CN116066725A - Ang储存设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ANG储存设备，包括：罐体，其为卧式储罐，罐体中填充吸附剂，罐体包括互不连通的管程和壳程，管程的容积为壳程的容积的5％～25％，壳程设有天然气充放通道；压缩机，其进气口与管程相连接；以及高压气瓶，其连接在压缩机的出气口和管程之间，其中，管程、压缩机和高压气瓶形成循环天然气回路，管程和壳程的充气和放气相反。本发明通过罐体中，管程与压缩机和高压气瓶组成循环天然气回路，壳程与外部连接充放天然气，管程和壳程的充气过程和放气过程相反。壳程充气时发热，管程放气温度骤降，放气的冷量能够中和吸附的热量；壳程放气脱附时产生温降，管程充气吸附起到加热作用，避免脱附时气体滞留，从而实现热量管理。
Description
技术领域
本发明涉及天然气储运技术领域，特别涉及一种ANG储存设备。
背景技术
天然气的主要储运技术中有以下几种：管道储运(PNG)、液化(LNG)、压缩(CNG)和吸附(ANG)。管道储运的投资巨大，只适用于大型气田。LNG技术运输汽车的行程较远，沿途需建燃料站投资巨大。CNG技术需多级压缩(例如，要达到20MPa的高压，一般需四级压缩)，能耗非常高，高压充装设备的投资大。相比之下，ANG技术较为理想，ANG技术在气瓶中加入合适的吸附剂，使较低压力下的天然气储存密度与高压(20MPa)压缩天然气密度相当，这样就弥补了CNG的不足。然而，天然气吸附过程中会出现放热现象，脱附时会有温降，为了增加吸附量，避免脱附时气体的滞留，ANG技术中热量管理成为关键问题之一。
专利文献CN105987279A公开了一种ANG运输车，其包括运输车车体及固定在运输车车体上并且填充有吸附剂的ANG罐体，在ANG罐体内位于ANG罐体的1/6-1/3高度处设有充放气管路，充放气管路沿ANG罐体轴向延伸至ANG罐体的两侧封头处，在充放气管路的外部缠绕换热管路，换热管路与运输车车体的换热系统相连。换热管路与换热系统进行热交换达到在天然气吸附和脱附过程中热量稳定的目的。该运输车自备压缩机、储存有冷媒，虽然整个ANG运输车成为一个独立系统，不需要外部供应冷热水，但是仍引入了独立的冷却介质(水)、冷媒和冷却系统，增加了运输车的载重，带来经济成本提高和安全风险增大的问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种ANG储存设备，从而改善热效应在吸附天然气储运技术中对吸附过程和/或脱附过程造成的影响。
本发明的另一目的在于，提供一种ANG储存设备，从而降低吸附天然气储运设备体积和成本，并提高安全性。
为实现上述目的，本发明提供了一种ANG储存设备，包括：罐体，其为卧式储罐，罐体中填充吸附剂，罐体包括互不连通的管程和壳程，管程的容积为壳程的容积的5％～25％，壳程设有天然气充放通道；压缩机，其进气口与管程相连接；以及高压气瓶，其连接在压缩机的出气口和管程之间，其中，管程、压缩机和高压气瓶形成循环天然气回路，管程和壳程的充气和放气相反。
进一步，上述技术方案中，天然气充放通道为套管，套管同轴穿设在罐体中，套管的外管均匀分布多个扩散孔与壳程相连通，套管的内管一端与外管连通，另一端与外部连接。
进一步，上述技术方案中，罐体内设有：多个细管，其沿水平方向设置；以及管板，其设置在多个细管的一端，多个细管与管板的一侧的罐体相连通形成管程，管板的另一侧的罐体形成壳程。
进一步，上述技术方案中，细管的管径与罐体的直径比为1：20～100。
进一步，上述技术方案中，多个细管之间的距离为细管的管径的1.5～20倍。
进一步，上述技术方案中，多个细管以套管为中心呈放射状分布。
进一步，上述技术方案中，多个细管由套管向外间距逐渐增大。
进一步，上述技术方案中，壳程填充第一吸附剂，管程填充第二吸附剂，第一吸附剂与第二吸附剂相同或不同。
进一步，上述技术方案中，吸附剂为硅胶、活性炭、氧化铝、MOFs材料、沸石分子筛和碳分子筛中的一种或几种。
进一步，上述技术方案中，罐体内设有吸附剂固定支架和/或过滤丝网。
进一步，上述技术方案中，ANG储存设备还包括：底座，其用于车载或橇装，罐体、压缩机和高压气瓶均布置在底座上。
进一步，上述技术方案中，管程设有补气口。
进一步，上述技术方案中，当壳程充气时，管程通过压缩机向高压气瓶放气；当壳程放气时，高压气瓶向管程充气。
进一步，上述技术方案中，罐体设有压力监测器，当壳程充气时，若壳程内压力大于4MPa，则停止对壳程充气。
与现有技术相比，本发明具有如下一个或多个有益效果：
1.通过罐体中互不连通的管程和壳程均填充吸附剂，管程与压缩机和高压气瓶组成循环天然气回路，壳程与外部连接充放天然气，管程和壳程的充气过程和放气过程相反。壳程充气时吸附剂发热，管程放气温度骤降，放气的冷量能够中和吸附的热量；壳程放气脱附时产生温降，管程充气吸附起到加热作用，避免脱附时气体滞留，从而实现热量管理。
2.整个ANG储存设备无需引入天然气以外的其他介质，降低了罐内泄漏的风险，管程内天然气的补给也可以就地取材，减少整个设备的额外体积和成本。
