DE69911790T2

DE69911790T2 - Verfahren und system zur speicherung von gas und gasadsorbierendes material

Info

Publication number: DE69911790T2
Application number: DE69911790T
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Toyota-shi OKAZAKI; Naoki Toyota-shi NAKAMURA; Takuya Toyota-shi KONDO; Masahiko Toyota-shi SUGIYAMA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: BR9911824A; US20020108382A1; EP1099077A2; KR100426737B1; EP1306605A3; US7060653B2; EP1099077B1; KR20010053266A; KR100493648B1; DE69911790D1; WO2000001980A2; CN1311847A; EP1306605A2; DE69922710D1; CN1125938C; EP1306605B1; DE69922710T2; CN1330412C; CN1448651A; RU2228485C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur Speicherung eines Gases, wie etwa natürliches Gas durch Adsorption.
EP-A-0 787 941 beschreibt ein Gasspeichersystem gemäß der Präambel von Anspruch 3.
Ein wichtiges Thema bei der Speicherung eines Gases, wie etwa eines natürlichen Gases, ist, wie Gas, welches eine niedrige Dichte unter Normal-Temperatur und Druck besitzt, effizient mit hoher Dichte gelagert werden kann. Sogar unter natürlichen Gaskomponenten, können Butan und ähnliche Gase bei normalen Druck durch unter Druck Setzung bei einem relativ niedrigen Druck (CNG) verflüssigt werden, aber Methan und ähnliche Gase werden durch Druck und bei Normal-Temperatur nicht leicht verflüssigt.
Ein Verfahren, das herkömmlicherweise als ein Verfahren zur Lagerung von derartigen Gasen, welche durch Druck bei nahezu Normal-Temperatur schwierig zu verflüssigen sind, ist die Verflüssigung während dem Beibehalten von kryogener Temperatur, wie in dem Fall von LNG und dergleichen. Mit dieser Art von Gasverflüssigungssystem ist es möglich, ein 600-faches Volumen bei Normal-Temperatur und Druck zu speichern.
Jedoch muss in dem Fall von LNG z. B. eine kryogene Temperatur –163°C oder darunter beibehalten werden, was unvermeidlicherweise zu höheren Ausrüstungs- und Betriebskosten führt.
Eine Alternative, die studiert wird, ist ein Verfahren zum Lagern von Gas durch Adsorption (ANG: adsorbiertes natürliches Gas) ohne besonderen Druck oder kryogene Temperatur.
In der Japanischen untersuchten Patentanmeldungsnummer 9-210295 wird ein Adsorptionslagerungsverfahren für Gas, wie etwa Methan und Ethan, in einem porösen Material, wie etwa Aktivkohle beinahe bei Normal-Temperatur, in der Anwesenheit einer Wirtsverbindung, wie etwa Wasser, vorgeschlagen, und diese Veröffentlichung erläutert, dass eine großvolumige Gaslagerung durch einen synergistischen Effekt der Adsorptionskraft und Pseudohochdruckeffekt des porösen Materials und Bildung von Inklusionsverbindungen mit der Wirtsverbindung möglich ist.
Jedoch kann sogar dieses vorgeschlagene Verfahren keine Lagerungsdichte verwirklichen, die derjenigen von Lagerungsverfahren, die kryogene Temperaturen verwenden, wie etwa LNG, vergleichbar ist.
