JP6023873B2 - 吸着された天然ガスの貯蔵施設 - Google Patents

Description

本発明の分野は天然ガスの貯蔵に関するものである。具体的には、この分野は需要の異なる期間中に天然ガスの貯蔵および放出を行うためのシステムおよび方法に関するものである。

天然ガスは運搬可能であり、世界中で好まれる燃料である。天然ガスは石油や石炭などの他の伝統的な燃料より完全に燃焼するため、天然ガスの燃焼は環境に比較的害が少ない。天然ガスや液化天然ガス、プロパン、及びその他の圧縮ガス燃料を含む同様の生成物は、エンジンやタービン燃焼システム内で遥かに効率が高い。

ガス・タービンによる発電はよく理解されていて、なおかつ比較的安価である。熱く圧縮された排気ガスの再循環は、十分に９０％以上の熱変換効率につながる可能性がある。タービン熱電併給設備は、原油の二次回収や他の化学プロセスの促進に有用な電気や二酸化炭素だけでなく、温水や蒸気も生産する。商業者および民間消費者はこれら両方の生成物を使用することができる。

燃料としての天然ガスの広範な利用で、ガス・タービン技術を使用した発電が増加している。天然ガス供給源の場所は少ない地理的領域に限定されていない。ヨーロッパ、日本、アメリカでの埋蔵深層シェール・ガスの破砕における進歩は、天然ガスが工業化社会のための主要燃料であり、またそのことがこの先何年も続くことを示している。電気的熱電併給は、消費者市場向け炭化水素燃料の利益を最大に提供するための最良の方法である。

電気や天然ガスを民間消費者向けに製造する場合、昼間需要という天然ガスの輸送ネットワークにとって重大な問題が発生する。人々は製造工場や製造設備とは異なり、一日を通して安定したエネルギーのユーザではない傾向がある。人々は電気を日中と夕方により多く消費し、夜と早朝の消費は遥かに少ない。より高い消費率は「需要のピーク期間」形成し、より低い消費率は「需要の非ピーク期間」を作る。この毎日の傾向は年間を通して起きる。しかしながら、異なる季節の間に、各期間の長さ（少ない、または多い人工光量それぞれを必要とするより長いまたは短い自然光の期間）、および期間の振幅（例えば、高い、および低い温度で求められる多くの量対中程度の温度）は、昼間の期間中の需要の振幅を変更する可能性がある。需要の場所も、昼間需要がどのようなものであるかについて影響する。寒い環境では、全体的な毎日の電気と天然ガスの需要は、消費者が加熱機器を使用するため、夏は低く、冬は高い。より暖かい環境では、毎日の需要動向は消費者が涼しくなるために消費者使用向けの空調ユニットを使用するので反対になる。

毎日の使用だけでなく、季節の違いでも上下に変動する電気、天然ガスの消費量は、天然ガスの輸送・生産システム全体の変動を生みだす。天然ガスの生産量はほぼ一定している。天然ガスの生産と総消費の需給ギャップは「ガス需要の遅れ」を生じる。この遅れは、システム圧力が天然ガス輸送システムに亙って増加、および減少する（「振幅」）時に何の介入もなしに出現する。

発電設備の原料には一定高圧の天然ガスが望ましい。天然ガス供給の圧力スイングは、負荷下の間に機器速度低下の原因となる急激で異常な供給対燃料比率によって、特にガス・タービンなどの回転機器の発電設備を損傷する可能性がある。

圧力スイングを軽減するための過去のソリューションは、輸送システム内にインライン・コンプレッサを含むことである。需要のピーク期間中に動作するＣＮＧ（圧縮天然ガス）ブースタ圧縮機は輸送システム圧力を維持しようとする。天然ガス供給圧力の損失は、発電機のダウンタイムと、不満を有する公共の顧客の両方から生じる。

圧縮機器はＣＮＧ輸送システム圧力で作動するため、圧縮機器の使用は送電システムの運営コストを増加させる。圧縮機器はまた、毎日の作動温度のずれに耐えるよう作動可能である必要がある。インライン圧縮機は安定して作動しないので維持費用が高い。インライン圧縮機はシステム圧力が低い閾値の時に始動し、システム圧力が高い閾値の時に停止する。

コンプレッサは最高の保守実務が施されたにもかかわらず、不注意で故障する。回転機器の故障は時には、新しいユニットを供給してチューニングする間、何週間ものダウンタイムがあるので破滅的である。誤動作による天然ガス供給圧力の突然の損失は、下流側発電機の即時のダウンタイム、および不満のある一般の消費者を長期にわたり発生させる可能性がある。

天然ガス供給源に加わる昼間需要の影響を軽減するため、本天然ガス貯蔵施設はガード床システムと吸着床システムを含む。ガード床システムは重天然ガス成分の貯蔵能力を有し、導入された天然ガスから不純物を除去し、導入天然ガスを選択的に重天然ガス成分および軽天然ガス成分に分離し、重天然ガス成分を保持し、さらに重天然ガス成分を放出するように動作可能である。吸着床システムは流体的にガード床システムへ結合する。吸着床システムは軽天然ガス成分の貯蔵能力を有し、細孔性材料である軽天然ガス吸着剤を含み、軽天然ガス吸着剤を用いて軽天然ガス成分を保持し、軽天然ガス吸着剤から軽天然ガス成分を放出する両方のために運転することができる。本天然ガス貯蔵施設は、導入された天然ガスがガード床システムに進入するように天然ガス貯蔵施設に結合する。本天然ガス貯蔵施設は任意に温度制御システム及び圧縮機システムを含む。

天然ガス供給源に加わる昼間需要の影響を軽減するために本天然ガス貯蔵施設を使用する方法は、需要の非ピーク期間中に天然ガスを本天然ガス貯蔵施設へ導入するステップを含む。導入された天然ガスは天然ガス熱価を有する。

本方法はまた、ガード床システムが導入された天然ガスから天然ガス不純物を除去するように、需要の非ピーク期間中に本天然ガス貯蔵施設を運転するステップを含む。本方法はまた、ガード床システムが導入された天然ガスを重天然ガス成分と軽天然ガス成分へ分離することと、重天然ガス成分を保持することの両方を選択的に行えるように、需要の非ピーク期間中に本天然ガス貯蔵施設を運転するステップを含む。本方法はまた、軽天然ガス成分がガード床システムから吸着床システムへ移動するように、需要の非ピーク期間中に本天然ガス貯蔵施設を運転するステップを含む。本方法はまた、吸着床システムが軽天然ガス成分を軽天然ガス吸着剤の中へ吸着するように、需要の非ピーク期間中に本天然ガス貯蔵施設を運転するステップを含む。

本方法はまた、ガード床システムが重天然ガス成分を放出する、吸着床システムが軽天然ガス吸着剤から軽天然ガス成分を放出する、さらに、放出された重天然ガス成分と放出された軽天然ガス成分の混合物が放出された天然ガス生成物を形成するように、需要の非ピーク期間中に本天然ガス貯蔵施設を運転するステップを含む。本方法はまた、需要のピーク期間中に放出された天然ガス生成物を天然ガス供給源へ導入するステップも含む。

本天然ガス貯蔵施設は、導入された天然ガスを重天然ガス成分と軽天然ガス成分へ選択的に分離するために、また、需要の非ピーク期間中に天然ガス成分を別々に保持するために、天然ガス供給源から導入された天然ガスを受け入れるよう動作可能である。本天然ガス貯蔵施設は、需要のピーク期間まで、重および軽天然ガス成分に対し運転することができる。本天然ガス貯蔵施設は需要のピーク期間中に天然ガス成分を放出し、天然ガス成分を天然ガス供給源内へ導入するよう動作可能である。

本天然ガス貯蔵施設はいくつかの問題を軽減し、多くの利点を提供する。本天然ガス貯蔵施設は需要の非ピーク期間に生産された天然ガスの「時間差」容積の手段を提供し、需要のピーク期間に天然ガスを放出する。天然ガスの需要がより大きい時に天然ガス成分を天然ガス供給源へ加え、天然ガスの需要が無い時にそれを除去することは、天然ガス供給源の圧力に見られる「スイング」を反作用させる、昼間需要と安定供給における差による圧力スイングの振幅を軽減する。天然ガスを消費者の需要減少期間中に受け入れることは、天然ガス供給源の圧力を低下させ、消費者の需要がより大きい期間中に天然ガスを天然ガス成分の形状で戻すことは、天然ガス供給源の圧力を上昇させる。

天然ガス供給源の圧力スイングを減衰することは、関連圧縮システムをより一貫して運転することを助け、周期的圧力状態を回避する。システム圧力変動を低減することは、消費者がより一貫した入口システム圧力で運転することを可能にする。これは回転機器の運転寿命を長くし、多くの深刻な応力関連故障事例を回避する。