3.壳程的天然气充放通道设计为套管，能够避免由于压力不均造成的偏流使局部温度过高。
4.多个细管呈放射状分布在套管周围，符合吸附剂热量分布规律，提高热量管理效率。
5.本发明的ANG储存设备除压缩机和高压气瓶外，无需其他外部装置，结构简单，便于操作和维护。可以通过增加高压气瓶的容量来增加冷/热量，以满足热量管理需求。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明的一实施方式的ANG储存设备的结构示意图。
图2是根据本发明的一实施方式的ANG储存设备的罐体的截面示意图。
主要附图标记说明：
10-罐体，11-细管，110-总管，12-套管，121-外管，1211-扩散孔，122-内管，13-管板，21-第一吸附剂，22-第二吸附剂，30-压缩机，40-高压气瓶，50-底座。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
如图1和图2所示，根据本发明具体实施方式的ANG储存设备包括：罐体10，其为卧式储罐，罐体10中填充吸附剂。罐体10包括互不连通的管程和壳程，管程的容积为壳程的容积的5％～25％，壳程设有天然气充放通道。壳程作为天然气的储存空间与外部连接从而进行充放气，管程中通过循环天然气的充放构成换热单元。罐体10的管程与压缩机30的进气口相连接，压缩机30的出气口连接至高压气瓶40，高压气瓶40再与管程连通，管程、压缩机30和高压气瓶40形成回路供循环天然气流通。管程和壳程的充气过程和放气过程相反，控制充放气量从而实现ANG储存设备的热量管理。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，罐体10设有多个沿水平方向设置的细管11，多个细管11的一端设有管板13。多个细管11与管板13的一侧的罐体10相连通形成管程，管板13的另一侧的罐体10(细管11外)形成壳程。示例性地，细管11汇集为总管110后与高压气瓶40相连通。应了解的是，图中所示总管110的形状仅为示意，并不对本发明形成限制。示例性地，壳程的天然气充放通道可以为套管12，套管12同轴穿设在罐体10中，套管12的外管121均匀分布多个扩散孔1211，扩散孔1211与壳程相连通，套管12的内管122一端与外管121连通，内管122的另一端与外部连接，壳程通过套管12进行充气和放气。示例性地，内管122与外管121连通处附近的外管121不设置扩散孔。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，细管11的管径与罐体10的直径比为1：20～100，优选为1：40～60。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，多个细管11之间的距离为细管11的管径的1.5～20倍。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，多个细管11以套管12为中心呈放射状分布。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，多个细管11由套管12向外间距逐渐增大，即内密外疏。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，壳程填充第一吸附剂21，管程填充第二吸附剂22，第一吸附剂21与第二吸附剂22可以相同也可以不同。优选地，第一吸附剂21和第二吸附剂22均为活性炭吸附剂，从而便于工艺条件控制。应了解的是，本发明并不以此为限，第一吸附剂21和第二吸附剂22可以为硅胶、活性炭、氧化铝、MOFs材料、沸石分子筛和碳分子筛中的一种或几种。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，罐体10内设有吸附剂固定支架和/或过滤丝网，示例性地，吸附剂固定支架可以安装在扩散孔1211与吸附剂21之间，起到固定过滤丝网的作用，过滤丝网能够防止活性炭粉堵塞扩散孔1211。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，罐体10、压缩机30和高压气瓶40均布置在底座50上，底座50既可车载运输，也可橇装。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，罐体10的管程设有补气口(图中未示出)，例如，补气口可以设置在与压缩机相连一侧的封头上。补气口用于补充管程、压缩机30和高压气瓶40形成的回路中的循环天然气。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，可以通过控制管程和壳程的充放气速率实现热量管理。外部天然气通过内管122向罐体10的壳程充气吸附时，管程放气脱附，启动压缩机30将管程放出的天然气储藏在高压气瓶40中，管程放气速率为壳程充气速率的1.2～10倍，优选为1.2～5倍。当壳程通过内管122向外部放气脱附时，高压气瓶40中的天然气充入管程吸附，起到加热作用，管程充气速率为壳程放气速率的1.2～10倍，优选为1.2～5倍。