Die Verwendung von Aktivkohle ist als ein Gas einschließendes Material zur Lagerung von Gasen, die sich nicht bei relativ niedrigen Drücken von bis zu etwa 10 Atmosphären verflüssigen, wie etwa Wasserstoff und natürliches Gas vorgeschlagen worden (siehe Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 9-86912, z. B.). Aktivkohle kann auf Kokosnußschalen, Fasern, Kohle, etc. basieren, aber diese haben ein Problem der schwächeren Lagerungseffizienz gehabt (Lagerungsgasvolumen pro Einheitsvolumen des Lagerungsbehälters), verglichen mit herkömmlichen Gaslagerungsverfahren, wie etwa komprimiertes Naturgas (CNG) und verflüssigtes Naturgas (LNG). Der Grund hierfür ist, dass nur Poren einer begrenzten Größe effektiv als Adsorptionsstellen unter den verschiedenen Porengrößen des aktivierten Kohlenstoffs funktionieren. Z. B. wird Methan nur in Mikroporen (2 nm oder weniger) adsorbiert, während Poren von anderen Größen (Mesoporen: ungefähr 2–50 nm, Makroporen: 50 nm und größer) wenig zur Methanadsorption beitragen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gasspeicherungsverfahren und System bereitzustellen, das eine sehr hohe Lagerungsdichte durch Adsorption erreichen kann, ohne kryogene Temperaturen zu verwenden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung für den Zweck zum Erreichen der vorstehend erwähnten Aufgabe, wird ein Gaslagerungsverfahren bereitgestellt, das umfasst:
Behalten eines Gas, das gelagert wird und eines Adsorptionsmittels in einem Behälter bei einer niedrigen Temperatur unterhalb der Verflüssigungstemperatur des Gases, das gelagert wird, so dass das Gas, das gelagert wird, auf dem Adsorptionsmittel in einem verflüssigten Zustand adsorbiert wird,
Einführen in den bei der niedrigen Temperatur gehaltenen Behälter eines gasförmigen oder flüssigen Mediums mit einer Gefriertemperatur, die höher als die vorstehend erwähnte Verflüssigungstemperatur des Gases ist, das gelagert wird, um das Medium einzufrieren, so dass das Gas gelagert wird, welches auf dem Adsorptionsmittel in einem verflüssigten Zustand adsorbiert worden ist, durch das Medium, welches eingefroren ist, eingeschlossen wird, und
Beibehalten des Behälters bei einer Temperatur, die höher als die Verflüssigungstemperatur und niedriger als die Gefriertemperatur ist.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ferner ein Gasspeicherungssystem bereitgestellt, das umfasst:
eine Gaszuführungsquelle, welche gasförmiges oder verflüssigtes Gas zuführt,
ein Gasspeicherungsbehälter,
ein Adsorptionsmittel, das in dem Behälter untergebracht ist,
eine Einrichtung zum Beibehalten des Inhalts des Behälters bei einer niedrigen Temperatur unterhalb der Verflüssigungstemperatur des Gases,
ein gasförmiges oder flüssiges Medium mit einer Gefriertemperatur, welche höher als die Verflüssigungstemperatur des Gases ist,
eine Einrichtung zum Beibehalten des Inhalts des Behälters bei einer Temperatur, die höher als die Verflüssigungstemperatur und niedriger als die Gefriertemperatur ist,
eine Einrichtung zum Einstellen des Gases aus der Gaszuführungsquelle in den Behälter und
eine Einrichtung zum Einführen des Mediums in den Behälter.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ferner ein verflüssigtes Brennstoffgasspeicherungssystem für Fahrzeuge bereitgestellt, das umfasst:
eine Flüssigkeitstreibstoffgaszuführungsstation,
einen Brennstoffgasspeicherungsbehälter, der in dem Fahrzeug montiert ist,
ein Adsorptionsmittel, das in dem Behälter untergebracht ist,
eine Einrichtung zum Beibehalten des Inhalts des Behälters bei einer niedrigen Temperatur unterhalb der Verflüssigungstemperatur des Gases,
ein gasförmiges oder flüssiges Medium mit einer Gefriertemperatur, welche höher als die Verflüssigungstemperatur des Brennstoffgases ist,
eine Einrichtung zum Beibehalten des Inhalts des Behälters bei einer Temperatur, die höher als die Verflüssigungstemperatur und niedriger als die Gefriertemperatur ist,
eine Einrichtung zum Einführen des Brennstoffgases aus der Brennstoffgaszuführungsstation in den Behälter und
eine Einrichtung zum Einführen des Mediums in den Behälter.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Zeichnung, die ein Beispiel für einen Gerätaufbau für ein Gasspeicherungsverfahren gemäß der Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen einem Beispiel der vorliegenden Erfindung und einem Vergleichsbeispiel in Bezug auf das Temperatur abhängige Desorptionsverhalten von Methangas zeigt, das bei einer kryogenen Temperatur adsorbiert und verflüssigt wurde.
