CN1236075A - 吸附天然气储罐及灌装工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吸附天然气储罐及灌装技术。储罐内填充储气吸附剂,设有中央循环管和电加热元件。充气站设置吸附净化器和冷却器,通过低温天然气再循环解决快速灌气的温升问题,并用较高温度的天然气使净化器再生。通过储罐内的电加热元件和中央循环管,可在必要时采用惰气吹扫、抽空或变温方法,使储罐的储气容量保持恒定。

Description

吸附天然气储罐及灌装工艺
本发明涉及填充吸附剂的天然气储罐的结构及气体灌装工艺，该发明属于天然气的储存、运输及分配技术。
我国天然气(包括油田气、煤层气)资源并不贫乏，但因主要蕴藏在中西部地区，开发较晚。近年来虽然有输气管线建成，但若建成覆盖面广的输气管网，在资金和工程方面都不是短时间内能够完成的。特别是某些气源的蕴藏量有限，不值得修建输气管。因此，将天然气装罐运输及分配给用户使用，不但是目前的主要途径，即便将来也有很大市场。其次，对于天然气汽车，吸附天然气储罐代替高压压缩储罐将导致天然气成本的降低。
现有的罐装天然气采用高压压缩办法。为增大罐装气量，必须提高灌气压力，通常的灌气压力达到20～25MPa。为此，需要具备6级压缩的高压压缩机，压缩机投资、占地与能耗大大提高了灌气费用。同时，耐受20～25MPa压力的储罐的技术等级和自重也是一个相当严重的问题。现实中也常常发生缺乏高压压缩机或耐高压储罐的情况，只好降低灌气压力，导致罐装容量的下降和运输成本的提高。
针对目前罐装天然气存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种吸附天然气储罐及灌装工艺，可以实现在较低的灌气压力下达到较大罐装容量。
本发明是通过下述技术方案实现的。它包括天然气储罐技术和灌气站灌气技术两部分。吸附天然气储罐结构如附图1所示。其中1为罐体，2为吸附剂，3为筛板及附属丝网和滤布，4为进气管，5为气体循环管，6为接线柱，7为法兰盘，8为电热丝，9为喇叭口及过滤元件。吸附天然气储罐的罐体可用金属材料制成，也可采用非金属材料或复合材料制造，以减轻重量。其结构特征在于：1．填充储气吸附剂。最好的储气吸附剂是活性炭和高比表面积的超级活性炭，或者活性炭纤维制品。2．提供气体的循环通道。灌气时，脱除了强吸附组份的天然气进入罐内的吸附剂床层，并从储罐底部的喇叭口进入循环管返回。筛网及滤布阻止吸附剂粉末的带出。3．吸附床内可附设电热丝类加热装置，在快放气时连通电源，升高吸附剂温度，提高天然气的释放速率。亦在必要时用于吸附剂的彻底再生。为此，可通过中央循环管引入惰性气体吹扫，或者抽空，或者加热与吹扫结合，或者加热与抽空结合，均可达到储罐吸附剂再生目的。由于在储罐中填充了吸附剂，使得罐装容量大大增加。与空罐相比，罐装容量增大的倍数取决于吸附剂的比表面积、填充度、灌气压力和灌气温度。常温、3．5MPa压力下，储气体积为气罐容积的120～170倍。
灌气站流程如附图2所示。其中10为压缩机，对其出口压力并没有严格的要求，一般均在3～10MPa的中压范围。11为压缩机出口冷却器，12为气液分离器，13和14为并联净化器(吸附塔)，15为二次气体冷却器，16为天然气储罐，17为罐内温度指示仪，18为罐内压力指示仪，19为脱附气温度指示仪。净化器中填充的吸附剂与天然气储罐中的储气吸附剂不一定相同，其中包括脱水吸附剂和比表面积较低的活性炭，而在储罐16中的吸附剂则以高比表面积的活性炭或活性炭纤维吸附剂为主。天然气中分子量较高或强吸附的组份将被净化器13(或14)截留，经二次冷却器15进一步降温后灌入天然气储罐16。由于吸附热效应，快速灌气将使储罐中的吸附床温度升高，因此让天然气在储罐16与二次冷却器15之间进行小循环，或者进行包括净化器再生步骤的大循环，直至气温降到常温、罐内压力达到预定值为止。为使净化器中的吸附剂再生，将从充气罐溢出的高温天然气逆向通过净化器的吸附床，借此为其加温，脱附的气体则仍进入压缩机入口，直至温度指示仪指示的脱附气温度达到一定值后，将脱附气引入另一条管线单独处理。吸附床被热气体吹扫一定时间后，再生完毕，两个净化器切换。
本发明的优点是：1．对于同样容积的储罐，在中等压力水平下达到高压压缩的储气量；2．采用中压压缩机和中压容器达到高压压缩机和高压容器相同的储气量；3．克服吸附热效应对快速灌气罐装容量的影响；4．保证天然气储罐的罐装容量恒定，使其再生周期大大延长。5．在需要快速放气情况下，亦可达到必要的放气速率。
实施例：一种高表面活性炭对甲烷的吸附存储性能如附图3所示。其中曲线1是不同压力下单纯压缩的储气量，曲线2是实验测得的25℃的吸附等温线，曲线3为储罐的总储气能力，它是吸附剂的吸附量和吸附剂颗粒内外空隙中的压缩储气量之和。假如灌气压力为5MPa，储罐容积为100升(φ360×1000)，如果不填充吸附剂，只能装2.7公斤天然气，但若填充具有如附图3所示性能的吸附剂，则罐装容量提高到12.6公斤，为单纯压缩储气量的4.7倍。若换算为标准体积，一个储气罐释放的天然气量约为16.5立方米，对于一个三口之家，大约可用一个月。

Claims (3)

1．一种吸附天然气及其它主要由碳-1和碳-2成份组成的气体的储罐，采用金属材料或非金属材料，或复合材料制造而成，其特征在于：在罐体内中央设有一支循环管，管的下端是喇叭口，喇叭口外包有金属网和滤布，罐内填充高比表面积的活性炭、活性炭纤维，或它们的改性制品，并在所填充的吸附剂内，埋设电热丝，储罐中吸附剂层之上设置筛网和滤布。
2．一种适用于按权利要求1所说的吸附天然气储罐的灌装工艺，它主要是由压缩机、压缩机出口冷却器、气液分离器、净化器、二次冷却器和储罐所组成，其特征在于：天然气中强吸附组分被净化器截留；灌气时产生的吸附热通过在储罐与二次冷却器之间的小循环，或者进行包括净化器再生步骤的大循环予以移除；在大循环中，温度较高的气体将两组净化器中的一组再生；灌装气体压力为3～10MPa。
3．按权利要求1所说的天然气吸附储罐，在必要时可通过中央循环管的惰气吹扫，或通过活性炭中埋设的电热丝，升温再生，使储气容量保持恒定，并在快放气时通电升高吸附剂温度。
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