进一步，上述技术方案中，罐体10设有压力监测器(图中未示出)，当壳程充气时，若壳程内压力大于4MPa，则停止对壳程充气。
下面以具体实施例的方式更详细地说明本发明的ANG储存设备及其使用方法，应了解的是，实施例仅为示例性的，本发明并不以此为限。
实施例1
本实施例采用图1所示的ANG储存设备，壳程的天然气充放通道为套管12，套管12同轴穿设在罐体10中，套管12的外管121均匀分布多个扩散孔1211，扩散孔1211与壳程相连通，套管12的内管122一端与外管121连通，内管122的另一端与外部连接。罐体10设有沿水平方向设置的36个细管11(图1仅为示意，细管并未全部示出)，细管11的管径与罐体10的直径比为1:40，细管11以套管12为中心呈放射状分布且内密外疏。管程和壳程均填充活性炭作为吸附剂。管程和壳程的容积比为1:8。
本实施例的工作流程如下：
充气时，将套管12的内管122与外部气源连接，天然气以1.5m3/h的速率通过内管122进入罐体10，经外管121的扩散孔1211扩散至壳程中，壳程中的吸附剂对天然气进行吸附并放热，当壳程中压力达到4MPa后关闭外部气源。在壳程充气的同时，启动压缩机30将管程中以1.8m3/h的速率放出的循环天然气压缩后储存在高压气瓶40中。管程中循环天然气脱附吸热平衡壳程气体吸附的放热，整个罐体10的温度基本保持不变。
放气时，打开套管12的内管122的阀门1221，壳程中的天然气由内管122以1.2m3/h的速率放出，气体脱附吸热。在壳程放气的同时，将高压气瓶40中储存的循环天然气以1.5m3/h的速率充入管程中，管程中的吸附剂对循环天然气进行吸附并放热，为壳程气体脱附提供热量，提高脱附效率。
经计算，采用本实施例的ANG储存设备，脱附过程中，中心最低温度可以提高24.2℃，而吸附过程中，储罐中心最高温度可以降低20.4℃，并且吸、脱附效率均显著提高。此外，本实施例的ANG储存设备无需引入天然气以外的介质，大幅提高了使用安全性。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种ANG储存设备，其特征在于，包括：
罐体，其为卧式储罐，所述罐体中填充吸附剂，所述罐体包括互不连通的管程和壳程，所述管程的容积为所述壳程的容积的5％～25％，所述壳程设有天然气充放通道；
压缩机，其进气口与所述管程相连接；以及
高压气瓶，其连接在所述压缩机的出气口和所述管程之间，
其中，所述管程、所述压缩机和所述高压气瓶形成循环天然气回路，所述管程和所述壳程的充气和放气相反。
2.根据权利要求1所述的ANG储存设备，其特征在于，所述天然气充放通道为套管，所述套管同轴穿设在所述罐体中，所述套管的外管均匀分布多个扩散孔与所述壳程相连通，所述套管的内管一端与所述外管连通，另一端与外部连接。
3.根据权利要求2所述的ANG储存设备，其特征在于，所述罐体内设有：
多个细管，其沿水平方向设置；以及
管板，其设置在所述多个细管的一端，所述多个细管与所述管板的一侧的罐体相连通形成所述管程，所述管板的另一侧的罐体形成壳程。
4.根据权利要求3所述的ANG储存设备，其特征在于，所述细管的管径与所述罐体的直径比为1：20～100。
5.根据权利要求3所述的ANG储存设备，其特征在于，所述多个细管之间的距离为所述细管的管径的1.5～20倍。
6.根据权利要求3所述的ANG储存设备，其特征在于，所述多个细管以所述套管为中心呈放射状分布。
7.根据权利要求6所述的ANG储存设备，其特征在于，所述多个细管由所述套管向外间距逐渐增大。
8.根据权利要求1所述的ANG储存设备，其特征在于，所述壳程填充第一吸附剂，所述管程填充第二吸附剂，所述第一吸附剂与所述第二吸附剂相同或不同。
9.根据权利要求1所述的ANG储存设备，其特征在于，所述吸附剂为硅胶、活性炭、氧化铝、MOFs材料、沸石分子筛和碳分子筛中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的ANG储存设备，其特征在于，所述罐体内设有吸附剂固定支架和/或过滤丝网。
11.根据权利要求1所述的ANG储存设备，其特征在于，还包括：
底座，其用于车载或橇装，所述罐体、所述压缩机和所述高压气瓶均布置在所述底座上。
12.根据权利要求1所述的ANG储存设备，其特征在于，所述管程设有补气口。
13.根据权利要求1～12中任意一项所述的ANG储存设备，其特征在于，当所述壳程充气时，所述管程通过所述压缩机向所述高压气瓶放气；当所述壳程放气时，所述高压气瓶向所述管程充气。
14.根据权利要求1所述的ANG储存设备，其特征在于，所述罐体设有压力监测器，当所述壳程充气时，若所述壳程内压力大于4MPa，则停止对所述壳程充气。
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