DE102008043927A1 - Removing gases from a sorption accumulator, comprises removing gas from accumulator up to reaching predetermined working pressure at constant removal temperature, and removing gas from accumulator up to reaching minimum removal pressure - Google Patents

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Ulrich Gottwick
Jan-Michael Graehn
Werner Gruenwald
Ian Faye
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Abstract

The method comprises primarily removing gas from a sorption accumulator (5) up to reaching a predetermined working pressure at a constant removal temperature, secondarily removing gas from the sorption accumulator up to reaching a minimum removal pressure after reaching the predetermined working pressure at the same removal temperature, and compressing the gases obtained in the secondary removal step at the predetermined working pressure. The predetermined working pressure is a pressure between the minimum removal pressure and maximum filling pressure of the sorption accumulator. The method comprises primarily removing gas from a sorption accumulator (5) up to reaching a predetermined working pressure at a constant removal temperature, secondarily removing gas from the sorption accumulator up to reaching a minimum removal pressure after reaching the predetermined working pressure at the same removal temperature, and compressing the gases obtained in the secondary removal step at the predetermined working pressure. The predetermined working pressure is a pressure between the minimum removal pressure and maximum filling pressure of the sorption accumulator. The minimum removal pressure is a pressure, which prevails in the sorption accumulator when no gas is obtained at the removal temperature. The gas stored in the sorption accumulator is hydrogen or gaseous hydrocarbon. The sorption accumulator is tempered at the removal temperature. An independent claim is included for a device for storing gases.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entnahme eines Gases aus einem Sorptionsspeicher. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Speicherung eines Gases gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The The invention relates to a method for removing a gas from a Sorption. Furthermore, the invention relates to a device for storing a gas according to the preamble of Claim 9.

Zur Speicherung von Gasen, beispielsweise gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder Wasserstoff, werden heute im Allgemeinen Druckgastanks eingesetzt. Diese können sowohl in stationären Anwendungen, zum Beispiel zur Beheizung von Gebäuden, oder in mobilen Anwendungen, so zum Beispiel in gasbetriebenen Kraftfahrzeugen, zum Einsatz kommen. Hinsichtlich der mobilen Anwendungen sind Druckgastanks in der Regel für einen Systemdruck von 200 bar ausgelegt und werden in ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebenes Kraftfahrzeug eingebaut. Die Speicherung erfolgt dabei in üblicher Weise bei Umgebungstemperatur. Nachteil von Druckgastanks ist unter anderem, dass insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen besondere Sicherheitsanforderungen gestellt werden.to Storage of gases, for example gaseous hydrocarbons or hydrogen, are now generally used in pressurized gas tanks. These can be used both in stationary applications, for example, for heating buildings, or in mobile Applications, for example in gas-powered motor vehicles, be used. With regard to mobile applications are pressurized gas tanks usually designed for a system pressure of 200 bar and are operated in a gaseous fuel Motor vehicle installed. The storage takes place in the usual way Way at ambient temperature. Disadvantage of pressurized gas tanks is under other that, especially when used in motor vehicles special Safety requirements are made.

Neben Druckspeichern geht die Tendenz derzeit dahin, Sorptionsspeicher einzusetzen. Sorptionsspeicher enthalten im Allgemeinen ein hochporöses Material. Hierzu eignen sich zum Beispiel Aktivkohle, Zeolithe oder metallorganische Gerüstverbindungen (Metal Organic Frameworks, MOF) mit hoher innerer Oberfläche. Das Gas wird im hochporösen Material adsorbiert und hierdurch gespeichert. Ein Sorptionsspeicher für Wasserstoff ist zum Beispiel aus US 6,672,077 bekannt. Der Sorptionsspeicher ist hierbei mit einem Doppelmantel ausgeführt, der mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Durch die Kühlung wird die Speicherkapazität des Sorptionsspeichers erhöht, da bei einer niedrigeren Temperatur bei gleich bleibendem Druck eine größere Menge an Gas aufgenommen werden kann.In addition to pressure accumulators, there is currently a tendency to use sorption accumulators. Sorption reservoirs generally contain a highly porous material. For example, activated carbon, zeolites or organometallic framework compounds (MOF) with a high internal surface area are suitable for this purpose. The gas is adsorbed in the highly porous material and thereby stored. For example, a sorption reservoir for hydrogen is off US 6,672,077 known. The Sorptionsspeicher is in this case designed with a double jacket, which is cooled with liquid nitrogen. The cooling increases the storage capacity of the sorption reservoir, because at a lower temperature and at a constant pressure, a larger amount of gas can be absorbed.

Das Entleeren des Gasspeichers erfolgt im Allgemeinen bei der Speichertemperatur des Gastanks. Da das Gas üblicherweise mit einem erhöhten Druck eingesetzt wird, kann Gas bis zu diesem Druck, dem Arbeitsdruck, ohne zusätzlichen Energieaufwand entnommen werden. Aufgrund der höheren Speicherkapazität mit niedrigerer Temperatur ist jedoch noch eine nicht zu vernachlässigende Gasmenge im Speicher enthalten. Eine vollständige Leerung ist nicht möglich. Um das Gas aus dem Speicher zu entnehmen wird deshalb derzeit der Speicher erwärmt und das Gas bei Arbeitsdruck entnommen. Alternativ ist auch ein Aufheizen des Speicherbehälters möglich und eine Entnahme wiederum bei konstanter Temperatur. Dies hat jedoch einerseits den Nachteil, dass Energie zugeführt werden muss, um den Speicher zu erwärmen und andererseits ebenfalls Energie benötigt wird, um nach vollständiger Entnahme den Speicher wieder auf Speichertemperatur abzukühlen.The The gas storage tank is generally emptied at the storage tank temperature of the gas tank. As the gas is usually at an elevated pressure gas can be used up to this pressure, the working pressure, be taken without additional energy. by virtue of the higher storage capacity with lower Temperature is still a not negligible Gas volume in the store included. A complete emptying is not possible. To remove the gas from the storage tank Therefore, the memory is currently heated and the gas at Working pressure taken. Alternatively, a heating of the storage container is possible and a removal again at a constant temperature. This has however on the one hand the disadvantage that energy is supplied must to warm the memory and on the other hand as well Energy is needed to complete removal Memory to cool back to storage tank temperature.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entnahme eines Gases aus einem Sorptionsspeicher umfasst folgende Schritte:

  • (a) Entnehmen von Gas bis zum Erreichen eines vorgegebenen Arbeitsdrucks bei einer konstanten Entnahmetemperatur,
  • (b) Entnehmen von Gas nach Erreichen des vorgegebenen Arbeitsdrucks bei der gleichen Entnahmetemperatur wie in Schritt (a), bis zum Erreichen eines minimalen Entnahmedrucks,
  • (c) Komprimieren des in Schritt (b) entnommenen Gases auf den vorgegebenen Arbeitsdruck.
The method according to the invention for withdrawing a gas from a sorption reservoir comprises the following steps:
  • (a) withdrawing gas until a predetermined working pressure is reached at a constant withdrawal temperature,
  • (b) withdrawing gas after reaching the predetermined working pressure at the same withdrawal temperature as in step (a) until a minimum withdrawal pressure is reached,
  • (c) compressing the gas withdrawn in step (b) to the predetermined working pressure.

Durch die Entnahme des Gases auch unterhalb des Arbeitsdrucks aus dem Sorptionsspeicher und die anschließende Kompression auf den vorgegebenen Arbeitsdruck ist es nicht mehr notwendig, Energie zum Heizen und Kühlen des Sorptionsspeichers aufzuwenden. Zudem ist die Energie, die benötigt wird, um das Gas auf den vorgegebenen Arbeitsdruck zu komprimieren, kleiner als die Energie, die zum Heizen und Kühlen des Sorptionsspeichers benötigt wird.By the removal of the gas also below the working pressure from the Sorptionsspeicher and the subsequent compression on the given working pressure no longer requires energy to use for heating and cooling the sorption storage. In addition, the energy that is needed to get the gas on to compress the given working pressure, less than the energy, needed for heating and cooling the sorption storage becomes.

