RU2616140C1 - Storage method of natural gas by adsorption in industrial gas cylinders - Google Patents
Storage method of natural gas by adsorption in industrial gas cylinders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2616140C1 RU2616140C1 RU2015155629A RU2015155629A RU2616140C1 RU 2616140 C1 RU2616140 C1 RU 2616140C1 RU 2015155629 A RU2015155629 A RU 2015155629A RU 2015155629 A RU2015155629 A RU 2015155629A RU 2616140 C1 RU2616140 C1 RU 2616140C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- adsorption
- hexagonal prisms
- cylinders
- cylinder
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу хранения природного газа метана при помощи адсорбции в общепромышленных газовых баллонах.The invention relates to a method for storing natural methane gas by adsorption in common industrial gas cylinders.
На сегодняшний день транспортирование газового топлива, в частности природного газа, осуществляется преимущественно по газопроводам или в отдельных случаях в специальных системах хранения, в которых газ может находиться в сжатом, сжиженном или связанном состояниях.To date, the transportation of gas fuel, in particular natural gas, is carried out mainly through gas pipelines or, in some cases, in special storage systems in which the gas can be in a compressed, liquefied or bound state.
Способ газопроводной транспортировки природного газа позволяет осуществлять поставки газа потребителям в автономном и непрерывном режимах. Данный способ достаточно широко распространен и технологически доступен. Основным недостатком газопроводного способа является его чрезмерная дороговизна. Даже для небольшого поселения необходимо осуществить целый ряд трудоемких и дорогостоящих работ по укладке газопровода. С каждым годом рентабельность подобных проектов снижается, поскольку крупные потребители, такие как города, крупные села и деревни, в большинстве своем уже подключены. В этом случае для обеспечения труднодоступных и удаленных районов, особенно тех, в которых проживает относительно небольшое количество населения, а также для мобильных источников газового топлива, например, при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций и при развертывании временных рабочих поселений выгоднее транспортировать природный газ в специальных системах хранения.The gas pipeline transportation of natural gas allows gas to be supplied to consumers in an autonomous and continuous mode. This method is quite widespread and technologically available. The main disadvantage of the gas pipeline method is its excessive cost. Even for a small settlement, it is necessary to carry out a number of time-consuming and expensive gas pipeline laying works. Each year, the profitability of such projects is reduced, since large consumers, such as cities, large villages and villages, are for the most part already connected. In this case, it is more profitable to transport natural gas in special storage systems to provide remote and inaccessible areas, especially those in which a relatively small population lives, as well as for mobile sources of gas fuel, for example, during the liquidation of emergency situations and the development of temporary workers' settlements .
Транспортировка природного газа в сжиженном состоянии обычно применяется для перевозки больших объемов газа, особенно в тех случаях, когда строительство газопровода затруднено (например, морским путем). Системы сжиженного природного газа (СПГ) требуют создания специальной инфраструктуры как на месте производства, так и на месте потребления, что оказывает существенные ограничения на использование таких систем. Кроме того, должна быть отмечена повышенная пожаровзрывоопасность систем СПГ, поскольку прочность криогенных сосудов невысока, а плотность испаряющегося природного газа выше плотности воздуха, что приводит к тому, что холодный газ концентрируется и стелется вдоль поверхности земли.Transportation of natural gas in a liquefied state is usually used to transport large volumes of gas, especially in cases where the construction of a gas pipeline is difficult (for example, by sea). Liquefied natural gas (LNG) systems require the creation of special infrastructure both at the place of production and at the place of consumption, which has significant restrictions on the use of such systems. In addition, an increased fire and explosion hazard of LNG systems should be noted, since the strength of cryogenic vessels is low, and the density of evaporating natural gas is higher than air density, which leads to the fact that cold gas is concentrated and spread along the surface of the earth.