3(1) bis (3) sind schematische Zeichnungen, die Aufbaubeispiele für Idealmodelle von Gaseinschlussmaterialien gemäß der Erfindung zeigen.
4 ist ein Diagramm, das ein Vergleich von Volumenlagerungseffizienz V/V0 für die verschiedenen Strukturmodelle von 3 und herkömmliche Gasspeichersysteme zeigt.
5 zeigt Strukturformeln für typische Planarmoleküle.
6 zeigt Strukturformeln für typische cyclische Moleküle.
7 zeigt eine Strukturformel für ein typisches globulares Molekül.
8 ist ein Set von Konzeptzeichnungen, die ein Verfahren zur alternierenden Bildung einer planaren Molekülschicht und Dispersion von globularen Molekülen zeigt.
9 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung von Methanadsorption unter verschiedenen Drücken für ein Gaseinschlussmaterial gemäß der Erfindung und ein herkömmliches Gaseinschlussmaterial zeigt.
Bester Modus zum Ausführen der Erfindung
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Gas, welches in einem verflüssigten Zustand bei kryogener Temperatur ist, durch ein gefrorenes Medium eingeschlossen, um eine Gefrierlagerung bei einer Temperatur zu ermöglichen, die höher als die notwendige kryogene Temperatur zur Verflüssigung ist.
Das Gas, das gelagert wird, wird in einem gasförmigen oder flüssigen Zustand in den Lagerungsbehälter eingeführt. Ein Gas, das gelagert wird, welches in einem gasförmigen Zustand eingeführt wird, muss zunächst auf eine kryogene Temperatur zur Verflüssigung herabgesenkt werden, aber nachdem dieses in einen flüssigen Zustand mit dem gefrorenen Medium eingeschlossen worden ist, kann dieses bei einer Temperatur gelagert werden, die höher als die kryogene Temperatur ist.
Das gefrorene Medium, das verwendet wird, ist eine Substanz, welche gasförmig oder flüssig ist, eine höhere Gefriertemperatur als die Verflüssigungstemperatur des Gases, das gelagert wird, besitzt und nicht mit dem Gas, das gelagert wird, dem Adsorptionsmittel oder dem Behälter bei der Lagerungstemperatur reagiert.
Unter Verwendung eines Mediums mit einer Gefriertemperatur (Schmelztemperatur, Sublimationstemperatur), die nahe der Raumtemperatur liegt, ist es möglich, eine Lagerung nahe bei der Raumtemperatur zu realisieren, während die hohe Dichte, die sich bei kryogenen Temperaturen zeigt, beibehalten wird.
Repräsentative Beispiele für derartige Medien sind Substanzen mit einer Gefriertemperatur (gewöhnlich "Schmelztemperatur") in dem Bereich von –20°C bis +20°C, wie etwa Wasser (Tm = 0°C), Dodecan (–9,6°C), Dimethylphthalat (0°C), Diethylphthalat (–3°C), Cyclohexan (6,5°C) und Dimethylcarbonat (0,5°C).
Das verwendete Adsorptionsmittel kann ein herkömmliches Gasadsorptionsmittel sein, von welchen beliebige aus verschiedenen anorganischen und organischen Adsorptionsmitteln, wie etwa Aktivkohle, Zeolith, Silicagel und dergleichen, typisch sind.