Um das Gas nach Entnahme aus dem Sorptionsspeicher auf den vorgegebenen Arbeitsdruck komprimieren zu können, ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung eines Gases, die einen Sorptionsspeicher sowie mindestens eine Entnahmeleitung, über die Gas aus dem Sorptionsspeicher entnommen werden kann, umfasst, die Entnahmeleitung mit einem Kompressor verbunden. In dem Kompressor ist das Gas, das dem Sorptionsspeicher bei einem Druck unterhalb dem vorgegebenen Arbeitsdruck entnommen wird, auf den vorgegebenen Arbeitsdruck komprimierbar.Around the gas after removal from the Sorptionsspeicher to the specified To be able to compress working pressure is in an inventive Device for storing a gas containing a sorption storage and at least one sampling line, via the gas can be removed from the Sorptionsspeicher comprises, the sampling line connected to a compressor. In the compressor is the gas that the sorption storage at a pressure below the predetermined Working pressure is taken, compressible to the specified working pressure.

Unter einem Sorptionsspeicher ist erfindungsgemäß ein Gasspeicher zu verstehen, der ein hochporöses Material enthält, in dem ein zu speicherndes Gas durch Adsorption gebunden werden kann. Geeignete hochporöse Materialien sind zum Beispiel metallorganische Gerüstverbindungen (MOF), Zeolithe oder Aktivkohle. Auch Mischungen daraus sind denkbar, werden jedoch üblicherweise nicht eingesetzt.Under A sorption storage is according to the invention a Gas storage to understand the highly porous material contains, in which a gas to be stored by adsorption can be tied. Suitable highly porous materials are for example organometallic framework compounds (MOF), Zeolites or activated carbon. Even mixtures of these are conceivable but usually not used.

Geeignete poröse metallorganische Gerüstverbindungen sind zum Beispiel beschrieben in US 5,648,508 , EP-A 0 790 253 , M. O-Keeffe et al., J. Sol. State Chem., 152 (2000), Seite 3 bis 20 , H. Lee et al., Nature 402 (1999), Seite 276 , M. Eddaoudi et al., Topics in Catalysis 9 (1999), Seite 105 bis 111 , B. Chen et al., Science 291 (2001), Seite 1021 bis 1023 und DE-A 101 11 230 .Suitable porous organometallic framework compounds are described, for example, in US 5,648,508 . EP-A 0 790 253 . M. O-Keeffe et al., J. Sol. State Chem., 152 (2000), pages 3 to 20 . Lee, H., et al., Nature 402 (1999), 276 . M. Eddaoudi et al., Topics in Catalysis 9 (1999), pages 105 to 111 . Chen et al., Science 291 (2001), pages 1021 to 1023 and DE-A 101 11 230 ,

Um die Speicherkapazität des Sorptionsspeichers zu erhöhen, wird dieser im Allgemeinen gekühlt. Die Entnahmetemperatur, bei der das Gas aus dem Absorptionsspeicher entnommen wird, entspricht dabei vorzugsweise der Speichertemperatur. Um den Sorptionsspeicher kühlen zu können, ist dieser zum Beispiel mit einem Doppelmantel und einer außenliegenden Isolierung ausgestattet. Alternativ ist es auch möglich, zum Beispiel Kühlschlangen oder ähnliche Kühlvorrichtungen im Inneren des Sorptionsspeichers vorzusehen. Die Kühlung erfolgt im Allgemeinen mit flüssigem Stickstoff. Hierbei ist der Einsatz des Kühlmediums jedoch abhängig vom zu speichernden Gas und der Temperatur, auf die der Sorptionsspeicher gekühlt werden soll. Bei höheren Temperaturen zur Speicherung eignet sich zum Beispiel auch flüssiges Kohlendioxid oder ein beliebiges anderes Kältemittel. Wenn die Speicherung bei niedrigeren Temperaturen erfolgen soll, kann zum Beispiel Helium als Kühlmittel eingesetzt werden.Around increase the storage capacity of the sorption storage, this is generally cooled. The withdrawal temperature, in which the gas is removed from the absorption storage, corresponds preferably the storage temperature. To the sorption storage To be able to cool this is for example with a double jacket and an external insulation fitted. Alternatively, it is also possible, for example Cooling coils or similar cooling devices provided inside the sorption storage. The cooling is generally done with liquid nitrogen. in this connection However, the use of the cooling medium depends the gas to be stored and the temperature to which the sorption storage to be cooled. At higher temperatures For storage, for example, is also liquid Carbon dioxide or any other refrigerant. If Storage can be done at lower temperatures For example, helium can be used as a coolant.

Durch die Isolierung, mit der der Sorptionsspeicher umschlossen ist, wird vermieden, dass der Sorptionsspeicher von der Umgebung aufgewärmt wird. Zudem wird die zur Kühlung des Sorptionsspeichers benötigte Energie reduziert.By the insulation that surrounds the sorption reservoir becomes avoided that the sorption is warmed up by the environment. In addition, which is needed for cooling the sorption Energy reduced.

Der vorgegebene Arbeitsdruck, auf den das Gas komprimiert werden muss, sobald dieses bei einem Druck unterhalb dem vorgegebenen Arbeitsdruck entnommen wird, ist abhängig vom Verbraucher, der mit dem Gas aus dem Sorptionsspeicher versorgt werden soll. So ist zum Beispiel bei einem Gastransport über eine Leitung, die Ventildrosseln oder ähnliche Einbauten enthält, ein Minimaldruck erforderlich, um bei vorgegebenen Ventilquerschnitten bzw. Leitungsquerschnitten die gewünschte Gasmasse bereitstellen zu können. Dies ist zum Beispiel bei Einsatz des Sorptionsspeichers zur Brennstoffspeicherung beispielsweise für ein Kraftfahrzeug oder zum Betrieb einer Brennstoffzelle notwendig, um die gewünschte Brennleistung zu erreichen. So ist es zum Beispiel möglich, dass bei einem Druck unterhalb des vorgegebenen Arbeitsdrucks Leistungseinbußen hingenommen werden müssen oder sogar Gasdosierventile nicht mehr öffnen. Übliche Gasverbraucher in einem Kraftfahrzeug sind zum Beispiel Verbrennungsmotoren bei gasbetriebenen Verbrennungskraftmaschinen oder Brennstoffzellen. Bei einer stationären Verwendung des Sorptionsspeichers sind zum Beispiel Feuerungsanlagen oder ebenfalls Brennstoffzellen als Verbraucher denkbar. Auch hier kann ein zu niedriger Druck zu Problemen bei der Gasversorgung führen, so dass das Gas mit einem ausreichenden Arbeitsdruck den Verbrauchern zugeführt werden muss.Of the given working pressure to which the gas must be compressed once this at a pressure below the predetermined working pressure is dependent on the consumer, who with the Gas from the sorption storage to be supplied. Such is for example in a gas transport via a line, the valve throttles or the like Includes internals, a minimum pressure required at predetermined valve cross sections or line cross sections the to provide desired gas mass. This is for example when using the Sorptionsspeicher for fuel storage For example, for a motor vehicle or to operate a Fuel cell necessary to achieve the desired burning power to reach. So it is possible, for example, that at a pressure below the specified working pressure performance degradation or even gas metering valves do not have to be accepted open more. Usual gas consumers in a motor vehicle are, for example, internal combustion engines in gas-powered internal combustion engines or fuel cells. For a stationary use of sorption storage are, for example, combustion plants or also Fuel cells as consumers conceivable. Again, one can be too low pressure lead to problems with gas supply, so that the gas with a sufficient working pressure to consumers must be supplied.