Перемещение и хранение природного газа в компримированном виде (сжатый газ в сосуде под давлением) нашло более широкое, по сравнению с СПГ, распространение. На сегодняшний день активно разрабатываются и применяются в реальном секторе экономики передвижные автомобильные газовые заправщики (ПАГЗ), в которых газ перевозится в сжатом до 250 атм (компримированном) состоянии (КПГ - компримированный природный газ). Данные системы достаточно удобны и понятны в части производства и использования, так как основаны на существующих, широко применяемых технологических решениях, в частности они используют стандартные промышленные баллоны для компримирования газа, однако при этом обладают рядом недостатков. Основным недостатком является очень высокое давление, что требует существенных затрат энергии на заправку, а также повышает пожаро- и взрывоопасность данных систем, в том числе и систем их заправки.The transportation and storage of compressed natural gas (compressed gas in a pressure vessel) is more widespread than LNG. Today, mobile automobile gas tankers (PAGZ) are actively developed and applied in the real sector of the economy, in which gas is transported in a compressed state up to 250 atm (compressed) (CNG - compressed natural gas). These systems are quite convenient and understandable in terms of production and use, as they are based on existing, widely used technological solutions, in particular, they use standard industrial cylinders for gas compression, but at the same time they have a number of disadvantages. The main disadvantage is the very high pressure, which requires significant energy costs for refueling, and also increases the fire and explosion hazard of these systems, including their refueling systems.
В последние десятилетия началось активное развитие направлений хранения и транспортировки природного газа в связанном виде: в растворенном виде в углеводородах более высокого порядка, например патент РФ №2224171, в газогидратном состоянии, например патент РФ №2457010, и в адсорбированном виде, например патент РФ №2230251.In recent decades, the active development of the storage and transportation of natural gas in bound form has begun: in dissolved form in higher-order hydrocarbons, for example RF patent No. 2224171, in a gas-hydrated state, for example RF patent No. 2457010, and in an adsorbed form, for example RF patent No. 2230251.
Хранения метана в растворенном и в газогидратном состояниях, как правило, позволяют запасти относительно небольшое количество газа и требуют поддержания системы хранения в специальных условиях (при определенных давлениях и температурах), что препятствует широкому применению данных методов в промышленности. Наибольший интерес в последние годы проявляется к системам адсорбционного аккумулирования природного газа. Отчасти данный интерес объясняется успехами в области синтеза специальных микропористых адсорбентов для аккумулирования газов. С применением данных высокоэффективных материалов адсорбционные системы аккумулирования природного газа приобретают конкурентоспособность по сравнению с «традиционными» системами КПГ.The storage of methane in dissolved and gas hydrate states, as a rule, makes it possible to store a relatively small amount of gas and require maintaining the storage system in special conditions (at certain pressures and temperatures), which prevents the widespread use of these methods in industry. In recent years, the greatest interest has been shown in adsorption systems for natural gas. In part, this interest is due to advances in the synthesis of special microporous adsorbents for gas storage. Using these highly efficient materials, adsorption systems for the accumulation of natural gas become competitive in comparison with “traditional” CNG systems.
Адсорбционные системы по количеству аккумулируемого газа (150-180 нм3 метана/м3 баллона) несколько проигрывают КПГ (200-240 нм3/м3), однако функционируют в области малых и средних давлений (от 3 до 10 МПа против 20-25 МПа для КПГ). Кроме того, адсорбционные системы аккумулирования природного газа за счет меньшего давления (по сравнению с КПГ), адсорбированного состояния природного газа в микропорах, а также за счет повышенной теплоемкости (что играет существенную роль при пожаре) обеспечивают существенное снижение пожаровзрывоопасности по сравнению с традиционными системами хранения и транспортировки.In terms of the amount of accumulated gas (150-180 nm 3 methane / m 3 cylinder), adsorption systems lose some of the CNG (200-240 nm 3 / m 3 ), but they function in the range of low and medium pressures (from 3 to 10 MPa against 20-25 MPa for CNG). In addition, adsorption systems for the accumulation of natural gas due to lower pressure (compared to CNG), the adsorbed state of natural gas in micropores, and also due to the increased heat capacity (which plays a significant role in a fire) provide a significant reduction in fire and explosion hazard compared to traditional storage systems and transportation.