Das zu lagernde Gas kann ein Gas sein, das bei einer kryogenen Temperatur, die derjenigen von herkömmlichen LNG oder flüssigen Stickstoff vergleichbar ist, verflüssigt und adsorbiert werden kann, und Wasserstoff-, Helium-, Stickstoff- und Kohlenwasserstoffgase können verwendet werden. Typische Beispiele von Kohlenwasserstoffgasen beinhalten Methan, Ethan, Propan und dergleichen.
Aufbaubeispiele für ideale Modelle von Gas einschließenden Materialien gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sind in 3 gezeigt. Basierend auf den Kohlenstoffdurchmesser von 0,77 Å und dem C-C Bindungsabstand von 1,54 Å ist es möglich, Lücken mit einer idealen Größe zur Adsorption von Molekülen des Zielgases zu konstruieren. In dem veranschaulichten Beispiel ist eine ideale Lückengröße von 11,4 Å für die Methanadsorption angepasst.
3(1) ist ein Honigwabenstrukturmodell, das einen quadratischen gitterähnlichen Querschnittsgestalt mit Seiten von 11,4 Å und einen Hohlraumvolumen von 77,6 besitzt.
3(2) ist ein Schlitzstrukturmodell, das einen Aufbau von laminierten Schlitzen mit einer Breite von 11,4 Å und einem Hohlraumvolumen von 88,1 besitzt.
3(3) ist ein Nanorohrstrukturmodell (z. B. 53 Kohlenstoffröhren, Einzelwand), die einen Aufbau von gebündelten Kohlenstoffnanoröhrchen mit einem Durchmesser von 11,4 Å und einem Hohlraumvolumen von 56,3 besitzen.
4 zeigt die Volumenlagerungseffizient V/V0 für die Gas einschließenden Materialien der verschiedenen Strukturmodelle von 3 im Vergleich zu herkömmlichen Lagerungssystemen.
Typische Planare Moleküle, die verwendet werden, um ein einschließendes Material gemäß der Erfindung aufzubauen, beinhalten Coronen, Anthracen, Pyren, Naphtho(2,3-a)pyren, 3-Methylconanthren, Violanthron, 7-Methylbenz(a)anthracen, Dibenz(a,h)anthracen, 3-Methylcoranthracen, Dibeno(b,def)chrysen, 1,2;8,9-Dibenzopentacen, 8,16-Pyranthrenedion, Coranuren und Ovalen. Deren Strukturformeln werden in 5 gezeigt.
Typische cyclische Moleküle, die verwendet werden, beinhalten: Phthalocyanine, 1-Aza-15-krone-5-ether, 4,13-Diaza-18-krone-6-ether, Dibenzo-24-krone-8-ether und 1,6,20,25-Tetraaza(6,1,6,1)paracyclophan. Deren Strukturformeln werden in 6 gezeigt.
Typische globulare Moleküle die verwendet werden, sind Fullarene, welche beinhalten C₆₀, C₇₀, C₇₆, C₈₄, etc., als die Zahl von Kohlenstoffatomen in dem Molekül. Die Strukturformel für C₆₀ wird in 7 als ein repräsentatives Beispiel gezeigt.
Wenn globulare Moleküle eingeschlossen sind, funktionieren sie als Platzhalter zwischen der Planaren Molekülen insbesondere, wobei Plätze von 2.0–20 Å gebildet werden, welches eine geeignete Größe für Gasmoleküle, wie etwa Wasserstoff, Methan, Propan, CO₂, Ethan und dergleichen, ist. Z. B. besitzen Fullarene Durchmesser von 10–18 Å, und sind insbesondere zur Bildung von Mikroporenstrukturen geeignet, die zur Absorption von Methan zweckmäßig sind. Globulare Moleküle werden bei 1–50 Gew.-% zugegeben, um einen Platzhaltereffekt zu erreichen.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Gas einschließenden Materials gemäß der Erfindung ist eine Pulverform und ein geeigneter Behälter kann mit einem Pulver eines planaren Molekülmaterials eines Pulver eines cyclischen Molekülmaterials einer Mischung von beiden Pulvern oder eines beliebigen von diesen drei in Mischung mit einem Pulvers eines globularen Molekülmaterials.