Das im Sorptionsspeicher gespeicherte Gas ist ebenfalls abhängig vom Verbraucher, der mit dem Gas versorgt werden soll. Bei einer Verbrennungskraftmaschine ist das im Sorptionsspeicher gespeicherte Gas zum Beispiel ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, beispielsweise Erdgas, Methan, Ethan, Propan oder Butan, insbesondere Erdgas oder Methan. Bei einer Brennstoffzelle als Verbraucher ist das im Sorptionsspeicher gespeicherte Gas im Allgemeinen Wasserstoff.The Gas stored in the sorption reservoir is also dependent from the consumer to be supplied with the gas. At a Internal combustion engine is stored in Sorptionsspeicher Gas, for example, a gaseous hydrocarbon, for example Natural gas, methane, ethane, propane or butane, in particular natural gas or Methane. In a fuel cell as a consumer, this is the sorption storage stored gas is generally hydrogen.

Wenn der Sorptionsspeicher als Wasserstoffspeicher eingesetzt wird, lässt sich jedoch auch jeder beliebige andere Verbraucher, der Wasserstoff benötigt, aus dem Sorptionsspeicher versorgen.If the sorption is used as a hydrogen storage leaves however, any other consumer requiring hydrogen from the sorption store supply.

Der minimale Entnahmedruck, bis zu dessen Erreichen Gas aus dem Sorptionsspeicher entnommen werden kann, ist zum einen abhängig vom Umgebungsdruck zum anderen vom eingesetzten Kompressor. So ist es zum Beispiel möglich, mit einem geeigneten Kompressor auch noch Gas aus dem Sorptionsspeicher zu saugen, wenn der Druck bereits unter den Umgebungsdruck gefallen ist. Auf diese Weise lässt sich der Sorptionsspeicher nahezu vollständig entleeren.Of the minimum extraction pressure until it reaches gas from the sorption reservoir can be removed, on the one hand depends on the ambient pressure on the other hand from the compressor used. That's the way it is, for example possible, with a suitable compressor also gas to suck from the sorption storage when the pressure is already below the ambient pressure has dropped. That way the sorption reservoir almost completely empty.

Als Kompressor, der eingesetzt wird, um einerseits den Sorptionsspeicher zu entleeren und andererseits um das Gas auf den vorgegebenen Arbeitsdruck zu komprimieren, lässt sich jeder beliebige, dem Fachmann bekannte Kompressor einsetzen. Üblicherweise eingesetzte Kompressoren sind zum Beispiel Hubkolbenverdichter, Membranverdichter, Schraubenverdichter, Rotationsverdichter, Flüssigkeitsringverdichter, Rootsgebläse, Drehzahnverdichter und Scrollverdichter.When Compressor, which is used, on the one hand, the sorption storage to empty and on the other hand to the gas to the specified working pressure to compress, can be any, the expert use known compressor. Usually used Compressors are, for example, reciprocating compressors, membrane compressors, screw compressors, Rotary compressor, liquid ring compressor, Roots blower, Rotary compressor and scroll compressor.

Um den Sorptionsspeicher zu befüllen wird das Gas unter Druck in den Sorptionsspeicher eingebracht. Bei Einsatz eines geeigneten Kompressors, beispielsweise bei einem Hubkolbenverdichter oder einem Rootsgebläse ist es möglich, die Förderrichtung umzukehren und so über die Entnahmeleitung den Sorptionsspeicher auch zu befüllen. Alternativ ist es jedoch auch möglich und bevorzugt, dass der Sorptionsspeicher einen von der Entnahmeleitung getrennten Anschluss zum Befüllen aufweist. Der Sorptionsspeicher wird dann über den Anschluss zum Befüllen mit dem zu speichernden Gas befüllt und über die Entnahmeleitung entleert.Around To fill the sorption reservoir, the gas is pressurized introduced into the Sorptionsspeicher. When using a suitable Compressor, for example in a reciprocating compressor or a Roots blower, it is possible the conveying direction reverse and so on the sampling line the Sorptionsspeicher also to fill. Alternatively, it is also possible and that the sorption reservoir is separate from the withdrawal line Has connection for filling. The sorption storage is then via the port for filling with the gas to be stored and the sampling line emptied.

Um das dem Sorptionsspeicher entnommene Gas mit dem Kompressor auf den Arbeitsdruck zu verdichten, ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung zur Speicherung des Gases weiterhin eine Steuereinheit umfasst, mit der der Kompressor angesteuert wird. Der Steuereinheit wird hierzu vorzugsweise der Druck des Gases im Sorptionsspeicher als auch der Druck am Ausgang des Kompressors als Eingangsgrößen zugeführt. Der Kompressor kann dann so angesteuert werden, dass dieser das Gas auf einen konstanten Druck komprimiert. Hierzu ist es einerseits möglich, die Kompressorleistung zu variieren, andererseits ist es auch möglich, den Kompressor bei Bedarf an- und auszuschalten und mit einer kon stanten Leistung zu betreiben. Bevorzugt ist es jedoch, die Leistung des Kompressors kontinuierlich zu ändern.In order to compress the gas taken from the sorption reservoir to the working pressure with the compressor, it is preferred if the device for storing the gas further comprises a control unit with which the compressor is controlled. For this purpose, the control unit is preferably the pressure of the gas in the sorption as well as the pressure at the outlet of the compressor as input supplied to sizes. The compressor can then be controlled so that it compresses the gas to a constant pressure. For this purpose, it is on the one hand possible to vary the compressor power, on the other hand, it is also possible to turn on and off the compressor when needed and to operate with a constant power kon. However, it is preferable to continuously change the performance of the compressor.

Um auch das Gas, das bei einem Druck oberhalb des vorgegebenen Arbeitsdrucks aus dem Sorptionsspeicher entnommen wird, auf den vorgegebenen Arbeitsdruck zu bringen, ist es weiterhin bevorzugt, wenn parallel zum Kompressor ein Drosselventil vorgesehen ist, in dem das Gas auf den vorgegebenen Arbeitsdruck entspannt werden kann. Das Drosselventil wird ebenfalls vorzugsweise durch die Steuereinheit angesteuert. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn das Drosselventil in einem Bypass zum Kompressor in der Entnahmeleitung aufgenommen ist. So wird das dem Sorptionsspeicher entnommene Gas bis zum Erreichen des vorgegebenen Arbeitsdrucks über das Drosselventil geleitet und nach Erreichen des vorgegebenen Arbeitsdrucks bei einem Druck unterhalb dem vorgegebenen Arbeitsdruck durch den Kompressor. Hierzu ist es zum Beispiel möglich ein 3-Wege-Ventil vorzusehen, welches entweder die Leitung vom Sorptionsspeicher zum Drosselventil oder die Leitung vom Sorptionsspeicher zum Kompressor öffnet. Das 3-Wege-Ventil wird dabei ebenfalls vorzugsweise durch die Steuereinheit angesteuert. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Gas immer mit konstantem Druck, nämlich vorzugsweise dem vorgegebenen Arbeitsdruck, zum Verbraucher transportiert wird.Around also the gas that is at a pressure above the given working pressure is removed from the Sorptionsspeicher, to the specified working pressure To bring, it is further preferred when parallel to the compressor a throttle valve is provided, in which the gas to the predetermined Working pressure can be relaxed. The throttle valve will too preferably controlled by the control unit. In particular It prefers when the throttle valve is in a bypass to the compressor is included in the sampling line. So that's the sorption memory removed gas until reaching the specified working pressure over passed the throttle valve and after reaching the specified working pressure at a pressure below the predetermined working pressure through the Compressor. For this it is possible, for example, a 3-way valve provide, which either the line from Sorptionsspeicher to the throttle valve or the line from the sorption storage to the compressor opens. The 3-way valve is also preferably by the control unit driven. In this way it is possible that the gas always with constant pressure, namely preferably the predetermined Working pressure, transported to the consumer.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung eines Gases, 1 a device according to the invention for storing a gas,

2 das Verfahren zur Entnahme des Gases in einem Speicherkapazität-Druck-Diagramm am Beispiel von Wasserstoff. 2 the method for removal of the gas in a storage capacity pressure diagram using the example of hydrogen.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung eines Gases dargestellt.In 1 schematically a device according to the invention for storing a gas is shown.