本天然ガス貯蔵施設は最低限の回転機器を有する。インライン回転機器を必要としないということは、天然ガス輸送システムの運転生涯コストを軽減するだけでなく、本設備の運転信頼性をより高める。

天然ガスを本設備に導入し、需要の非ピーク期間中に天然ガスの回収を促進し、需要のピーク期間中に天然ガス供給源への天然ガス成分の排出と導入を容易にするために、本天然ガス貯蔵施設は天然ガス供給源圧力の圧力差および全体的変化に依存している。周囲条件の変化を介した、または温度制御システムを使用してのいずれかによるガード床システムと吸着床システム温度の変更は、需要の非ピーク期間中の保持、ならびに需要のピーク期間中の放出を促進する。

本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は以下の好適な実施形態の詳細説明、添付の請求の範囲、および付随の図面に関してよく理解されるものである。

は本天然ガス貯蔵施設の一実施形態のプロセス・フロー図である、

はＡＣ３用のいくつかのメタン等温線トレンド、有用な活性炭細孔性材料を示す、さらに、

は一定容積容器用の二つの容積貯蔵等温線トレンド、および類似の有用な細孔性材料ＡＣ３を含有した一定容積容器を示す。

図面は本天然ガス貯蔵施設の実施形態の全体概略図である。図面とその説明は本天然ガス貯蔵施設、およびその使用方法の理解を容易にする。図面は本発明を制限し、またはその範囲を定義付けするものではない。図面は説明を容易にするための簡単な図である。この技術に精通した者は、このようなシステムは補助装置および副システムを有し、それらの意図された目的のためにそれらを運転可能な状態にする複雑な構造であることを理解する。

本発明の概要、図面の簡単な説明、および好適な実施形態の詳細説明を含む明細書および添付の請求の範囲は、本発明の特定の特徴（工程または方法段階を含む）について言及する。この技術に精通した者は、本発明がすべての可能性のある組み合わせを含み、本明細書の中で説明された特定機能を使用することを理解する。この技術に精通した者は、本発明が本使用に限定されず、もしくは本明細書にある実施形態の説明によるものではないことを理解する。本発明の主題は、本明細書の主旨ならびに添付の請求の範囲のみを除き限定されるものではない。

この技術に精通した者は、個別の実施形態を説明するために使用された専門用語が本発明の範囲または広がりを限定しないことも理解する。本明細書および添付の請求の範囲の解釈において、全ての用語は各用語の文脈と一貫した最も可能な限り広く解釈されるべきである。本明細書と添付書にはすべての技術および科学用語が使用されている。請求範囲は他に定義されない限り、本発明が属する技術分野の技術に精通した者により一般的に理解される意味と同じ意味を有する。

本明細書および請求の範囲で使用されているように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は文脈が明らかに他を示さない限り、複数を指すことを含む。動詞「構成する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及びその抱合型は、非排他的に要素、成分または段階を指すものとして解釈されるべきである。この言及された要素、成分または段階は、明確に言及されていない存在する、利用される、または他の要素、成分もしくは段階と組み合わすことができる。動詞「結合する（ｃｏｕｐｌｅ）」及びその抱合型は、二つ以上の非結合された物体から単数形物体を形成する電気、機械、または流体などの、すべての種類の要求された結合を完了することを意味する。第１のデバイスが第２のデバイスへ結合する場合、接続は直接的に、または共有コネクターを介してかの、どちらかで起きることができる。「任意に（Ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」およびそのさまざまな形態は、続いて記載される事象または状況が起きることができる、もしくは起きることができない、ということを意味する。ここでの説明は、事象または状況が起こる場合の事例、およびそれが起こらない場合の事例を含む。「動作可能な（Ｏｐｅｒａｂｌｅ）」とその多様な形態は、その適切な機能のための適合、およびその使用目的のために使用することができる、ということを意味する。「関連された（Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）」とその多様な形態は、何かと何かが一緒に起きるか、何かの一方が他方を作るので、何かが他の何かに接続された、ということを意味する。

空間的な用語は、ある物体、または他の物体に相対する物体の集団、または物体の集団の相対位置を記述する。空間的な関係は縦軸と横軸に沿って適用する。配向、および「上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」と「下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」のような関係語は説明の便宜のためであり、特に明記しない限り限定するものではない。

本明細書または添付請求範囲が値の範囲を提供している場合、それは間隔が上限と下限の間の各介在値だけでなく、上限値と下限値も包含するものと理解される。本発明は提供された特定の除外項目に対し、区間主題のより小さな範囲を包含し、その境界を示す。「実質的にない（Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｆｒｅｅ）」は測定の表示単位で１％未満を意味する。「検出可能量（Ｄｅｔｅｃｔａｂｌｅ ａｍｏｕｎｔ）」とは測定値の表示単位で０．０１％を意味する。

本明細書および添付請求範囲が二つ以上の定義された段階を構成する方法を参照する場合、定義されたステップは文脈がその可能性を排除する場合を除き、いかなる順序でも、または同時でも実行することができる。

ある特許またはある刊行物がこの開示において言及される場合、それがこの開示に含まれる記述と矛盾しない限りにおいて、その参照は参照によりその全体に組み込まれる。
［図１］

図１は本天然ガス貯蔵施設の実施形態のプロセス・フロー図である。本天然ガス貯蔵施設１００は、上流接続点１０４ならびに下流接続点１０６で、天然ガス源をＣＮＧパイプライン１０２へ結合する。上流遮断弁１０８と下流遮断弁１１０の弁を閉じると、天然ガス貯蔵施設１００をＣＮＧパイプライン１０２から流体的に遮断することができる。チェック弁１１２は、本天然ガス貯蔵施設１００を通るいかなる流体も上流接続点１０４から下流接続点１０６へ一方向に流れるという追加の保証を提供する。

ガード床システム１１４（破線の輪郭）は、入口導管１１６を介してＣＮＧパイプライン１０２に結合する。ガード床システム１１４は、不純物分離器１１８と二つのガード吸着器１２０の両方を含む。図１は並列構成にある２基の別のガード吸着器１２０を示す。不純物分離器１１８は、流入天然ガスから天然ガス不純物を除去するために運転する。不純物分離器１１８は、ガード吸着器１２０の入口遮断弁１２２を介してガード吸着器１２０と結合する。ガード吸着器１２０は、流入天然ガスを重天然ガス成分と軽天然ガス成分に分離し、需要の非ピーク期間中に重天然ガス成分を保持するために運転する。ガード吸着器サーマル・ジャケット１２４は、両方のガード吸着器１２０の外側を覆う。ガード床システム１１６は、ガード吸着器１２０の流出口にガード吸着器出口遮断弁１２６を有する。

本天然ガス貯蔵施設１００は温度制御システム１２８を含む。温度制御システム１２８はガード吸着器サーマル・ジャケット１２４へ結合する。温度制御システム１２８はガード吸着器１２０を制御、維持、修正する。温度制御システム１２８は、温度修正液がガード床供給導管１３０を介してガード吸着器サーマル・ジャケット１２４内へ導入されることにより、ガード吸着器１２０の温度を維持する。軽天然ガス成分からの重天然ガス成分の分離、およびガード吸着器１２０内に含有された重天然ガス吸着剤（図示されていない）からの重天然ガス成分の保持と放出を助けるために、熱はガード吸着器サーマル・ジャケット１２４内で温度修正液へ、およびそれから伝導する。使用済の温度修正液は、ガード床戻し導管１３２経由で、ガード吸着器サーマル・ジャケット１２４から温度制御システム１２８へ戻る。

太陽光発電配列１３４は、電力導管１３６を介して温度制御システム１２８へ電気的に結合する。太陽光発電配列１３４は、温度制御システム１２８が、需要のピークおよび非ピーク両期間中に、天然ガス貯蔵施設１００の温度調節を満たすように電力を提供する。

ガード床システム１１４は、ガード吸着出口遮断弁１２６および吸着床入口遮断弁１４０を介して、吸着床システム１３７（破線の輪郭）へ流体的に結合する。図１は、別の４基の並列吸着床１３８を有する吸着床システム１３７を示す。各吸着床１３８は、需要の非ピーク期間中に軽天然ガス吸着剤（図示されていない）を保持するための軽天然ガス成分を含む。吸着床サーマル・ジャケット１４２は吸着床１３８の外側を覆い、その内部温度を調節する。脱着した軽天然ガス成分は、出口遮断弁１４４を介して吸着床１３８から移動する。