Die Anwendung von Ultraschallwellenvibrationen an dem Behälter ist bevorzugt, um die Fülldichte zu erhöhen, während der Grad an Dispersion auch erhöht wird, um eine Aggregration zwischen den Molekülen zu verhindern.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Gas einschließenden Materials gemäß der Erfindung ist ein System von alternierenden Schichten von planaren Molekülen und globularen Molekülen. Hierbei ist es bevorzugt für die globularen Moleküle durch Sprühen dispergiert zu sein. Eine derartige alternierende Bildung von planaren Molekül-/globularen Molekülschichten kann durch eine gewöhnliche Schichtbildungstechnik, wie etwa Elektrodenstrahlverdampfungsabscheidung, Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder Laserablation erreicht werden.
8 zeigt Konzeptansichten eines fortschreitenden Verfahrens für die alternierende Schichtbildung. Zunächst werden im Schritt (1) die Platzhaltermoleküle (globulare Moleküle) auf einem Substrat dispergiert. Dies kann z. B. durch Verteilung realisiert werden, die erreicht wird, indem eine Dispersion der Spacermoleküle in ein Dispersionsmedium (ein flüchtiges Lösungsmittel wie etwa Ethanol, Aceton, etc.) gesprüht wird. Die Schicht von Platzhaltermolekülen kann durch ein Vakuumschichtbildungsverfahren, wie etwa MBE, Laserablation oder dergleichen, gebildet werden, die schnelle Verdampfungsabscheidung bei einer Schichtbildungsrate (1Ă/s oder weniger) verwenden, die niedriger als das Niveau für das Einmolekulareschichtniveau ist. Als nächstes werden in Schritt (2) die planaren Moleküle darüber durch ein zweckmäßiges Schichtbildungsverfahren akkumuliert, so dass die individuellen planaren Moleküle sich über die multiplen globularen Moleküle verbrücken. Dies bildet eine planare Molekülschicht auf eine Weise, welche einen offenen Raum von der Oberfläche des Substrates beibehält. In Schritt (3) werden die Platzhaltermoleküle auf die gleiche Weise wie in Schritt (1) auf der planaren Molekülschicht verteilt, die in Schritt (2) gebildet wird. Dann wird in Schritt (4) eine planare Molekülschicht auf die gleiche Weise wie in Schritt (2) gebildet. Diese Schritte werden danach zur Bildung eines Gas einschließenden Materials mit der notwendigen Dicke wiederholt.
Die planare Molekülschicht, die verwendet wird, kann jede beliebige der vorstehend erwähnten planare Moleküle sein, oder laminare Substanzen wie etwa Graphit, Bornitrid, etc. Schichtbildbare Materialien wie etwa Metalle und Keramiken können auch verwendet werden.
Beispiele
Beispiel 1
Ein Gerät mit dem in 1 gezeigten Aufbau wurde zur Lagerung von Methangas gemäß der Erfindung durch das folgende Verfahren verwendet.
Zunächst wurde 5 g Aktivkohlepulver (Teilchengröße ungefähr 3–5 mm) in eine Probenkapsel (10cc-Volumen) mit einer Luftdichte in Konstruktion gefüllt, und die Innenseite der Kapsel wurde auf 1 × 10^–6 MPa durch eine Rotationspumpe dekomprimiert.
Methan wurde dann in die Kapsel aus einer Methanbombe eingeführt, um den internen Kapseldruck auf 0,5 MPa zu bringen.
Die Kapsel in diesem Zustand wurde in flüssigen Stickstoff, das in einem Dewar-Behälter gefüllt war, eingetaucht, und dort für 20 Minuten bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs (–196°C) gehalten. Dies verflüssigte das ganze Methangas in der Kapsel und adsorbierte es auf die Aktivkohle.