Eine Vorrichtung 1 zur Speicherung eines Gases umfasst einen Tank 3, der einen Sorptionsspeicher 5 enthält. Der Sorptionsspeicher 5 ist ein geeignetes poröses Material, in dem Gas adsorbieren kann. Geeignete Materialien für den Sorptionsspeicher 3 sind zum Beispiel Aktivkohle, Zeolithe oder poröse metallorganische Gerüstverbindungen. Besonders bevorzugt ist der Sorptionsspeicher 5 eine metallorganische Gerüstverbindung.A device 1 for storing a gas comprises a tank 3 , the sorption storage 5 contains. The sorption storage 5 is a suitable porous material in which gas can adsorb. Suitable materials for sorption storage 3 are for example activated carbon, zeolites or porous metal-organic framework compounds. Particularly preferred is the Sorptionsspeicher 5 an organometallic framework compound.

Das Material des Sorptionsspeichers, insbesondere die metallorganische Gerüstverbindung enthält 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 in Pure Applied Chem. 45, Seite 71 ff., insbesondere auf Seite 79 (1976) angegeben ist. Die Anwesenheit von Mikro- und/oder Mesoporen kann mit Hilfe von Sorptionsmessungen überprüft werden, wobei diese Messungen die Aufnahmekapazität der Sorptionsmaterialien für Stickstoff bei 77 K gemäß DIN 66131 und/oder DIN 66134 bestimmen.The material of the sorption storage, in particular the organometallic framework compound, contains pores, in particular micropores and / or mesopores. Micropores are defined as those having a diameter of 2 nm or smaller and mesopores are defined by a diameter in the range of 2 to 50 nm, each according to the definition as defined in Pure Applied Chem. 45, page 71 ff., In particular on page 79 (1976) is specified. The presence of micro- and / or mesopores can be checked by means of sorption measurements, which measures the uptake capacity of nitrogen sorption materials at 77K DIN 66131 and or DIN 66134 determine.

Die spezifische Oberfläche einer eingesetzten metallorganischen Gerüstverbindung beträgt vorzugsweise – berechnet nach dem Langmuir-Modell ( DIN 66131 , DIN 66134 ) für eine metallorganische Gerüstverbindung in Pulverform bei mehr als 5 m2/g, mehr bevorzugt über 10 m2/g, mehr bevorzugt mehr als 50 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 500 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 1000 m2/g und besonders bevorzugt mehr 1500 m2/g.The specific surface of an organometallic skeleton compound used is preferably - calculated according to the Langmuir model ( DIN 66131 . DIN 66134 ) for a metal organic framework compound in powder form at more than 5 m 2 / g, more preferably over 10 m 2 / g, more preferably more than 50 m 2 / g, even more preferably more than 500 m 2 / g, even more preferably more as 1000 m 2 / g and more preferably more 1500 m 2 / g.

Formkörper aus einer metallorganischen Gerüstverbindung können eine niedrigere spezifische Oberfläche besitzen; vorzugsweise jedoch mehr 10 m2/g, mehr bevorzugt als 50 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 500 m2/g und insbesondere mehr als 1000 m2/g.Shells of organometallic framework may have a lower specific surface area; but preferably more than 10 m 2 / g, more preferably 50 m 2 / g, even more preferably more than 500 m 2 / g and in particular more than 1000 m 2 / g.

Bei einer metallorganischen Gerüstverbindung kann die Porengröße zum Beispiel durch die Wahl eines 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.at an organometallic framework compound can increase the pore size for example, by the choice of a suitable ligand and / or the controlled at least bidentate organic compound become. Generally, the larger the organic Compound the larger the pore size is. Preferably, the pore size of 0.2 nm to 30 nm, more preferably the pore size is in Range of 0.3 nm to 3 nm based on the crystalline material.

In einem Formkörper aus einer metallorganischen Gerüstverbindung 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 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 zum Beispiel mittels Quecksilber-Porosimetrie bestimmt werden.However, in a shaped body of an organometallic skeleton compound, larger pores also occur whose size distribution can vary. Preferably, however, more than 50% of the total pore volume, in particular more than 75%, of pores having a pore diameter up to 1000 nm is formed. Preferably, however, a majority of the pore volume is formed by pores of two diameter ranges. It is therefore more preferable if more than 25% of the total pore volume, in particular more than 50% of the total pore volume, is formed by pores which are in a diameter range of 100 nm to 800 nm and if more than 15% of the total pore volume, in particular more than 25% of the total Pore volume is formed by pores, which are in a diameter range of up to 10 nm. The pore distribution can be determined, for example, by means of mercury porosimetry.

Erfindungsgemäß wird der Sorptionsspeicher 5 zur Erhöhung der Aufnahmekapazität gekühlt. Zur Kühlung ist es zum Beispiel möglich, den Sorptionsspeicher 3 mit einem Doppelmantel zu umschließen. Der Doppelmantel kann dann mit einem geeigneten Kühlmittel durchströmt werden. Alternativ ist es jedoch zum Beispiel jedoch auch möglich, geeignete Austauschmittel im Inneren des Sorptionsspeichers vorzusehen, um den Sorptionsspeicher 5 zu kühlen. Als Austauschmittel können im Sorptionsspeicher 5 zum Beispiel Rohrschlangen oder Wärmetauscherplatten enthalten sein. Diese werden dann ebenfalls von einem geeigneten Kühlmittel durchströmt. In Abhängigkeit vom zu speichernden Gas und der Temperatur, bei der Gas gespeichert werden soll, eignen sich unterschiedliche Kühlmittel. Bevorzugt wird der Sorptionsspeicher 5 jedoch mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Die Verwendung von flüssigem Stickstoff erlaubt im Allgemeinen eine Kühlung des Sorptionsspeichers auf bis zu 77 K.According to the invention, the sorption storage 5 cooled to increase the absorption capacity. For cooling, it is possible, for example, the sorption 3 to enclose with a double jacket. The double jacket can then be flowed through with a suitable coolant. Alternatively, however, it is also possible, for example, to provide suitable replacement means inside the sorption reservoir to store the sorption 5 to cool. As a substitute can Sorptionsspeicher in the sorption 5 For example, be contained pipe coils or heat exchanger plates. These are then also flowed through by a suitable coolant. Depending on the gas to be stored and the temperature at which gas is to be stored, different coolants are suitable. The sorption storage is preferred 5 but cooled with liquid nitrogen. The use of liquid nitrogen generally allows cooling of the sorption reservoir up to 77K.

Um zu vermeiden, dass sich der Sorptionsspeicher 5 durch Wärmeaustausch mit der Umgebung aufwärmt und um hierdurch auch die benötigte Kühlleistung zum Kühlen des Sorptionsspeichers 5 zu reduzieren, ist der Sorptionsspeicher 5 von einer Wärmeisolierung 9 umschlossen.To avoid the sorption storage 5 Warms up by heat exchange with the environment and thereby also the required cooling capacity for cooling the Sorptionsspeichers 5 to reduce is the Sorptionsspeicher 5 from a thermal insulation 9 enclosed.