Среди способов хранения природного газа в адсорбированном виде можно выделить следующие:Among the methods for storing natural gas in adsorbed form, the following can be distinguished:
Аккумулирование газа внутри нанопор твердого носителя, патент РФ №2319893, включающее трехстадийный процесс с использованием газообразной присадки. На первой стадии данного процесса проводят адсорбцию газообразного вещества и вещества присадки при повышенной температуре и высоком давлении, на второй стадии температуру системы понижают до температуры хранения, а давление - до нормального, и на третьей стадии систему регулируемо нагревают до температуры, обеспечивающей требуемый отбор газа. В установке для аккумулирования газа внутри нанопор твердого носителя материал адсорбента имеет нанопоры с диаметром 4-20Å, а диаметр молекул присадки на 1.5-4Å меньше диаметра нанопор, но при этом больше или равен диаметру молекул адсорбированного газа. Недостатком данного способа является сложная трехстадийная система аккумулирования газа с необходимостью изменения температур и давлений, что существенно снижает энергоэффективность системы аккумулирования.Accumulation of gas inside nanopores of a solid carrier, RF patent No. 2319893, including a three-stage process using a gaseous additive. At the first stage of this process, gaseous and additive substances are adsorbed at elevated temperature and high pressure, at the second stage, the temperature of the system is lowered to storage temperature, and pressure is returned to normal, and at the third stage, the system is regulated to be heated to a temperature ensuring the required gas extraction. In the installation for gas storage inside nanopores of a solid support, the adsorbent material has nanopores with a diameter of 4–20 Å, and the diameter of the additive molecules is 1.5–4 Å less than the diameter of the nanopores, but it is greater than or equal to the diameter of the adsorbed gas molecules. The disadvantage of this method is a complex three-stage gas storage system with the need for temperature and pressure changes, which significantly reduces the energy efficiency of the storage system.
Способ хранения природного газа при помощи адсорбции, патент РФ №2230251, включает разделение природного газа на компонент с низким числом атомов углерода, содержащий в основном метан и этан, и компонент с высоким числом атомов углерода, содержащий в основном пропан, бутан и т.п. Компонент с низким числом атомов углерода хранят посредством адсорбции в первом адсорбционном резервуаре. Компонент с высоким числом атомов углерода хранят посредством адсорбции во втором адсорбционном резервуаре. Недостатком данного изобретения является необходимость использования конденсатора углеводородов с высоким содержанием атомов углерода при температурах от минус 50 до минус 100°С, что снижает энергоффективность аккумулирования метана и усложняет конструкцию и эксплуатацию системы хранения.The method of storing natural gas by adsorption, RF patent No. 2230251, includes the separation of natural gas into a component with a low number of carbon atoms, containing mainly methane and ethane, and a component with a high number of carbon atoms, containing mainly propane, butane, etc. . The low carbon atom component is stored by adsorption in a first adsorption tank. The high carbon atom component is stored by adsorption in a second adsorption tank. The disadvantage of this invention is the need to use a hydrocarbon condenser with a high content of carbon atoms at temperatures from minus 50 to minus 100 ° C, which reduces the energy efficiency of methane storage and complicates the design and operation of the storage system.
Наиболее технически простым и распространенным способом аккумулирования природного газа в адсорбированном виде является аккумулирование в общепромышленных и специальных сосудах, работающих под давлением, заполненных микропористыми адсорбентами. Однако из-за сложности создания и безопасной эксплуатации специализированных конструкций, выдерживающих давление порядка 7…10 МПа, например емкость для хранения газов РФ №2339870, состоящая из пучка полых капилляров, как правило, при адсорбционном способе хранения природного газа, или многокамерные сосуды для аккумулирования и хранения сжатого газа при разных уровнях компрессии, патент РФ №2177107, как правило, подразумевают использование промышленных систем хранения газов, в частности стандартных баллонов по ГОСТ 949 с различными наполнителями.The most technically simple and common way to accumulate natural gas in an adsorbed form is to accumulate in general industrial and special pressure vessels filled with microporous adsorbents. However, due to the complexity of creating and safe operation of specialized structures that can withstand pressure of about 7 ... 10 MPa, for example, a gas storage tank of the Russian Federation No. 2339870, consisting of a bundle of hollow capillaries, as a rule, with the adsorption method of storing natural gas, or multi-chamber storage vessels and storage of compressed gas at different levels of compression, RF patent No. 2177107, as a rule, imply the use of industrial gas storage systems, in particular standard cylinders according to GOST 949 with various fillers E.