Die Kapsel wurde kontinuierlich in den flüssigen Stickstoff eingetaucht gehalten, und Wasserdampf, das aus einem Wassertank (20–60°C) erzeugt wurde, wurde in die Kapsel eingeführt. Dies verursachte sofortiges Frieren des Wasserdampfes zu Eis durch die Temperatur des flüssigen Stickstoffs. So dass das verflüssigte und adsorbierte Methangas gefroren war und in das Eis eingeschlossen war.
Als ein Vergleichsbeispiel wurden die Schritte bis zur Verflüssigung und Absorption des Methans gemäß dem gleichen Verfahren wie für Beispiel 1 ausgeführt, aber es wurde kein Wasserdampf danach eingeführt.
2 zeigt das Desorptionsverhalten von Methan, wenn die Temperaturen der Kapseln, die Methan gemäß Beispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel speichern, einer natürlichen Zunahme auf Raumtemperatur überlassen wurden. In der Zeichnung sind die Temperatur auf der horizontalen Achse und der Druck auf der vertikalen Achse. Hierbei ist die Temperatur und der Druck in der Kapsel gemessen mit dem Thermopaar und dem Druckmessinstrument, das in 1 gezeigt wird.
Verfahren zur Adsorption und Verflüssigung: Für sowohl Beispiel 1 als auch Vergleichsbeispiel (• in 2)
Wenn die Methan-eingeführte Kapsel in den flüssigen Stickstoff eingetaucht wird, schreitet die Adsorption voran, wenn die Temperatur innerhalb der Kapsel fällt, was eine Linearverminderung in dem internen Kapseldruck verursacht, und, wenn die Verflüssigung beginnt, fällt der interne Kapseldruck schnell auf einen gemessenen Druck von 0 MPa, während die Temperatur von flüssigen Stickstoff von –196°C erreicht wird.
Desorptionsverfahren: Vergleich zwischen Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel
In dem Vergleichsbeispiel (o in 2), wobei kein Wasserdampf eingeführt wurde, nachdem die Temperatur von flüssigen Stickstoff erreicht wurde, stellte die Entfernung der Kapsel aus dem flüssigen Stickstoff mit der daraus resultierenden Temperaturerhöhung eine Bedingung her, wobei eine geringe Temperaturzunahme auf ungefähr –196°C bereits begann, Methan-Desorption zu verursachen und eine Druckzunahme initiierte.
Im Gegensatz dazu, trat in dem Beispiel (♢ in 2), wobei Wasserdampf gemäß der Erfindung eingeführt wurde, nachdem die Temperatur von flüssigen Stickstoff erreicht wurde, um eine Gefriereinschließung zu erreichen, die detektierte Desorptionszunahme als eine Zunahme des Druckwerts nur auf, nachdem die Temperatur bis auf –50°C voran geschritten war und ein wesentlicher Teil des Methans verblieb in einem adsorbierten Zustand ohne Desorption sogar bis gerade unterhalb von 0°C.
Beispiel 2
Gasspeicherung wurde gemäß der Erfindung durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 durchgeführt, bis darauf, dass flüssiges Wasser aus einem Wassertank in die Kapsel anstelle von Wasserdampf eingeführt wurde, nachdem die Temperatur von flüssigen Stickstoff erreicht wurde.
Folglich wurde das gleiche Desorptionsverhalten wie in Beispiel 1, das in 2 gezeigt wird, gefunden, und es wurde ein niedriger Druck bis zu nahe 0°C beibehalten.
Beispiel 3
Ein Gerät mit dem in 1 gezeigten Aufbau wurde zur Lagerung von Methangas gemäß der Erfindung durch das folgende Verfahren verwendet. Jedoch war das gespeicherte Gas verflüssigtes Methan, das aus einem Flüssigmethanbehälter zugeführt wurde, anstelle des Zuführens von gasförmigen Methan aus einer Methan-Bombe.