In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Sorptionsspeicher 5 mit einem Anschluss 11 versehen, über den der Sorptionsspeicher 5 mit dem zu speichernden Gas befüllt werden kann. Hierzu wird der Anschluss 11 mit einer Zulaufleitung verbunden. Um ein Ausströmen des Gases aus dem Sorptionsspeicher 5 über den Anschluss 11 zu vermeiden und zudem ein Befüllen zur erlauben, ist im Anschluss 11 ein Betankungsventil 13 aufgenommen. Das Betankungsventil 13 ist zum Beispiel ein Rückschlagventil, das öffnet, sobald der Druck in der Zulaufleitung größer ist als der Druck im Sorptionsspeicher 5. Ein Druck im Sorptionsspeicher 5, der größer ist als der in der Zulaufleitung führt dazu, dass das Betankungsventil 13 schließt. Hierdurch wird vermieden, dass Gas aus dem Sorptionsspeicher 5 über den ersten Anschluss 11 ausströmen kann.In the embodiment shown here is the Sorptionsspeicher 5 with a connection 11 provided over which the Sorptionsspeicher 5 can be filled with the gas to be stored. This is the connection 11 connected to a supply line. To escape the gas from the Sorptionsspeicher 5 over the connection 11 to avoid and in addition to allow a filling, is subsequent 11 a refueling valve 13 added. The refueling valve 13 is, for example, a check valve that opens as soon as the pressure in the supply line is greater than the pressure in the sorption storage 5 , A pressure in the sorption reservoir 5 , which is larger than that in the supply line, causes the refueling valve 13 closes. This will avoid gas from the sorption reservoir 5 over the first connection 11 can flow out.

Über eine Entnahmeleitung 15 wird Gas aus dem Sorptionsspeicher 5 entnommen. Solange der Druck im Sorptionsspeicher 5 höher ist als ein vorgegebener Arbeitsdruck strömt das Gas in der hier dargestellten Ausführungsform über einen Bypass 17, in dem ein Entnahmeventil 19 angeordnet ist. Durch das Entnahmeventil 19 lässt sich die Menge und der Druck des Gases, das über den zweiten Anschluss 15 entnommen wird, einstellen. So ist es zum Beispiel möglich, das Gas so zu entnehmen, dass der Druck in der Entnahmeleitung 15 nach dem Bypass 17 jeweils dem vorgegebenen Arbeitsdruck entspricht. Um die Entnahme des Gases aus dem Sorptionsspeicher 5 zu beenden kann das Entnahmeventil 19 zum Beispiel geschlossen werden.About a sampling line 15 gas is released from the sorption reservoir 5 taken. As long as the pressure in the sorption storage 5 is higher than a predetermined working pressure, the gas flows in the embodiment shown here via a bypass 17 in which a withdrawal valve 19 is arranged. Through the extraction valve 19 can be the amount and pressure of the gas through the second port 15 is removed, adjust. For example, it is possible to remove the gas so that the pressure in the extraction line 15 after the bypass 17 each corresponds to the specified working pressure. To remove the gas from the sorption storage 5 The extraction valve can end 19 be closed for example.

Sobald der Druck im Sorptionsspeicher 5 unter den vorgegebenen Arbeitsdruck fällt wird das über die Entnahmeleitung 15 entnommene Gas über einen Kompressor 21 geführt. In dem Kompressor 21 wird das aus dem Sorptionsspeicher 5 entnommene Gas auf den vorgegebenen Arbeitsdruck komprimiert. Als Kompressor 21 eignet sich dabei jeder beliebige, dem Fachmann bekannte Kompressor.As soon as the pressure in the sorption storage 5 falls under the specified working pressure that is about the sampling line 15 extracted gas via a compressor 21 guided. In the compressor 21 this will come from the sorption reservoir 5 extracted gas compressed to the predetermined working pressure. As a compressor 21 Any suitable compressor known to a person skilled in the art is suitable for this purpose.

Um das Gas aus dem Sorptionsspeicher 5 wahlweise über den Kompressor 21 oder das Entnahmeventil 19 entnehmen zu können, ist in der Entnahmeleitung 15 ein 3-Wege-Ventil 23 aufgenommen. Das 3-Wege-Ventil 23 lässt sich so schalten, dass das aus dem Sorptionsspeicher 5 ausströmende Gas entweder über den Bypass 17 und das Entnahmeventil 19 strömt oder alternativ durch den Kompressor 21.To remove the gas from the sorption reservoir 5 optionally via the compressor 21 or the extraction valve 19 to be able to remove, is in the sampling line 15 a 3-way valve 23 added. The 3-way valve 23 can be switched so that from the sorption 5 outgoing gas either through the bypass 17 and the extraction valve 19 flows or alternatively through the compressor 21 ,

Der vorgegebene Arbeitsdruck ist, wie vorstehend bereits beschrieben, vom Einsatzzweck des im Sorptionsspeicher 5 gespeicherten Gases abhängig. So lässt sich der Sorptionsspeicher 5 zum Beispiel einsetzen um einen Brennstoff zu speichern. Der Brennstoff kann zum Beispiel zum Betrieb einer gasbetriebenen Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden. Auch ist es zum Beispiel denkbar, dass das Gas zum Betrieb einer Gasturbine verwendet wird. Bevorzugt wird ein erfindungsgemäßer Sorptionsspeicher 5 jedoch auch zum Speichern eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle eingesetzt. Als Brenngas für eine Brennstoffzelle eignen sich zum Beispiel Wasserstoff oder gasförmige Kohlenwasserstoffe wie Methan oder Erdgas.The predetermined working pressure is, as already described above, the purpose of the sorption in the memory 5 stored gas dependent. This is how the sorption storage can be 5 For example, use to store a fuel. The fuel can be used for example for operating a gas-powered internal combustion engine. It is also conceivable, for example, that the gas is used to operate a gas turbine. A sorption storage device according to the invention is preferred 5 but also used to store a fuel for a fuel cell. Suitable fuel gas for a fuel cell are, for example, hydrogen or gaseous hydrocarbons such as methane or natural gas.

Wenn der Sorptionsspeicher 5 zur Speicherung eines Brenngases für eine Brennstoffzelle eingesetzt wird, so liegt der vorgegebene Arbeitsdruck im Allgemeinen im Bereich von 1 bis 20 bar, bevorzugt im Bereich von 2 bis 15 bar. Bei Verwendung des Sorptionsspeichers 5 zum Betrieb einer Brennstoffzelle liegt der Arbeitsdruck vorzugsweise im Bereich von 3 bis 5 bar.If the sorption storage 5 is used for storing a fuel gas for a fuel cell, the predetermined working pressure is generally in the range of 1 to 20 bar, preferably in the range of 2 to 15 bar. When using the sorption storage 5 For operating a fuel cell, the working pressure is preferably in the range of 3 to 5 bar.

Um diesen Arbeitsdruck zu erreichen und den Sorptionsspeicher 5 möglichst effektiv nutzen zu können, das heißt möglichst sämtliches im Sorptionsspeicher 5 gespeicherte Gas einzusetzen, wird der Kompressor 21 eingesetzt, mit dem das Gas aus dem Sorptionsspeicher 5 auf den vorgegebenen Arbeitsdruck komprimiert werden kann, sobald das Gas aus dem Sorptionsspeicher 5 mit einem Druck unterhalb dem vorgegebenen Arbeitsdruck entnommen wird. Die Entnahme des Gases aus dem Sorptionsspeicher 5 bei einem Druck unterhalb des vorgegebenen Arbeitsdrucks erlaubt es, den Sorptionsspeicher 5 konstant zu temperieren. Eine Erwärmung, um weiteres Gas zu entnehmen, ist nicht notwendig. Hierdurch kann Energie, die anderenfalls benötigt würde, um den Sorptionsspeicher 5 zu erwärmen, gespart werden. Der Energiebedarf zum Betrieb des Kompressors 21 ist im Allgemeinen niedriger als der Energiebedarf, der benötigt würde, um den Sorptionsspeicher 5 zunächst aufzuwärmen und zum erneuten Befüllen wieder abzukühlen.To achieve this working pressure and the sorption storage 5 To be able to use as effectively as possible, that means as much as possible in sorption Storage 5 to use stored gas, the compressor becomes 21 used with the gas from the sorption storage 5 can be compressed to the specified working pressure as soon as the gas from the sorption 5 is taken with a pressure below the predetermined working pressure. The removal of the gas from the sorption storage 5 at a pressure below the predetermined working pressure, it allows the sorption storage 5 constant temperature. Heating to remove more gas is not necessary. As a result, energy that would otherwise be needed to the Sorptionsspeicher 5 to be saved, saved. The energy required to operate the compressor 21 is generally lower than the energy needed to store the sorption 5 first to warm up and to cool again for refilling.