温度制御システム１２８は吸着床サーマル・ジャケット１４２へ結合する。温度制御システム１２８は吸着床１３８の内部温度を制御、維持、修正する。温度制御システム１２８は、吸着床供給導管１４６を介して、温度修正液を吸着床サーマル・ジャケット１４２内に導入する。吸着床１３８に含まれた軽天然ガス吸着剤（図示されていない）からの軽天然ガス成分の吸着と脱着を助けるために、熱は吸着床サーマル・ジャケット１４２内の温度修正液へおよびそれから伝導する。使用済修正液は吸着床戻り導管１４８を介して吸着床サーマル・ジャケット１４２から戻る。

図１において、ガード床システム１１４はガード床排出遮断弁１５４を介して、貯蔵施設圧縮機１５０と圧縮機バイパス弁１５２の両方へ結合する。吸着床システム１３７はまた、吸着床出口遮断弁１４４を介して、貯蔵施設圧縮機１５０と圧縮機バイパス弁１５２へも結合する。貯蔵施設圧縮機１５０と圧縮機バイパス弁１５２の両方は、ガード吸着器１２０と吸着床１３８からＣＮＧパイプライン１０２へのアクセスを提供する。貯蔵施設圧縮機１５０は、放出された重天然ガス成分と放出された軽天然ガス成分を、排出導管１５６を介して、別々にまたは一緒にＣＮＧパイプライン１０２内に加圧して導入するために運転することができる。バイパス弁１５２は、排出導管１５６を介してＣＮＧパイプライン１０２へのアクセスを許す。貯蔵施設圧縮機１５０は、ガード吸着器１２０と吸着床１３８内の脱着を容易にするように、弁の構成に対応して別々に、または同時に減圧するために操作することができる。

需要の非ピーク期間中、検知可能条件がＣＮＧパイプライン１０２、ガード床システム１１４、およびガード吸着器１２０間に液路を形成するように、上流遮断弁１０８、ガード吸着入口遮断弁１２２、ガード吸着出口遮断弁１２６、および吸着床入口遮断弁１４０などの遮断弁を操作するために、本天然ガス貯蔵施設１００を始動する。

ＣＮＧパイプライン１０２とガード床システム１１４間の圧力差が天然ガスを刺激して、天然ガスはＣＮＧパイプライン１０２から不純物分離器１１８へ流れる。不純物分離器１１８は、天然ガスがガード吸着器１２０内へ移動する前に、導入された天然ガスからいかなる不純物も除去するために運転する。圧力差は導入された天然ガスを刺激し、不純物分離器１１８から１基以上のガード吸着器１２０内へ流れるようにする。温度低下および増圧時（天然ガスが本天然ガス貯蔵施設１００内にもっと大量に流入する時に）には、導入された天然ガスの重天然ガス成分は選択的に導入された天然ガスから分離されてガード吸着器１２０内に保持される。

軽天然ガス成分は分離された天然ガスの残留物として形成する。軽天然ガス成分は、ガード床システム１１４から１基以上の吸着床１３８内に移動する。吸着床サーマル・ジャケット１４２によって低下された温度で維持された軽天然ガス吸着剤は、軽天然ガス成分を吸着する。

温度制御システム１２８は、導入された天然ガスの、重天然ガス成分と軽天然ガス成分への分離、重天然ガス成分のガード吸着器１２０内での保持、および軽天然ガス成分の吸着床１３８内にある軽天然ガス吸着剤への吸着などの選択的分離を容易にするために、温度修正液をガード吸着器サーマル・ジャケット１２４と吸着床サーマル・ジャケット１４２へ供給する。

需要の非ピーク期間の終了時、またはいくつかの他の検知可能条件が発生時あるいは検知された時のいずれかに、本天然ガス貯蔵施設１００をＣＮＧパイプライン１０２から遮断するために、上流遮断弁１０８、ガード吸着器入口遮断弁１２２、ガード吸着器出口遮断弁１２６、および吸着床入口遮断弁１４０が閉じる。温度制御システム１２８は、重天然ガス成分がガード吸着器１２０内に、軽天然ガス成分が吸着床１３８内に残存するように、ガード吸着器１２０と吸着床システム１３７のために、低下した貯蔵温度を維持し続ける。

需要のピーク期間中、本天然ガス貯蔵施設１００により検知された条件は、流体がガード床システム１１４とＣＮＧパイプライン１０２、ならびにガード吸着器１２０とＣＮＧパイプライン１０２の両方の間の流路を流れるように、本天然ガス貯蔵施設１００により検知された条件にガード吸着器出口遮断弁１２６、吸着器床出口遮断弁１４４、ガード床排出遮断弁１５４、および下流遮断弁１１０などの遮断弁を操作させる。温度制御システム１２８は、重天然ガス成分の放出を容易にするガード吸着器１２０内の温度が維持されるように、吸着床１３８内の温度が維持されるように、軽天然ガス吸着剤から軽天然ガス成分が脱離するように、温度修正液をガード吸着器サーマル・ジャケット１２４と吸着器床サーマル・ジャケット１４２へ与えるために作動する。

ガード吸着器１２０または吸着床１３８、またはそれら両方からＣＮＧパイプライン１０２内への脱着した天然ガス成分の導入は、圧縮援助の必要なしに圧縮機バイパス弁１５２を開けることにより起きる。ガード床システム１４０とＣＮＧパイプライン１０２間に適切な圧力差がある場合、放出された重天然ガス成分は、ガード床システム１１４からＣＮＧパイプライン１０２内へ流れる。同様に、吸着床１３８とＣＮＧパイプライン１０２間に適切な圧力差がある場合、脱着した軽天然ガス成分は、ガード床システム１１４からＣＮＧパイプライン１０２内へ流れる。それ以外の場合は、圧縮機バイパス弁１５２を閉じることと、設備圧縮機１５０を運転することは、要求された刺激を放出された天然ガス成分へ与える。

貯蔵施設圧縮機１５０の運転は、ガード床システム１１４、または吸着床１３８内、またはその両方の中に、準大気圧または「不完全真空」を作るために有用である。ガード吸着器出口遮断弁１２６、またはガード床排出遮断弁１５４のいずれかを不完全真空を形成している間に閉じると、ガード吸着器１２０内部に準大気条件を生じる。不完全真空状態中に吸着床出口遮断弁１４４を閉じることは、吸着床１３８に準大気圧力条件を保持させる。

本天然ガス貯蔵施設１００の他の運転は、圧力を均一にするため、および本天然ガス貯蔵施設１００へのすべての他の残った遮断弁を閉じるように、加熱または冷却を提供する、設備圧縮機１５０を停止する、ガード吸着器１２０と吸着床１３８間の遮断弁を開ける運転温度制御ユニット１２８を含む。
［細孔性材料］

吸着床システムは軽天然ガス吸着剤を含む。軽天然ガス吸着剤は細孔性材料である。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、細孔性材料から作られた重天然ガス吸着剤を有すガード床システムを含む。

本天然ガス貯蔵施設内で使用される細孔性材料は、存在している全環境条件、現在の飽和水準、および全環境条件に対する変更に基づいて天然ガス成分の吸着および脱着をするために運転することができる。このことは、需要の非ピーク期間中の軽天然ガス成分の吸着、需要の非ピーク期間から需要のピーク期間までの間の天然ガス成分の保持、および需要のピーク期間中の天然ガス成分の放出を許す。有用な細孔性材料は、メタン用の高吸着能力を有する細孔性材料を含む。有用な細孔性材料は、エタン用の高吸着能力を有する細孔性材料を含む。細孔性材料の例としては、活性炭、金属有機骨格（混合酸化物燃料等）、ゼオライト、分子篩い、炭素繊維、およびカーボン・ナノチューブを含む。

細孔性材料の嵩密度は粒子形状、粒子嵩密度、および結合剤などの構造的要因により異なる。有用な活性炭材料は、嵩密度が立方センチメートル当たり約０．２０から約０．７５（ｇ／ｃｍ^３）を有する。有用な金属酸化物骨格（混合酸化物燃料等）は、約０．１５ｇ／ｃｍ^３と等しいか、もしくはそれより大きい嵩密度値を有する。有用な活性炭素細孔性材料はスリット形状細孔を有する。

特定の実施形態の例は、本天然ガス貯蔵施設の一部として有用な細孔性材料のより良い理解を容易にする。細孔性材料に関する以下の考察は、本発明の範囲を制限もしくは定義するものではない。

表面特性化は、本天然ガス貯蔵施設で使用するために適した重天然ガス吸着材料と軽天然ガス吸着材料の決定を助ける。表１は吸着材料である活性炭１〜５（ＡＣ１〜５）および金属酸化物骨格（混合酸化物燃料１）の表面と細孔特性を示す。すべての活性炭はスリット形状細孔を有する。表１において、「Ｎ／Ａ」は「該当なし」を意味する。

