开口与进口管（4）连接，另外三根立管（14）中的一根底部开口与出口管（5）连接，与外部冷媒循环连通，其余顶端全部封口。

7.根据权利要求1所述用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，其特征在于，所述恒温盘管（10）为椭圆管，所述立管（14）为圆管，恒温盘管内注有冷媒或相变材料。

8.根据权利要求1所述用于天然气储存和运输的吸附天然气运输罐，其特征在于，固定板（13）与四根立管（14）相连，固定板通过四个卡箍（15）固定在立管（14）上，固定板（13）上开有散热孔（11），散热孔（11）大小和支撑板（12）散热孔相同。