Wenn auf den ersten Anschluss 11 zum Befüllen verzichtet werden soll, so ist es in der hier dargestellten Ausführungsform alternativ auch möglich, den Sorptionsspeicher 5 über den zweiten Anschluss 15 zu befüllen. In diesem Fall erfolgt das Befüllen des Sorptionsspeichers zum Beispiel über den Bypass 17 und das Entnahmeventil 19. Bei Einsatz eines Kompressors 21, der ein Durchströmen entgegen der Förderrichtung erlaubt, ist es auch möglich, den Sorptionsspeicher 5 zum Beispiel über die Leitung zu befüllen, in der der Kompressor 21 aufgenommen ist.If on the first connection 11 is omitted for filling, so it is alternatively possible in the embodiment shown here, the sorption 5 over the second connection 15 to fill. In this case, the filling of the sorption storage takes place, for example, via the bypass 17 and the extraction valve 19 , When using a compressor 21 , which allows a flow against the conveying direction, it is also possible, the Sorptionsspeicher 5 for example, to fill via the line in which the compressor 21 is included.

Wenn ein Kompressor 21 eingesetzt wird, der ein Durchströmen mit dem im Sorptionsspeicher 5 enthaltenen Gas erlaubt, ohne betrieben zu werden, ist es alternativ auch möglich, auf den Bypass 17 zu verzichten und das Gas immer über den Kompressor 21 strömen zu lassen. Eine Einstellung der Fördermenge bzw. des gewünschten Drucks ist dann zum Beispiel durch Verwendung eines Entnahmeventils möglich, das in Strömungsrichtung entweder vor dem Kompressor 21 oder hinter dem Kompressor 21 in der Entnahmeleitung 15 angeordnet ist.If a compressor 21 is used, which flows through with the sorption in the memory 5 gas contained, without being operated, it is alternatively also possible to bypass 17 to dispense and the gas always over the compressor 21 to flow. An adjustment of the flow rate or the desired pressure is then possible, for example, by using a bleed valve in the flow direction either in front of the compressor 21 or behind the compressor 21 in the withdrawal line 15 is arranged.

Zur Steuerung der Entnahme des Gases aus dem Sorptionsspeichers 5 ist weiterhin eine Steuereinheit 25 umfasst. Mit der Steuereinheit 25 wird zum einen das 3-Wege-Ventil 23 angesteuert, um entweder den Bypass 17 oder die Leitung über den Kompressor 21 anzusteuern. Weiterhin kann mit der Steuereinheit 25 auch das Entnahmeventil 19 zur Einstellung des Drucks und des zu entnehmenden Gases eingestellt werden. Weiterhin wird über die Steuereinheit 25 vorzugsweise auch der Kompressor 21 angesteuert, so dass mit dem Kompressor 21 unabhängig vom Druck im Sorptionsspeicher 5 das Gas auf den vorgegebenen Arbeitsdruck komprimiert wird. Um das Gas im Kompressor 21 auf den vorgegebenen Arbeitsdruck komprimieren zu können bzw. im Entnahmeventil 19 auf den vorgegebenen Arbeitsdruck entspannen zu können, ist in der Entnahmeleitung 15 hinter dem Kompressor 21 und dem Entnahmeventil 19 ein erster Drucksensor 27 positioniert. Der erste Drucksensor 27 befindet sich dabei vorzugsweise an einer Position der Entnahmeleitung 15, die sich hinter der Einmündung des Bypasses 17 in die Entnahmeleitung 15 befindet. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, den Druck mit Hilfe von Drucksensoren zum Beispiel unmittelbar hinter dem Kompressor 21 und im Bypass 17 hinter dem Entnahmeventil 19 zu messen. Bevorzugt ist jedoch ein einzelner Drucksensor.To control the removal of the gas from the sorption storage 5 is still a control unit 25 includes. With the control unit 25 on the one hand becomes the 3-way valve 23 driven to either the bypass 17 or the line over the compressor 21 head for. Furthermore, with the control unit 25 also the removal valve 19 to adjust the pressure and the gas to be taken. Furthermore, via the control unit 25 preferably also the compressor 21 controlled, so with the compressor 21 regardless of the pressure in the sorption reservoir 5 the gas is compressed to the predetermined working pressure. To the gas in the compressor 21 to compress to the specified working pressure or in the sampling valve 19 Being able to relax to the prescribed working pressure is in the sampling line 15 behind the compressor 21 and the extraction valve 19 a first pressure sensor 27 positioned. The first pressure sensor 27 is preferably located at a position of the extraction line 15 located behind the junction of the bypass 17 in the sampling line 15 located. Alternatively, it would also be possible, for example, the pressure with the aid of pressure sensors immediately behind the compressor 21 and in the bypass 17 behind the extraction valve 19 to eat. However, a single pressure sensor is preferred.

Mit Hilfe eines zweiten Drucksensors 29 wird der Druck im Sorptionsspeicher 5 erfasst. Solange der Druck im Sorptionsspeicher 5 oberhalb dem vorgegebenen Arbeitsdruck liegt, wird das Gas über dem Bypass 17 und das Entnahmeventil 19 entnommen. Sobald der mit dem zweiten Drucksensor 29 erfasste Druck im Sorptionsspeicher 5 auf den vorgegebenen Arbeitsdruck bzw. einen Druck unterhalb dem vorgegebenen Arbeitsdruck sinkt, wird das 3-Wege-Ventil 23 umgeschaltet und das Gas aus dem Sorptionsspeicher 5 über den Kompressor 21 entnommen.With the help of a second pressure sensor 29 becomes the pressure in the sorption reservoir 5 detected. As long as the pressure in the sorption storage 5 is above the specified working pressure, the gas is above the bypass 17 and the extraction valve 19 taken. As soon as the second pressure sensor 29 recorded pressure in sorption storage 5 decreases to the specified working pressure or a pressure below the predetermined working pressure, the 3-way valve 23 switched and the gas from the Sorptionsspeicher 5 over the compressor 21 taken.

Zusätzlich wird im Sorptionsspeicher 5 vorzugsweise mit Hilfe eines Temperatursensors 31 auch die Temperatur gemessen. Vorzugsweise wird der Sorptionsspeicher 5 so gekühlt, dass die Temperatur im Sorptionsspeicher 5 konstant bleibt. Dies lässt sich mit Hilfe des Temperatursensors 31 überwachen. Der Kühlkreislauf, zur Einstellung der Temperatur im Sorptionsspeicher 5 wird dabei vorzugsweise ebenfalls über die Steuereinheit 25 gesteuert.In addition, in the sorption storage 5 preferably with the aid of a temperature sensor 31 also measured the temperature. Preferably, the sorption storage 5 so cooled that the temperature in the sorption storage 5 remains constant. This can be done with the help of the temperature sensor 31 monitor. The cooling circuit for adjusting the temperature in the sorption reservoir 5 is preferably also via the control unit 25 controlled.

Durch Verwendung des Kompressors 21 lässt sich Gas aus dem Sorptionsspeicher 5 entnehmen, bis ein minimaler Entnahmedruck erreicht wurde. Der minimale Entnahmedruck ergibt sich aus der Leistung des Kompressors 21 bzw. dem Umgebungsdruck. Je nach Leistung des Kompressors 21 ist es zum Beispiel möglich, Gas aus dem Sorptionsspeicher 5 zu entnehmen, bis ein Druck unterhalb dem Umgebungsdruck erreicht worden ist. Im Allgemeinen wird jedoch Gas aus dem Sorptionsspeicher 5 nur bis zum Erreichen des Umgebungsdruckes entnommen.By using the compressor 21 Gas can be released from the sorption reservoir 5 until a minimum removal pressure has been reached. The minimum extraction pressure results from the performance of the compressor 21 or the ambient pressure. Depending on the power of the compressor 21 For example, it is possible to remove gas from the sorption reservoir 5 to remove until a pressure below the ambient pressure has been reached. In general, however, gas from the Sorptionsspeicher 5 taken only until reaching the ambient pressure.