ガス吸着研究の技術に精通した者が理解し、認めるいくつかの異なる試験手順は、表１に示された活性炭１〜５（ＡＣ１〜５）および金属有機骨格用表面特性を提供する。Wangらによる論文“Experimental and Theoretical Study of Methane Adsorption on Granular Activate Carbons”, AIChE Journal 782-788 (Vol. 58, Issue 3) (“Wang”)では、７７°Ｋでの窒素圧入と水銀圧入を用いた、吸着材料を特性化するための工程と装置を記述している。ＡＳＴＭ国際規格Ｄ２８６２は「ＡＳＴＭ網目サイズ」を決定する方法を提供する。ＢＥＴ（ブルナウアー・エメット・テラー）分析は、相対的窒素圧力の機能として、吸着材料の比表面積を提供する。ＢＪＨ（バレット・ジョイナー・ハレンダ）分析は、細孔直径を明らかにする窒素吸着と脱着技術を使用して、吸着材料の細孔領域を決定する。オングストローム（Å）はメータの１Ｘ１０^−１０に等しい計測単位である。

表１はいくつかの有用な細孔性材料の特性化を示す。有用な細孔性材料は、７７°Ｋでの窒素圧入を基にした細孔性材料の、少なくとも１グラム当たり８００平米のＢＥＴ比表面積値（ｍ^２／ｇ）、および少なくともグラム当たり０．３００立方センチメートル（ｃｍ^３／ｇ）の細孔容積値の両方を有す。図１はまた、７７°Ｋでの窒素圧入を基にした、約１０から３０オングストローム（Å）の範囲のＢＪＨ平均孔幅を有する、いくつかの有用な活性炭細孔性材料も示す。

図２と図３は、いくつかの有用な細孔性材料の一般的特性を示す。図２は立証目的のために有用な活性炭細孔性材料であるＡＣ３のいくつかのメタン等温線トレンドを示す。Wangはメタンを使用した試験手順の説明と、細孔性材料用容積に基づく吸着等温線、を決める装置を提供する。評価圧力は０バールから約５５バールである。等温線トレンドは、１０℃、２１℃、３９℃、および５６℃である。「吸着量」とは、標準状態（１バール、２１℃）での、細孔性材料上に吸収された、細孔性材料用嵩容積当たりの、メタンの容積の割合のことである。吸着量比は容積比であるので測定の単位を持っていない。すべての値はメタンの吸着を想定している。

図２の等温線トレンドは、一般的にいくつかの有用な細孔性材料用の容積／吸着関係を示す。一定圧力範囲では、メタンはより高い相対圧力値でより大量に吸着する。一定圧力範囲では、降温は細孔性材料上へのより量の大きい吸着を許す。

図２は、１０℃時に約８４、２１℃時に約７９、３９℃時に約７０、および５６℃時に約６２の吸着量比を有する、システム圧力が４０バール時の、ＡＣ３細孔性材料を示す。システム圧力が４０バール時に、細孔吸着材料の温度を５６℃から３９℃に下げることにより、細孔性材料はメタンの標準状態で約８個の追加の容積を吸着するために運転することができ、システム圧力が５０バール時のＡＣ３細孔性材料は、１０℃時に約８８、２１℃時に約７４、３９℃時に約７４、および５６℃時に約６７の吸着量比を有する。

本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、システム圧力が４０バール時に約６０より大きい吸着量比、およびシステム圧力が５６℃で５０バール時に約６５より大きい吸着量比を有する細孔性材料を含む。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、圧力範囲が２１℃で３５バールから５０バール時に、約１００より大きい吸着量比を有する細孔性材料を含む。すべての値はメタンの吸着を想定している。

図３は、立証目的のために有用な細孔性材料ＡＣ３を含んだ１個の固定容積容器、および同様の１個の固定容積容器のための、二つの等温線容積貯蔵トレンドを示す。Wangは、容積／容積ベースを使った各固定容積に貯蔵されたメタンの総量を決めるための試験装置と手順を説明する。評価圧力範囲は０バールから５５バールである。図示された等温線トレンドは２１℃時のものである。「貯蔵量」とは、固定容器の単位容積当たりに含まれる細孔性材料の、固定容器に貯蔵された、メタンの容積の比率のことである。貯蔵量比は容積比であるので測定の単位を持たない。

図３はこのＡＣ３細孔性材料が充填された固定容器が、２１℃でシステム圧力が５０バール時に約１３２の貯蔵量比、システム圧力が４５バール時に約１２６の貯蔵量比、およびシステム圧力が４０バール時に約１１１９の貯蔵量比の時に、メタンを貯蔵するために運転することができることを示す。

本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、５０バールのシステム圧力で１１５より大きい、４５バールのシステム圧力で１１０より大きい、および４０バールのシステム圧力で１００より大きい貯蔵量比を有する細孔性材料を含む。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、圧力範囲が３５バールから５０バールまでの時に、約１００より大きい貯蔵量比を有する細孔性材料を含む。すべての値は２１℃時のメタンの吸着を想定している。
［天然ガス貯蔵施設］

本天然ガス貯蔵施設は、ガード床システムと吸着床システムを含む。吸着床システムは軽天然ガス吸着剤を含有する。軽天然ガス吸着剤は細孔性材料である。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、ガード床システム内の重天然ガス吸着剤を含む。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は細孔性材料である重天然ガス吸着剤を含む。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は温度制御システムを含む。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は貯蔵施設圧縮機を含む。
［導入された天然ガス］

本天然ガス貯蔵施設は天然ガス源へ結合する。本天然ガス源は需要の非ピーク期間中に、天然ガスを本天然ガス貯蔵施設へ導入する。本天然ガス貯蔵施設は需要のピーク期間中に、天然ガス成分を本天然ガス供給源へ導入する。

本天然ガス貯蔵施設は、天然ガス供給源からさまざまなガス状、および気化した炭化水素含有供給原料の処理をするよう動作可能である。天然ガスの例としては、湿性天然ガス、乾性天然ガス、油井または随伴ガス、および蒸発した凝縮液を含む。導入された天然ガスは、天然由来材料、またはメタン、エタン（Ｃ２）、液化天然ガス（すなわちメタンとエタンの混合物である）、プロパン（Ｃ３）、ブタン、ＬＰＧ（すなわちプロパンとブタンの混合物である）、ペンタン、およびヘキサンなどの、事前に処理済、もしくは分離済の、いくつかの炭化水素ガスの合成物質の材料であることができる。

導入された天然ガスが本天然ガス貯蔵施設の運転条件で、炭化水素液、または非炭化水素液のどちらも形成しないことが望ましい。凝縮と蒸発は、選択的な分離と吸着剤材料の両方を損傷する。

発電用および消費者向け天然ガスは一般的に、組成の大部分がメタン、その次にエタン、と共にＣ１〜５等アルカン類を含む。いくら前処理済でも、天然ガスは普通少量の非炭化水素混入物質を含有する。可能性のある混入物質は、「不活性」気体（例えば、窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン、ネオンおよびヘリウム）、酸性気体（例えば、硫化水素および二酸化炭素）、異型の化合物（例えば、メルカプタン、硫化物、および二硫化物）、水（蒸発された、有気の）、固体（例えば、砂、鉄錆、「ブラック・パウダー」、元素状硫黄、砒素と水銀化合物、および塩）、および好処理化学生成物（例えば、メタノール、アミン化合物、およびグリコール）を含む。不純物は濃度が数十億分の一（ｐｐｂ）から数千分の一（ｐｐｔ）まで及ぶことができる。非炭化水素不純物は、凝縮液、重天然ガス吸着剤、および細孔性材料と化学的に反応したり、または重天然ガス吸着剤、および細孔性材料の表面上へ吸着したりすることができる。不純物への反復暴露は、時間が経つにつれて、重天然ガス吸着剤、および他の細孔性材料の寿命を短くする可能性があり、それらは高価で交換が困難なものである。
［ガード床システム］

本天然ガス貯蔵施設は本ガード床システムを含む。本ガード床システムは需要の非ピーク期間中に、この導入された天然ガスから不純物を除去するように動作可能である。本ガード床システムはまた、この導入された天然ガスを、選択的に重天然ガス成分と軽天然ガス成分に分離するよう動作可能である。ガード床システムはまた、重天然ガス成分を保持するよう動作可能である。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は重天然ガス吸着剤を含有するガード床システムを含む。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は重天然ガス吸着剤を含み、その場合、重天然ガス吸着剤は細孔性材料である。ガード床システムはまた、重天然ガス成分を放出するよう動作可能である。