Zunächst wurde 5 g Aktivkohlenpulver (Teilchengröße: ungefähr 3–5 mm) in eine Probenkapsel (Volumen: 10cc) mit einem versiegelten Aufbau gefüllt.
Die Kapsel wurde direkt in einem Dewar-Behälter, der mit flüssigen Stickstoff gefüllt war, eingetaucht, und bei der Temperatur von flüssigen Stickstoff (–196°C) für 20 Minuten gehalten.
Als nächstes wurde verflüssigtes Methan in die Kapsel aus dem Flüssigmethanbehälter eingeführt. Dies resultierte in der Adsorption des verflüssigten Methans auf die Aktivkohle in der Kapsel.
Die Kapsel wurde dann in den flüssigen Stickstoff eingetaucht gehalten und Wasserdampf, der aus einem Wasserbehälter (20–60°C Temperatur) erzeugt wurde, wurde in die Kapsel eingeführt. Dies verursachte sofortiges Frieren des Wasserdampfs zu Eis durch die Temperatur des flüssigen Stickstoffs, so dass das verflüssigte und adsorbierte Methangas eingefroren und in dem Eis eingeschlossen war.
Beispiel 4
Ein Gas einschließendes Material gemäß der Erfindung wurde mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt.
Verwendetes Pulver

Cyclisches Molekül: 1,6,20,25-Tetraaza(6,1,6,1)paracyclophanpulver

Beispiel 5
Ein Gas einschließendes Material gemäß der Erfindung wurde mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt.
Verwendetes Pulver

Planares Molekül 3-Methylcoranthracenpulver, 90 Gew.-% Gehalt
Globulares Molekül C₆₀ Pulver, 10 Gew.-% Gehalt

Beispiel 6
Das Gas einschließende Material gemäß der Erfindung, das in 5 hergestellt wurde, wurde in ein Behälter platziert, und Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 50 Hz wurden für 10 Minuten angelegt.
Die Methanadsorptionen der gaseinschließenden Materialien der Erfindung, die in den vorstehenden Beispielen 4 bis 6 hergestellt wurden, wurden unter verschiedenen Drücken gemessen. Zum Vergleich wurde die gleiche Messung für Aktivkohle (mittlerer Teilchendurchmesser von 5 mm) und CNG gemacht. Die Messbedingungen waren wir folgt.
Messbedingungen

Temperatur: 25°C
Adsorptionsmittel-Füllvolumen: 10cc

Folglich wurde wie in 9 gezeigt, festgestellt, dass die Gas einschließenden Materialien, die in Beispielen 4, 5 und 6 gemäß der Erfindung hergestellt wurden, eine wesentlich bessere Methanabsorption als Aktivkohle besaßen. Zudem besaß Beispiel 5, wobei die globularen Moleküle zugegeben wurden, und Beispiel 6, wobei Ultraschallwellen angelegt wurden, sogar eine bessere Adsorption als Beispiel 4. Das heisst, Beispiel 5 hielt geeignete Lücken durch den Platzhaltereffekt der globularen Moleküle bei, wobei sich so eine höhere Adsorption als bei Beispiel 4 zeigte. Zudem besaß Beispiel 6 eine bessere Fülldichte und Dispersionsgrad aufgrund der Anwendung der Ultraschallwellen, und zeigte so sogar eine höhere Adsorption als Beispiel 5.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gasspeicherverfahren und ein System bereitgestellt, welches eine sehr hohe Speicherdichte durch Absorption erreichen kann, ohne kryogene Temperaturen zu verwenden.
Da das Verfahren der Erfindung keine kryogenen Temperaturen für die Speichertemperaturen benötigt, kann eine Speicherung adäquat in einen normalen Gefriergerät, das bei ungefähr –10 bis 20°C betrieben wird, durchgeführt werden, und so können die Ausrüstungs- und Betriebskosten für die Speicherung verringert werden.