In 2 ist der Entnahmevorgang in einen Speicherkapazität-Druck-Diagramm am Beispiel für Wasserstoff dargestellt. Weiterhin sind in 2 Adsorptions-Isothermen für Wasserstoff an einem Cu3(BTC)2-MOF (Basolite C300-STR 3.5 der BASF SE) dargestellt.In 2 the removal process is shown in a storage capacity pressure diagram on the example of hydrogen. Furthermore, in 2 Hydrogen adsorption isotherms on a Cu 3 (BTC) 2 -MOF (Basolite C300-STR 3.5 from BASF SE).

Auf der Abszisse 41 ist der Druck p des Wasserstoffs in bar dargestellt. Die Ordinate 43 zeigt den Gehalt an Wasserstoff in mol pro 50 kg MOF. Im Diagramm sind Adsorptionsisothermen 45 bei unterschiedlichen Temperaturen dargestellt. Die jeweilige Temperatur der Adsorptionsisotherme ist dieser zugeordnet. Es lässt sich erkennen, dass die Speicherkapazität des Sorptionsspeichers mit zunehmender Temperatur abnimmt und jeweils eine geringere Menge an Wasserstoff vom Sorptionsspeicher aufgenommen werden kann. Auch ist zu erkennen, dass die Beladung an Wasserstoff bei niedrigen Temperaturen bereits bei klei nen Drücken sehr viel höher ist als die maximal mögliche Beladung bei einer höheren Temperatur.On the abscissa 41 the pressure p of the hydrogen is shown in bar. The ordinate 43 shows the content of hydrogen in mol per 50 kg MOF. The diagram shows adsorption isotherms 45 shown at different temperatures. The respective Temperature of the adsorption isothermal is assigned to this. It can be seen that the storage capacity of the Sorptionsspeichers decreases with increasing temperature and in each case a smaller amount of hydrogen can be absorbed by the Sorptionsspeicher. It can also be seen that the loading of hydrogen at low temperatures, even at low pressures, is much higher than the maximum possible loading at a higher temperature.

Anhand des Verlaufs der Isothermen ist zu erkennen, dass bei gleich bleibendem Druck durch eine Temperaturerhöhung Gas aus dem Speicher entnommen werden kann. Diese Temperaturerhöhung führt jedoch dazu, dass zunächst Energie zugeführt werden muss, um den Sorptionsspeicher aufzuheizen und anschließend erneut Energie benötigt wird, um diesen wieder abzukühlen. Erfindungsgemäß wird deshalb das Gas, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Wasserstoff, bei konstanter Temperatur entnommen. Der Sorptionsspeicher wird mit Hilfe von flüssigem Stickstoff auf eine Temperatur von 80 K gekühlt. Dies entspricht einem Siededruck des Stickstoffs von 1,2 bar. Der Sorptionsspeicher wird mit Wasserstoff befüllt, bis ein Druck von 20 bar herrscht. Der maximale Füllstand des Sorptionsspeichers ist mit einem Punkt mit Bezugszeichen 47 dargestellt. Der Wasserstoff wird im Sorptionsspeicher nun bei konstanter Temperatur von 80 K entnommen, bis der vorgegebene Arbeitsdruck erreicht ist. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der vorgegebene Arbeitsdruck bei 5 bar. Das Erreichen des vorgegebenen Arbeitsdruckes ist mit einem Punkt mit dem Bezugszeichen 49 markiert. Bei Erreichen des vorgegebenen Arbeitsdruckes ist, wie in 2 gut zu erkennen ist, noch eine große Menge an Wasserstoff im Sorptionsspeicher enthalten. Dieser wird dem Sorptionsspeicher weiter bei konstanter Temperatur von 80 K entnommen, bis ein minimaler Entnahmedruck erreicht ist. Der Punkt, an dem der minimale Entnahmedruck erreicht ist, ist mit dem Bezugszeichen 51 gekennzeichnet. Der minimale Entnahmedruck ist zum Beispiel der Umgebungsdruck oder ein beliebiger Druck unterhalb des Umgebungsdrucks, der mit Hilfe des Kompressors 21 im Sorptionsspeicher erzielt werden kann.On the basis of the course of the isotherms it can be seen that gas can be removed from the reservoir at a constant pressure by a temperature increase. However, this increase in temperature leads to the fact that first energy must be supplied to heat the sorption and then again energy is needed to cool it again. According to the invention, therefore, the gas, in the embodiment illustrated here, the hydrogen, taken at a constant temperature. The sorption storage is cooled to a temperature of 80 K with the aid of liquid nitrogen. This corresponds to a boiling pressure of nitrogen of 1.2 bar. The sorption is filled with hydrogen until a pressure of 20 bar prevails. The maximum fill level of the sorption reservoir is indicated by a dot 47 shown. The hydrogen is now taken in the sorption storage at a constant temperature of 80 K, until the predetermined working pressure is reached. In the embodiment shown here, the predetermined working pressure is 5 bar. The achievement of the predetermined working pressure is indicated by a dot with the reference numeral 49 marked. When reaching the specified working pressure, as in 2 is clearly visible, still contain a large amount of hydrogen in Sorptionsspeicher. This is taken from the Sorptionsspeicher further at a constant temperature of 80 K, until a minimum extraction pressure is reached. The point at which the minimum extraction pressure is reached is denoted by the reference numeral 51 characterized. The minimum extraction pressure is, for example, the ambient pressure or any pressure below the ambient pressure obtained by means of the compressor 21 can be achieved in Sorptionsspeicher.

Das dem Sorptionsspeicher mit einem Druck unterhalb dem vorgegebenen Arbeitsdruck entnommene Gas wird nach der Entnahme auf den vorgegebenen Arbeitsdruck komprimiert. Beispielhaft ist dies in 2 für das bei dem minimalen Entnahmedruck entnommene Gas dargestellt. Das Gas wird auf den geforderten vorgegebenen Arbeitsdruck von 5 bar komprimiert. Der Punkt, auf den das Gas komprimiert wird, ist mit dem Bezugszeichen 53 gekennzeichnet. Durch das Komprimieren auf den vorgegebenen Arbeitsdruck erfolgt eine Aufheizung des Gases, in diesem Fall des Wasserstoffs.The gas taken from the sorption reservoir at a pressure below the predetermined working pressure is compressed to the predetermined working pressure after removal. This is exemplified in 2 for the withdrawn gas at the minimum extraction pressure. The gas is compressed to the required working pressure of 5 bar. The point at which the gas is compressed is denoted by the reference numeral 53 characterized. By compressing to the specified working pressure, the gas is heated up, in this case the hydrogen.

Neben der Speicherung von Wasserstoff lässt sich auch jedes beliebige andere Gas in einem Sorptionsspeicher speichern und auf die erfindungsgemäße Art entnehmen. Auch ist es möglich, bei einer von 80 K verschiedenen Temperatur Gas im Sorptionsspeicher zu speichern. Die Speichertemperatur ist dabei abhängig vom eingesetzten Kühlmedium und dem zu speichernden Gas.Next The storage of hydrogen can also be any store other gas in a Sorptionsspeicher and the inventive Remove from the species. Also it is possible at one of 80 K to store different temperature gas in sorption storage. The storage temperature depends on the used Cooling medium and the gas to be stored.