ガード床システムは需要の非ピーク期間中に導入された天然ガスから不純物を除去するよう動作可能である。このガード床システムは除去された不純物を放出された重天然ガス成分内に戻す再導入をしない。不純物除去方法とは、ある天然ガス不純物を特に分離するための専用ユニット、例えば、導入された天然ガスから水を除去する塩化カルシウム固体乾燥剤を含む。有用な不純物除去システムは一度に１つ以上の不純物を抽出する。有用な多成分除去システムは、導入された天然ガスから極性不純物だけでなく、無機材料も浄化するよう動作可能である。不純物除去方法は、固体乾燥剤、濾布、シリカ・ジェル、シリカベースのビーズ、活性アルミナ、活性ボーキサイト、結晶性ゼオライトまたは金属アルミのケイ酸塩付き分子篩い、および活性炭または非活性炭、などの１つ以上の不純物除去材料を含むことができる。

ガード床システムは、この導入された天然ガスを選択的に、重天然ガス成分と軽天然ガス成分とに分離するよう動作可能である。三つ以上の炭素を有するアルカンの吸着床システム内への進入防止は、吸着床剤システムの運転温度での、高次アルカンによる炭化水素凝縮液の損傷から軽天然ガス吸着床を守る役目を果たす。重天然ガス成分の繰返された凝縮と蒸発は、軽天然ガス吸着剤材料の長期性能に悪影響を与える。それはまた、高次アルカンの軽天然ガス吸着剤上への吸着を回避したまま、軽天然ガス吸着剤の温度を高次アルカンの凝縮液の温度より低くすることにより、本天然ガス貯蔵施設の軽天然ガス成分貯蔵能力を最大化する。

本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、導入された天然ガスを、Ｃ３＋炭化水素を有する重天然ガス成分、および実質的にプロパンの無いメタンとエタンを有する軽天然ガス成分とに、選択的に分離するように動作可能なガード床システムを含む。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、導入された天然ガスを、Ｃ２＋炭化水素を有する重天然ガス成分、および実質的にエタンの無いメタンを有する軽天然ガス成分に、選択的に分離するよう動作可能なガード床システムを含む。ガード床システム内での炭化水素分離方法は、低温分離、リ−ン・オイル溶液、膜、吸着タワー、および圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）ユニットを含む。

本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、導入された天然ガスから天然ガス不純物を濾過し、それと同時に導入された天然ガスを天然ガス成分に選択的に分離するよう動作可能なガード床システムを含む。このガード床システムは、導入された天然ガスから極性や無機の不純物だけでなく、非極性重天然ガス成分も除去する。極性や無機の不純物は、不純物を捕捉する分離材料上に強く吸着する。アルカンを含むこの非極性有機材料は一時的に表面上に保持され、それからガード床システムの運転条件で、分離材料から繰り返し吸着／脱着パターンで放出される。吸着および分離材料からの放出は、分離材料により異なる速度、およびアルカンの化学的組成で発生し、それは最終的に、導入された天然ガスの重天然ガス成分と軽天然ガス成分とへの分別につながる。これは導入された天然ガスがガード床システムを通って移動する時に発生する。素早く吸着と脱着をする軽天然ガス成分は、重天然ガス成分の前に、ガード床システムを介して移動し、ガード床システムの表面上に長期間保持される。吸着タワーまたは容器、およびアルミナを含有するＰＳＡ、シリカ・ゲル、または分子篩い等は、導入された天然ガスから不純物を除去するためにだけでなく、導入された天然ガスを、軽天然ガス成分と重天然ガス成分とへ分離するためにも有用なシステムの例である。ガード床システムの熱再生は通常、その不純物除去能力と、その選択的分離容量の両方を回復させる。

このガード床システムはまた、重天然ガス成分を保持するよう動作可能である。ガード床システムは重天然ガス成分を貯蔵するよう動作可能な、専用の貯蔵施設を含むことができる。専用の貯蔵施設の例は、タンク、被甲、容器を含む。ガード床システムは、重天然ガス成分を圧縮ガス、深冷液、または飽和したオイルもしくは溶液として保持することができる。

本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、重天然ガス吸着剤を含有した、重天然ガス成分を吸着するよう動作可能であるガード床システムを含む。この吸着貯蔵システムが必要とするエネルギーと設備投資は、同様の能力を有する深冷または圧縮貯蔵システムより少ない。重天然ガス吸着剤は、相対環境条件と吸着剤飽和レベルに基づいて、重天然ガス成分を吸着および脱着するよう動作可能である。この重天然ガス吸着剤は、活性炭、金属有機骨格（ＭＯＦ等）、ゼオライト、分子篩い、炭素繊維、カーボン・ナノチューブなどの天然ガスを吸着する能力を有する、いかなる細孔性材料をも含む。重天然ガス成分貯蔵容器の物理的構造、重天然ガス吸着剤の吸着能力、および保持条件は、ガード床システムのための重天然ガス貯蔵総容量を決める。

この重天然ガス吸着剤は細孔性材料であることができる。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態のための有用な重天然ガス吸着剤は、２１℃の温度で、３５バールから５５バールまでの圧力範囲において、約１００より大きいメタンの貯蔵量比率を有する。

本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、導入された天然ガスから不純物を除去し、導入された天然ガスの重天然ガス成分と軽天然ガス成分とへ選択的に分離し、および需要の非ピーク期間中に重天然ガス成分を保持するよう動作可能である重天然ガス吸着剤を使用したガード床システムを含む。この保持条件は、分離および精製条件と同じ、または異なることができる。このガード床システムの構造は、直列または並列に、または両方で結合された、重天然ガス吸着剤を含有する専用容器を含むことができる。

このガード床システムは、ガード床の液体隔離を許すために運転することができる。ガード床の隔離は、重天然ガス成分を需要ピーク期間まで保持する条件で維持することを可能にする。
［吸着床システム］

本天然ガス貯蔵施設は吸着床システムを含む。本天然ガス貯蔵施設は、需要の非ピーク期間中に、軽天然ガス成分を吸着床システムとへ導入するよう動作可能である。この吸着床システムは、軽天然ガス成分を吸着および保持するよう動作可能である。この軽天然ガス吸着剤は細孔性材料である。この吸着床システムは、需要のピーク期間中に、軽天然ガス成分を脱着するよう動作可能である。

この吸着床システムは、１つまたはそれ以上で、直列または並列、または両方の吸着床を含む。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、エタンおよびメタンを異なる吸着床内に、選択的に分離および吸着するよう動作可能であるこの吸着床システムを含む。

本天然ガス貯蔵施設は、需要のピーク期間中に放出された軽天然ガス成分を、吸着床システムから天然ガス供給源へ移動するよう動作可能である。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、放出された軽天然ガス成分がガード床システムへ移動するように、吸着床システムへ結合されたガード床システムを含む。そのような設備構造は、ガード床システムをパージする、または放出された軽天然ガス成分を放出する、重天然ガス成分と混合して放出された天然ガス生成物を形成することができる。

この吸着床システムは軽天然ガス成分の貯蔵容量を有す。軽天然ガス成分貯蔵容器の物理的構造と、保持条件での軽天然ガス吸着剤の吸着能力が、軽天然ガス成分貯蔵容量を決める。
［温度制御システム］

世界のほとんどの場所において、および特に夏季および冬季に起きる季節のピーク期、ならびに終息期中に、任意の温度制御システムは、吸着、保持および脱着性能の最適化を助けることができる。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は温度制御システムを含む。

この温度制御システムは、ガード床システム、吸着床システム、またはそれら両方の内部温度を調節するよう動作可能である。温度と圧力両方が、特に軽天然ガス吸着剤の、および重天然ガス吸着剤が存在する場合はその天然ガス成分の、保持および放出の量だけでなく全体の貯蔵容量にも、影響を及ぼす。図２と３はこの影響を立証する。炭化水素の吸着は発熱性で、脱着は吸熱性である。温度制御システムは、吸着床から吸着の熱を除去することにより、ガード床システムまたは吸着床システム、または両方の全体貯蔵容量を最大にすることを助ける。温度制御システムは、吸着床内に熱を導入することにより、ガード床システムまたは吸着床システム、または両方の全体貯蔵容量を最小にすることを助ける。

本天然ガス貯蔵施設の有用な一実施形態は、ガード床システムと吸着床システムの温度を別々に調節するよう動作可能である温度制御システムを含む。１つの例は、ガード床システムの温度を監視して維持する一番目の温度制御システム、および吸着床システムの温度を監視して維持する二番目の温度制御システムを有することを含む。本天然ガス貯蔵施設の有用な一実施形態は、電力消費を最小にし、貯蔵ユニットに亙っての制御を維持する、各吸着床の温度を個別に維持するよう動作可能な温度制御システムを含む。

この温度制御システムの運転は、ガード床システム内にある軽天然ガス成分の凝縮または吸着を起こさない。ガード床システムの温度は、ガード床システム内にある軽天然ガス成分の保持を防止するために、吸着床システムの温度より高い温度で維持される。