Darüber hinaus müssen der Speicherbehälter und andere Ausrüstung nicht mit besonderen Materialien für kryogene Temperaturen konstruiert werden, und daher wird in Bezug auf die Ausrüstungsmaterialausgabe genau so ein Vorteil erreicht.

Claims

Gasspeicherungsverfahren, das umfasst: Beibehalten eines Gases, das gespeichert wird, und eines Adsorptionsmittels in einem Behälter bei einer niedrigen Temperatur unterhalb der Verflüssigungstemperatur des Gases, das gespeichert wird, so dass das Gas, das gespeichert wird, auf das Adsorptionsmittel in einem verflüssigten Zustand adsorbiert wird, Einführen in den Behälter, der bei der niedrigen Temperatur gehalten wird, eines Gases oder flüssigen Mediums mit einer Gefriertemperatur, die höher als die Verflüssigungstemperatur des Gases ist, das gespeichert wird, zum Einfrieren des Mediums, so dass das Gas, das gespeichert wird, welches auf dem Adsorptionsmittel in dem verflüssigten Zustand adsorbiert worden ist, durch das Medium eingeschlossen wird, welches gefroren ist, und Beibehalten des Behälters bei einer Temperatur, die höher als die Verflüssigungstemperatur und unterhalb der Gefriertemperatur ist.
Gasspeicherungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas, das gespeichert wird, in einem gasförmigen oder verflüssigten Zustand in den Behälter eingeführt wird.
Gasspeicherungssystem, das umfasst: eine Gaszuführungsquelle, welche gasförmiges oder verflüssigtes Gas zuführt, ein Gasspeicherungsbehälter, ein Adsorptionsmittel, das in dem Behälter untergebracht ist, ein gasförmiges oder flüssiges Medium mit einer Gefriertemperatur, welche höher liegt, als die Verflüssigungstemperatur des Gases, Einrichtung zum Einführen des Gases aus der Gaszuführungsquelle in den Behälter und Einrichtung zum Einführen des Mediums in den Behälter, gekennzeichnet durch Einrichtung zum Beibehalten des Inhalts des Behälters bei einer niedrigen Temperatur unterhalb der Verflüssigungstemperatur des Gases, Einrichtung zum Beibehalten des Inhalts des Behälters bei einer Temperatur, die höher als die Verflüssigungstemperatur und niedriger als die Gefriertemperatur ist.
Fahrzeug-Flüssigkeitstreibstoffgasspeicherungssystem, das umfasst: eine Flüssigkeitstreibstofflieferstation, einen Treibstoffgasspeicherungsbehälter, der in dem Fahrzeug montiert ist, ein Adsorptionsmittel, das in dem Behälter untergebracht ist, Einrichtung zum Beibehalten des Inhalts des Behälters bei einer niedrigen Temperatur unterhalb der Verflüssigungstemperatur des Gases, ein gasförmiges oder flüssiges Medium mit einer Gefriertemperatur, welche höher liegt als die Verflüssigungstemperatur des Treibstoffgases, Einrichtung zum Beibehalten des Inhalts des Behälters bei einer Temperatur, die höher als die Verflüssigungstemperatur und niedriger als die Gefriertemperatur ist, Einrichtung zum Einführen des Brennstoffgases aus der Brennstoffgaslieferstation in den Behälter und Einrichtung zum Einführen des Mediums in den Behälter.
Gasspeicherungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas einschließendes Material, das Planare Moleküle und/oder cyclische Moleküle umfasst, als das Adsorptionsmittel verwendet wird.
Gasspeicherungssystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel ein Gas einschließendes Material einschließt, das Planare Moleküle und/oder cyclische Moleküle umfasst.
Fahrzeug-Flüssigkeitstreibstoffgasspeicherungssystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel ein Gas einschließendes Material, das Planare Moleküle und/oder cyclische Moleküle umfasst, beinhaltet.