Bei einer verbleibenden Wasserstoffmasse im Sorptionsspeicher von 2,5 kg bei Erreichen des vorgegebenen Arbeitsdrucks ergibt sich ein Energieaufwand zum Komprimieren des Gases auf den vorgegebenen Arbeitsdruck von 5 bar von 1,75 MJ, wenn davon ausgegangen wird, dass die gesamte Wasserstoffmasse von 2,5 kg von 0,5 auf 5 bar komprimiert werden müsste. Der tatsächliche Energieaufwand ist jedoch kleiner, da für einen großen Teil des Wasserstoffs eine Kompression von einem höheren Druck als 0,5 bar notwendig ist.at a remaining hydrogen mass in the sorption storage of 2.5 kg on reaching the specified working pressure results Energy expenditure for compressing the gas to the specified working pressure of 5 bar of 1.75 MJ, assuming that the total hydrogen mass 2.5 kg of 0.5 to 5 bar would have to be compressed. The actual energy consumption is smaller because for a large part of the hydrogen compression of a pressure higher than 0.5 bar is necessary.

Zusätzlich ergibt sich der Kühlaufwand für die Kühlung des Speichermaterials beim Beladen des Speichers von 80 K auf 77 K, der einen Energieaufwand von 1,35 MJ erfordert. Die Temperatur von 77 K ist dabei die Temperatur des flüssigen Stickstoffs, mit dem der Speicher gekühlt wird.additionally results in the cooling effort for the cooling of the memory material when loading the memory from 80 K to 77 K, which requires an energy input of 1.35 MJ. The temperature of 77 K is the temperature of the liquid nitrogen, with which the storage is cooled.

Daraus ergibt sich eine Summe von 3,1 MJ, die benötigt wird, um den Sorptionsspeicher nahezu vollständig entladen und wieder beladen zu können. Der Energieaufwand liegt dabei bei ungefähr 0,5% der gespeicherten Energie.from that results in a sum of 3.1 MJ, which is needed to the sorption almost completely discharged and again to be able to load. The energy expenditure is about 0.5% of the stored energy.

Im Unterschied dazu wird bei einer Entnahme des Wasserstoffs durch Aufheizen werden demgegenüber 8,4 MJ an Energie zum Heizen des Sorptionsspeichers benötigt und weitere 41,9 MJ, um den Sorptionsspeicher wieder auf Speichertemperatur abzukühlen. Das heißt, dass insgesamt für Heizung und Kühlung des Speichers 50,3 MJ aufgewendet werden müssen. Dies entspricht 8,4% der im Wasserstoff gespeicherten Energie.in the The difference is with a removal of the hydrogen by On the other hand, heating will generate 8.4 MJ of energy for heating of the sorption reservoir and another 41.9 MJ, um to cool the sorption storage to storage temperature again. That is, in total for heating and cooling of the memory must be spent 50.3 MJ. This matches with 8.4% of the energy stored in hydrogen.

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  • - DIN 66131 [0027] - DIN 66131 [0027]
  • - DIN 66134 [0027] - DIN 66134 [0027]

Claims (16)

Verfahren zur Entnahme eines Gases aus einem Sorptionsspeicher (5), folgende Schritte umfassend: (a) Entnehmen von Gas bis zum Erreichen eines vorgegebenen Arbeitsdrucks (49) bei einer konstanten Entnahmetemperatur, (b) Entnehmen von Gas nach Erreichen des vorgegebenen Arbeitsdrucks bei der gleichen Entnahmetemperatur wie in Schritt (a), bis zum Erreichen eines minimalen Entnahmedrucks (51), (c) Komprimieren des in Schritt (b) entnommenen Gases auf den vorgegebenen Arbeitsdruck (53).Method for removing a gas from a sorption reservoir ( 5 ), comprising the steps of: (a) withdrawing gas until a predetermined working pressure is reached ( 49 ) at a constant withdrawal temperature, (b) withdrawing gas after reaching the predetermined working pressure at the same withdrawal temperature as in step (a) until a minimum withdrawal pressure is reached ( 51 ), (c) compressing the gas withdrawn in step (b) to the predetermined working pressure ( 53 ). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Arbeitsdruck ein Druck zwischen minimalem Entnahmedruck und maximalem Fülldruck des Sorptionsspeichers ist.Process according to claim 1, characterized characterized in that the predetermined working pressure is a pressure between minimum extraction pressure and maximum filling pressure of the sorption reservoir is. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Entnahmedruck der Druck ist, der im Sorptionsspeicher herrscht, wenn bei Entnahmetemperatur kein Gas mehr entnommen werden kann.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the minimum extraction pressure of the pressure that prevails in the sorption storage when at withdrawal temperature no gas can be removed. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das im Sorptionsspeicher gespeicherte Gas Wasserstoff oder ein gasförmiger Kohlenwasserstoff ist.Method according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the stored in Sorptionsspeicher Gas is hydrogen or a gaseous hydrocarbon is. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Kohlenwasserstoff Erdgas, Methan, Ethan, Propan oder Butan, vorzugsweise Erdgas oder Methan, ist.A method according to claim 4, characterized characterized in that the gaseous hydrocarbon is natural gas, Methane, ethane, propane or butane, preferably natural gas or methane, is. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionsspeicher als Gasspeicher für eine Brennstoffzelle verwendet wird.Method according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the sorption as Gas storage is used for a fuel cell. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Arbeitsdruck der Systemdruck der Brennstoffzelle ist.Process according to claim 6, characterized characterized in that the predetermined working pressure of the system pressure the fuel cell is. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionsspeicher auf die Entnahmetemperatur temperiert wird.Method according to one of the claims 1 to 7, characterized in that the sorption on the removal temperature is tempered. Vorrichtung zur Speicherung eines Gases, umfassend einen Sorptionsspeicher (5) sowie mindestens eine Entnahmeleitung (15), über den Gas aus dem Sorptionsspeicher (5) entnommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeleitung (15) mit einem Kompressor (21) verbunden ist, in dem Gas, das dem Sorptionsspeicher (5) bei einem Druck unterhalb einem vorgegebenen Arbeitsdruck entnommen wird, auf auf den vorgegebenen Arbeitsdruck komprimierbar ist.Device for storing a gas, comprising a sorption storage ( 5 ) and at least one sampling line ( 15 ), via the gas from the sorption storage ( 5 ), characterized in that the withdrawal line ( 15 ) with a compressor ( 21 ), in the gas which is added to the sorption 5 ) is taken at a pressure below a predetermined working pressure, is compressible to the predetermined working pressure. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionsspeicher (5) Zeolith, Aktivkohle oder metallorganische Gerüstverbindungen enthält.Apparatus according to claim 9, characterized in that the sorption storage ( 5 ) Contains zeolite, activated carbon or organometallic framework compounds. Vorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionsspeicher (5) gegenüber der Umgebung isoliert ist.Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the sorption storage ( 5 ) is isolated from the environment. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Vorrichtung zur Kühlung des Sorptionsspeichers umfasst ist.Device according to one of the claims 9 to 11, characterized in that further comprises a device for cooling the sorption storage is included. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeleitung (15) einen Bypass (17) umfasst, der vor dem Kompressor (21) aus der Entnahmeleitung (15) abzweigt und nach dem Kompressor (21) wieder in die Entnahmeleitung (15) mündet.Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the withdrawal line ( 15 ) a bypass ( 17 ) located in front of the compressor ( 21 ) from the sampling line ( 15 ) branches off and after the compressor ( 21 ) back into the sampling line ( 15 ) opens. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bypass (17) ein Drosselventil (19) aufgenommen ist.Device according to claim 13, characterized in that in the bypass ( 17 ) a throttle valve ( 19 ) is recorded. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (25) zur Ansteuerung des Kompressors (21) und gegebenenfalls des Drosselventils (19) umfasst ist.Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that a control device ( 25 ) for controlling the compressor ( 21 ) and possibly the throttle valve ( 19 ) is included. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Entnahmeleitung (15) vor und hinter dem Kompressor (21) jeweils mindestens ein Drucksensor (27, 29) aufgenommen ist.Device according to one of claims 9 to 15, characterized in that in the withdrawal line ( 15 ) in front of and behind the compressor ( 21 ) at least one pressure sensor ( 27 . 29 ) is recorded.
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