本天然ガス貯蔵施設へ電力を供給するために、代替エネルギー発電を使用することにより設備を柔軟に配置することができる。代替エネルギー発電は、コンピュータ監視システムの運転、制御弁の動作、熱伝導流体の加熱と冷却、流体の圧縮、および貯蔵ユニットの直接加熱と冷却などの温度制御システムの運転を容易にすることができる。代替エネルギー発電は、本天然ガス貯蔵施設の純ユーティリティー便益を増す。発電していない時に、発電中に、または代替エネルギー電源により充電されたコンデンサ・バンクからの代替エネルギー電源から直接供給された電力は、温度制御システムの運転の「環境的設置面積」を減少することができる。有用な代替エネルギー発電の例は、太陽電池、太陽炉、および風力タービンを含む。
［貯蔵施設圧縮機］

本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は貯蔵施設圧縮機を含む。任意貯蔵施設圧縮機は、ガード床システム、吸着床システム、または両方へ結合する。

この貯蔵施設圧縮機は、天然ガス成分を天然ガス供給源へ導入するために、加圧して貯蔵施設から放出するよう動作可能である。この貯蔵施設圧縮機はまた、ガード床システムと吸着床システムの圧力を、個別にまたは集合して調節するよう動作可能である。貯蔵施設圧縮機は、各床システムが十分に炭化水素の無い状態にあるように、どちらかの床システム内の圧力を大気圧以下に減圧するよう動作可能である。床システム内の圧力を大気圧以下に減圧することは、床システムからの吸着材料を含む天然ガス成分の放出を容易にする。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、ガード床システム内に不完全真空を作り出すよう動作可能な貯蔵施設圧縮機を含む。本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、吸着床システム内に不完全真空を作り出すよう動作可能な貯蔵施設圧縮機を含む。

この貯蔵施設圧縮機は、脱着した天然ガス生成物が形成されるように、圧搾室および圧縮機の乱流流出領域下流の中で脱着した、脱着した重天然ガス成分と脱着した軽天然ガス成分とを一緒に混合するよう動作可能である。

この貯蔵施設圧縮機は、本天然ガス貯蔵施設の圧縮要求事項と運転柔軟性に応じて、直列または並列であることができる。

代替エネルギー発電は、任意の貯蔵施設圧縮機の運転を容易にすることができる。
［支援機器］

実施形態等は、記述した装置、工程、方法、およびシステムを実現可能および動作可能にする、多数の追加の標準部品または機器を含む。この技術に精通した者に知られているそのような機器の例は、熱交換器、ポンプ、ブロア、リボイラ、蒸気生成器、凝縮液処理部品、膜、単段階および多段階圧縮機、分離および分別機器、弁、スイッチ、コントローラ、および圧力／温度／レベル／流れ検知装置を含む。

工程または方法の一部または全部のステップは、人的交流、あらかじめプログラムされたコンピュータ制御および応答システム、またはその組み合わせ、を介して起きる可能性がある。
［需要のピークおよび非ピーク期間］

天然ガス源に対する需要のピーク期間、および需要の非ピーク期間は、本天然ガス貯蔵施設を運転する異なる時間を反映する。天然ガス源は普通、天然ガス輸送システムのことである、しかしながら、ガス甘味化プラント、油井頭部、可動式および固定式貯蔵施設は、天然ガス供給源としての役目を果たすことができる。天然ガスの供給源である天然ガス輸送システムは、天然ガスを顧客と発電機へ供給する天然ガスパイプラインとネットワークを含む。天然ガス供給源は一定容量を有す。

需要のピークおよび非ピーク期間は、天然ガス供給源に関連した条件、または外部環境条件、または両方を観察することにより検知可能である。需要のピーク期間には、天然ガス供給源への導入からより配給量の方が高いか同レベルになる。天然ガス供給源が一定容量を有しているため、需要のピーク期間に関連した検知可能条件は、天然ガスの需要が供給を追い越していることを示し、時間の経過とともに減少する、天然ガス供給源の圧力を含む。需要の非ピーク期間には、配給量が天然ガス供給源内への導入からよりも低いか同等レベルになる。需要の非ピーク期間に関連した検知可能条件は、供給が需要を追い越していることを示し、時間の経過とともに上昇する天然ガス供給源の圧力を含む。

天然ガス供給源に関連した他の検知可能条件は、需要のピーク期間の開始または終了について有用である。需要のピーク期間の開始に関連した有用な検知可能条件の例は、毎日の平均圧力より大きく毎日の平均圧力より高い、または規定圧力値より高い天然ガス供給源システム圧力、下落値の規定率かそれより大きい天然ガス供給源圧力の下落率、および毎日の平均流量より大きいか規定流量値より大きい天然ガス供給源からの流量、を含む。需要のピーク期間の終了に関連した有用な検知可能条件の例は、毎日の平均圧力より低い、毎日の平均圧力より高いが規定圧力値よりは低い、もしくは毎日の平均圧力値より低く規定圧力値よりも低い天然ガス供給源システム圧力、下落値の規定量かそれより大きい天然ガス供給源圧力の下落率、および毎日の平均流量より低いか規定流量値より低い天然ガス供給源からの流量、を含む。

天然ガス供給源に関連した他の検知可能な条件は、需要の非ピーク期間の開始または終了を決定することにも有用である。需要の非ピーク期間の開始に関係する天然ガス供給源に関連した有用な検知可能条件の例は、毎日の平均圧力より高いか毎日の平均圧力より高く規定圧力値よりも高い天然ガス供給源システム圧力、下落値の規定率かそれより大きい天然ガス供給源システム圧力の下落率、および毎日の平均流量より大きいか規定流量値より大きい天然ガス供給源からの流量、を含む。需要のピーク期間の終了に関連した天然ガス供給源に関係する有用な検知可能条件の例は、毎日の平均圧力より低い、毎日の平均圧力より高く規定圧力値より低い、または毎日の平均圧力より低く規定圧力値よりも低い天然ガス供給源システム圧力、および毎日の平均流量より低いか規定流量値より少ない天然ガス供給源からの流量、を含む。

天然ガス供給源に関連しない他の検知可能条件は、本天然ガス貯蔵施設の外の環境を含み、それは需要のピーク期間の開始または終了、または需要の非ピーク期間についても有用である。そのような検知可能条件は、外部温度および時間と温度に対する変更、日光の存在または不足を含む。

天然ガス供給源の条件に関係しないが、需要のピークまたは非ピーク期間の開始または終了に関係する他の検知可能条件は、一日の時間帯である。例えば、２４時間運転サイクルの間に、需要のピーク期間に関連した運転は、最初は午後の中頃から遅くまでの数時間始動し、二回目の日没後から夕方のはじめまでの数時間続けることができる。需要の非ピーク期間に関連した運転は、三回目は真夜中から始動し早朝まで、四回目は日の出後の早朝に終了する。これら二つの期間は、同様のまたは異なる長さの時間であってもよい。

検知可能条件は本天然ガス貯蔵施設の運転性能に関係する可能性がある。例えば、軽天然ガス成分が十分にプロパン無しではないことを検知することは、ガード床システムからのブレークスルーを示す。これは、ガード床システム貯蔵容量が充満されているか、もしくはガード床システムにある天然ガス吸着剤を交換する必要があることを示している。この検知可能条件は、需要の非ピーク期間の終了、および天然ガス運転を集めたことの結果と関連付けされる可能性がある。

この検知可能条件の組み合わせは、需要の期間または非需要の期間の始まり、もしくは終わりと関連付けすることができる。例えば、需要の期間は、天然ガス供給源の圧力が毎日の平均圧力値の時かそれ以下の時、天然ガス供給源の圧力変動率が供給源圧力の下降を示して日光が検知された時に始まる。需要または非需要のピーク期間のどちらかの始まりまたは終わりを示すために有用な、多くの多様な検知可能状条件の組み合わせは多数ある。

本天然ガス貯蔵施設の一実施形態は、検知された条件に基づいて設備を維持することができる自動監視および制御システムを含む。この自動監視および制御システムは、検知可能条件のための監視を許可する事前に確立された命令、および１つ以上の検知可能条件の検知に対応して既定の動作を起動することを含む。検知可能条件の検知に対応する例は、オペレータに対して検知された条件に関連した天然ガス供給源の状態の変化を通知するアラームを鳴らすこと、および検知された条件に対応し、あらかじめプログラムされたコンピュータ・コントローラによる運転手順を自動的に起動することを含む。

需要のピークおよび非ピーク期間は、これらの期間が時間的に差し迫って連続するような、互いに隣接した期間内に起きる可能性がある。本天然ガス貯蔵施設の使用方法の一実施形態は、一番目の需要のピーク期間の終わりと二番目のこれに続く需要の非ピーク期間の始まり、またはその逆に対して、結果を示す検知可能条件を使用することを含む。需要のピークおよび非ピーク期間は、一日の個別の時間に起きる可能性があり、この場合、需要のピーク期間は需要の非ピーク期間に対して時間的に差し迫ってはいない。当該技術分野で「定常運転」として考えられている期間は、この場合、天然ガス供給源からの天然ガス需要と天然ガス供給はほぼ同じで、わずか数秒から数時間までもの長い間、需要のピークと非ピーク期間を分離する可能性がある。

需要の複数のピークと非ピーク期間は、単一の２４時間のサイクル内で発生する可能性がある。需要の複数のピークと非ピーク期間は、急な場合に、または日中の予期しない出来事で発生する可能性がある。例えば、本天然ガス貯蔵施設の下流工程の混乱や運転状態は、少しも気付かずに、需要のピーク期間を需要の非ピークへ変更する可能性がある。天気の事象は、需要条件を変更するだけでなく、一日一年のその時のための別に予想された天然ガス供給源の条件も乱す。
［天然ガス貯蔵施設の使用］

需要の非ピーク期間中に、天然ガス供給源は、天然ガスを本天然ガス貯蔵施設内に導入する。全体の電力消費を減らすために、天然ガス供給源と本天然ガス貯蔵施設間の圧力差が天然ガス流を送る。非ピーク需要中の圧力差が、導入された天然ガスを本天然ガス貯蔵施設内へ送る。

導入された天然ガスがガード床システムへ移動するように、需要の非ピーク期間中に本天然ガス貯蔵施設を運転する。ガード床システムの運転は、重および軽天然ガス成分が形成するように不純物が除去され、導入された天然ガスが選択的に重および軽天然ガス成分に分離されるようなものである。ガード床システムは需要の非ピーク期間中に重天然ガス成分を保持する。軽天然ガス成分は吸着床システムへ移動し、それは需要の非ピーク期間中はそこで軽天然ガス吸着剤により保持される。

需要のピーク期間中、本天然ガス貯蔵施設は、放出された天然ガス成分を天然ガス供給源へ導入する。使用の方法の一実施形態は、放出された重天然ガス成分を天然ガス供給源へ導入することを含む。使用の方法の一実施形態は、放出された軽天然ガス成分を天然ガス供給源へ導入することを含む。使用の方法の一実施形態は、放出された重天然ガス成分と放出された軽天然ガス成分の混合物である放出された天然ガス生成物を、天然ガス供給源へ導入することを含む。使用の方法の一実施形態は、放出された天然ガス生成物が、導入された天然ガスの熱価と近似の熱価を有することを含む。

本天然ガス貯蔵施設は、天然ガス成分の吸着、保持、脱着を容易にするために、ガード床システムと吸着床システム内の温度の変更を利用する。外部環境の温度だけでなく、天然ガス供給源から導入された天然ガスの温度の変更は、軽天然ガス吸着剤の、またあるのであれば重天然ガス吸着剤の、吸着容量を変更することを援助する。温度制御システムを含む本天然ガス貯蔵施設の一実施形態において、温度制御システムが需要の非ピーク期間中に、熱をガード床システムから除去するような、本天然ガス貯蔵施設の使用の方法の一実施形態は、この設備を運転することを含む。この熱の除去は、ガード床システム内にある重天然ガス成分の分離と保持を容易にする。使用の方法の一実施形態は、温度制御システムが需要の非ピーク期間中に、熱を重天然ガス吸着剤から除去するように、本設備を運転することを含む。使用の方法の一実施形態は、温度制御システムが需要の非ピーク期間中に、熱を軽天然ガス吸着剤から除去するように、本設備を運転することを含む。ガード床システムまたは吸着床システム、もしくは両方の中にある吸着材料を冷却することは、現在これらのシステム内にある吸着材料から吸着熱を除去し、保持工程を容易にする。

熱を加えることは、需要のピーク期間中に脱着を容易にすることに対して逆の効果があり、有用である。温度制御システムを含む本天然ガス貯蔵施設の一実施形態において、本天然ガス貯蔵施設の使用の方法の一実施形態は、熱が需要のピーク期間中にガード床システム内に導入されるように、温度制御システムを運転することを含む。本天然ガス貯蔵施設の使用の方法の一実施形態は、熱が需要のピーク期間中に重天然ガス吸着剤内に導入されるように、温度制御システムを運転することを含む。使用の方法の一実施形態は、熱が需要のピーク期間中に軽天然ガス吸着剤内に導入されるように、温度制御システムを運転することを含む。需要のピーク期間中に熱を与えることは、脱着した天然ガス成分の生産を容易にし、床システムと吸着材料を次のサイクルのために準備する。

特に熱が導入された場合に放出された天然ガス成分からのエネルギーは、重天然ガス成分を放出することに使用することができる。本天然ガス貯蔵施設の使用の方法の一実施形態は、軽天然ガス成分の導入によって重天然ガス成分がガード床システムから放出されるように、放出された軽天然ガス成分をガード床システム内へ導入するように、本設備を運転することを含む。ガード床システム内の放出された軽天然ガスと放出された重天然ガスの組み合わせが、放出された天然ガス生成物を形成する。これはガード床システムへ熱を加えることを必要としないことにより、エネルギーを節約するだけでなく、天然ガス供給源の中への導入前に放出された天然ガス生成物の形成を可能にする。

本天然ガス貯蔵施設はまた、天然ガスの本天然ガス貯蔵施設への導入、天然ガス成分の吸着、天然ガス供給源への天然ガス成分の保持、脱着、導入を容易にするために、天然ガス供給源と本天然ガス貯蔵施設間の圧力の変更も利用する。天然ガス供給源の圧力変更だけでなく、任意貯蔵施設圧縮機の使用も、軽天然ガス吸着剤の、またあるのであれば重天然ガス吸着剤の、吸着容量を変更することを援助する。本天然ガス貯蔵施設は、天然ガスをガード床システムまたは吸着床システム内へ導入する、または天然ガス成分をガード床システムまたは吸着床システムから天然ガス供給源へ導入するための圧縮機器を必要としない。本天然ガス貯蔵施設内の圧力は、需要のピーク期間開始時には天然ガス供給源の圧力より高い。本天然ガス供給源の圧力は、需要の非ピーク期間開始時には本天然ガス貯蔵施設内の圧力より高い。

貯蔵施設圧縮機を含む本天然ガス貯蔵施設の一実施形態において、本天然ガス貯蔵施設の使用の方法の一実施形態は、天然ガス供給源から本天然ガス貯蔵施設へ天然ガスを導入中に、貯蔵施設圧縮機を運転することを含む。この貯蔵施設圧縮機をこの期間に運転することは、本天然ガス貯蔵施設と天然ガス供給源間に、天然ガスを本天然ガス貯蔵施設内に引き込む圧力差を形成する可能性がある。天然ガス供給源と本天然ガス貯蔵施設が圧力を均一にした後に天然ガス内への引き込みを続けることは、貯蔵容量の最大化を容易にする。貯蔵施設圧縮機を含む本天然ガス貯蔵施設の一実施形態において、使用の方法の一実施形態は、放出された天然ガス生成物を形成するために、この貯蔵施設圧縮機が放出された軽および重天然ガス成分を一緒に混合し、その混合物が天然ガス供給源へ導入される前に、この貯蔵施設圧縮機を運転することを含む。

使用の方法の一実施形態は、貯蔵施設圧縮機がガード床システム内に大気圧未満の圧力を引き込むように、本設備を運転することを含む。使用の方法の一実施形態は、吸着床システム内に大気圧未満の圧力状態が形成されるように、貯蔵施設圧縮機を運転することを含む。ガード床システムと吸着床システム内を大気圧以下に減圧することは、重および軽天然ガス成分をこれらの床システムから放出することを容易にする。ガード床システムと吸着床システムを需要のピーク期間中に不完全真空下のまま隔離することは、需要の非ピーク期間中に、本天然ガス貯蔵施設と天然ガス供給源間の圧力差を刺激することを助ける。

需要のピーク期間と需要の非ピークの期間の開始と終了を示す検知可能条件は、本天然ガス貯蔵施設の運転を始動および終了させる可能性がある。本天然ガス貯蔵施設の使用の方法の一実施形態は、需要のピーク期間の開始を示す条件を検知することを含む。使用の方法の一実施形態は、需要のピーク期間の終了を示す条件を検知することを含む。使用の方法の一実施形態は、需要の非ピーク期間の開始を示す条件を検知することを含む。使用の方法の一実施形態は、需要の非ピーク期間の終了を示す条件を検知することを含む。検知可能条件は、例えば、供給源圧力、本天然ガス貯蔵施設、時刻、または外部環境と共に、天然ガス供給源と関連付けされる可能性がある。

Claims (25)

1. 天然ガス供給源への昼間需要の効果を減少させるために天然ガス貯蔵施設を使用する方法であって、
   需要の非ピーク期間に前記天然ガス貯蔵施設に前記天然ガスを導入することと、
   前記需要の非ピーク期間に、
   ガード床システムは、導入された前記天然ガスから前記天然ガスの不純物を取り除き、選択的に重天然ガス成分と軽天然ガス成分とに導入された前記天然ガスを分離して、前記需要の非ピーク期間に前記重天然ガス成分を保持し、
   前記軽天然ガス成分は前記ガード床システムから吸着床システムに通過し、
   前記吸着床システムは、前記軽天然ガス成分を軽天然ガス吸着剤に吸着させて、前記需要の非ピーク期間に前記軽天然ガス成分を保持するように、
   天然ガス貯蔵施設を操作することと、
   要求のピーク期間に、
   前記ガード床システムは前記重天然ガス成分を放出し、
   前記吸着床システムは、前記軽天然ガス吸着剤から前記軽天然ガス成分を放出し、
   放出された前記重天然ガス成分と放出された前記軽天然ガス成分は、熱価を有する放出された天然ガス生成物を形成するために混合し、
   前記需要のピーク期間に放出された前記天然ガス生成物を天然ガス供給源に導入するように、
   天然ガス貯蔵施設を操作することと、を含み、
   前記天然ガス貯蔵施設は流体的に結合される前記ガード床システムと前記吸着床システムとを含み、
   前記天然ガス供給源が前記天然ガスを含み、
   前記天然ガスが、不純物、前記軽天然ガス成分、および前記重天然ガス成分を含み、熱価を有する、方法。
2. 前記ガード床システムが重天然ガス吸着剤を含み、吸着によって前記重天然ガス成分を保持するように操作可能である、請求項１に記載の方法。
3. 前記重天然ガス吸着剤が細孔性材料である、請求項２に記載の方法。
4. 前記軽天然ガス成分は実質上プロパンを含有しない、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記軽天然ガス成分は実質上エタンを含有しない、請求項４に記載の方法。
6. 放出された前記天然ガス生成物は、導入された前記天然ガスの熱価に対して、近似の熱価を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記需要の非ピーク期間に、熱が前記ガード床システムから取り除かれるように温度制御システムを操作することと、
   前記需要のピーク期間に、熱が前記ガード床システムに取り入れられるように前記温度制御システムを操作することと、を更に含み、
   前記天然ガス貯蔵施設が前記ガード床システムと結合した前記温度制御システムを更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記需要の非ピーク期間に、熱が前記軽天然ガス吸着剤から取り除かれるように前記温度制御システムを操作することと、
   前記需要のピーク期間に、熱が前記軽天然ガス吸着剤に取り入れられるように前記温度制御システムを操作することと、を更に含み、
   前記天然ガス貯蔵施設が前記吸着床システムと結合した前記温度制御システムを更に含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記天然ガスを前記天然ガス貯蔵施設に導入する間、貯蔵施設圧縮機を操作する工程を更に含み、前記天然ガス貯蔵施設が前記ガード床システムと結合される前記貯蔵施設圧縮機を更に含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記需要のピーク期間に、大気圧未満の条件を前記ガード床システムで形成するように貯蔵施設圧縮機を操作する工程を更に含み、前記天然ガス貯蔵施設が前記ガード床システムと結合される前記貯蔵施設圧縮機を更に含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 需要のピーク期間に、大気圧未満の条件を吸着床システムで形成するように前記貯蔵施設圧縮機を操作する工程を更に含み、前記天然ガス貯蔵施設は、前記吸着床システムと結合される前記貯蔵施設圧縮機を更に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記需要のピーク期間に、放出された前記軽天然ガス成分が前記重天然ガス成分の放出を助けて、前記ガード床システムにおいて放出された前記天然ガス生成物を形成するように前記天然ガス貯蔵施設を操作する工程を更に含み、少なくとも一部の放出された前記軽天然ガス成分が前記ガード床システムに流入するように、前記ガード床システムが前記吸着床システムと流体的に結合されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記需要の非ピーク期間の開始に関連している第１の状態を検出することと、
    前記需要の非ピーク期間の終了に関連している第２の状態を検出することと、
    前記需要のピーク期間の開始に関連している第３の状態を検出することと、
    前記需要のピーク期間の終了に関連している第４の状態を検出することを含み、
    前記第１の状態を検出することが前記天然ガス貯蔵施設に前記天然ガスを導入する前に起こり、
    前記第２の状態を検出することが前記需要の非ピーク期間における前記天然ガス貯蔵施設の操作時に起こり、
    前記第３の状態を検出することが前記需要のピーク期間における前記天然ガス貯蔵施設の操作前に起こり、
    前記第４の状態を検出することが放出された前記天然ガス生成物の前記天然ガス供給源への導入時に起こる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記第２の状態と前記第３の状態が同一である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の状態と前記第４の状態が同一である、請求項１３または請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１〜４のすべての状態が前記天然ガス供給源の圧力と関連する、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 天然ガス供給源への昼間需要の効果を減少させるための天然ガス貯蔵施設であって、
    重天然ガス貯蔵能を有し、導入された天然ガスから不純物を取り除いて、前記天然ガスを重天然ガス成分と軽天然ガス成分に選択的分離して、前記重天然ガス成分を保持し、且つ前記重天然ガス成分を放出するように操作可能なガード床システムと、
    前記ガード床システムと流体的に結合して、軽天然ガス貯蔵能を有し、細孔性材料である軽天然ガス吸着剤を含み、前記軽天然ガス吸着剤を使用することによって前記軽天然ガス成分を保持し、且つ前記軽天然ガス吸着剤から前記軽天然ガス成分を放出するように操作可能な吸着床システムと、
    任意に、別々に前記ガード床システムと前記吸着床システムの両方と結合し、別々に前記ガード床システムと前記吸着床システムの温度を制御するために操作可能な温度制御システムと、
    任意に、別々に前記ガード床システムと前記吸着床システムの両方と結合し、別々に前記ガード床システムと前記吸着床システムの圧力を制御するために操作可能な圧縮システムとを含み、
    導入した前記天然ガスが前記ガード床システムに入るように、前記天然ガス貯蔵施設が天然ガス供給源と結合される、天然ガス貯蔵施設。
18. 前記ガード床システムは、重天然ガス吸着剤を含み、該重天然ガス吸着剤は、導入された前記天然ガスから不純物を取り除き、導入された天然ガスから前記重天然ガス成分と前記軽天然ガス成分とに選択的に分離し、吸着により重天然ガス成分を保持し、且つ脱着により重天然ガス成分を放出するように操作可能である、請求項１７に記載の天然ガス貯蔵施設。
19. 前記重天然ガス吸着剤が細孔性材料である、請求項１８に記載の天然ガス貯蔵施設。
20. 前記細孔性材料は、７７°Ｋでの窒素多孔度測定（ｎｉｔｏｒｏｇｅｎ ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｒｙ）の使用によって、少なくとも８００ｍ^２／ｇのＢＥＴ比表面積値と、少なくとも０．３００ｃｍ^３／ｇの細孔容積を有する、請求項１７〜１９のいずれかの一項に記載の天然ガス貯蔵施設。
21. 前記細孔性材料は、切れ込み形の細孔を有する活性炭であり、７７°Ｋでの窒素多孔度測定を使用によって、０．２０〜０．７５ｇ／ｃｍ^３の嵩密度と、１０〜３０のオングストローム（Å）のＢＪＨ平均孔幅（ＢＪＨ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｒｅ Ｗｉｄｔｈ）を有する、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の天然ガス貯蔵施設。
22. 前記細孔性材料は、５６℃でメタンを使用する、システム圧力４０バールでの吸着量比が６０より大きく、システム圧力５０バールでの吸着量比が６５より大きい、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の天然ガス貯蔵施設。
23. 前記細孔性材料は、２１℃でメタンを使用する、システム圧力３５バールから５５バールの範囲の圧力において、１００より大きい吸着量比を有する、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の天然ガス貯蔵施設。
24. 前記細孔性材料は、２１℃でメタンを使用する、システム圧力５０バールでの吸着量比が１１５より大きく、システム圧力４５バールでの吸着量比が１１０より大きく、システム圧力４０バールでの吸着量比が１００より大きい、請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の天然ガス貯蔵施設。
25. 前記細孔性材料は、２１℃でメタンを使用する、システム圧力３５バールから５５バールの範囲の圧力において、１００より大きい吸着量比を有する、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の天然ガス貯蔵施設。
    

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