Однако техническая реализация подобных систем обладает рядом особенностей. Баллоны стальные по ГОСТ 949, специализированные баллоны по ГОСТ 9731 и схожие баллоны, выполненные по ТУ предприятий изготовителей, имеют «узкую» горловину, через которую можно заполнить баллон адсорбентом и в которую впоследствии вкручивается вентиль для подачи и сброса газа. Узкий диаметр горловины баллона не позволяет заполнить весь внутренний объем последнего адсорбционным материалом. Ввиду чего, как правило, при создании адсорбционных материалов акцент делается только на адсорбционной способности пористых материалов по аккумулируемому газу, а не на комплексе свойств адсорбционного материала, включающих также их насыпную плотность, размеры и форму гранул, обеспечивающие наиболее полное заполнение системы хранения, что также оказывает существенное влияние на эффективность систем аккумулирования природного газа.However, the technical implementation of such systems has a number of features. Steel cylinders in accordance with GOST 949, specialized cylinders in accordance with GOST 9731 and similar cylinders made in accordance with the specifications of manufacturers, have a “narrow” neck through which the balloon can be filled with adsorbent and into which a valve is subsequently screwed for gas supply and discharge. The narrow diameter of the neck of the container does not allow filling the entire internal volume of the latter with adsorption material. In view of this, as a rule, when creating adsorption materials, the emphasis is only on the adsorption capacity of porous materials for the accumulated gas, and not on the set of properties of the adsorption material, including also their bulk density, size and shape of granules, which provide the most complete filling of the storage system, which also has a significant impact on the effectiveness of natural gas storage systems.
Наиболее часто для систем аккумулирования метана предлагается использовать порошкообразные материалы, например наноструктурированный микропористый углеродный материал, обладающий объемом микропор VМИ=1.48…1.87 см3/г, патент РФ №2307704, или гранулированный углеродный материал, с цилиндрическими гранулами диаметром 3…10 мм, объемом микропор 0.5…1.4 см3/г, патент РФ №2378046. Такие материалы из-за формы гранул обладают достаточно малым насыпным весом и соответственно большим объемом газовой фазы, образуемом пространством между гранул, вплоть до 40% объема системы хранения, что приводит к потере эффективности газовых аккумуляторов. Кроме того, использование этих материалов в процессе «адсорбция - десорбция» приводит к истиранию гранул адсорбента друг о друга и, как следствие, к повышенному пылеобразованию, что приводит к ухудшению газодинамических характеристик системы аккумулирования и увеличению пожароопасности.Most often, it is proposed to use powdered materials for methane storage systems, for example, nanostructured microporous carbon material having a micropore volume V MI = 1.48 ... 1.87 cm 3 / g, RF patent No. 2307704, or granular carbon material, with cylindrical granules with a diameter of 3 ... 10 mm, the micropore volume of 0.5 ... 1.4 cm 3 / g, RF patent No. 2378046. Due to the shape of the granules, such materials have a sufficiently small bulk density and a correspondingly large volume of the gas phase formed by the space between the granules, up to 40% of the storage system volume, which leads to a loss in the efficiency of gas accumulators. In addition, the use of these materials in the adsorption-desorption process leads to abrasion of the adsorbent granules against each other and, as a result, to increased dust formation, which leads to a deterioration in the gas-dynamic characteristics of the storage system and an increase in fire hazard.
Выходом из подобной ситуации является использование блочных (формованных) адсорбентов, которые позволяют максимально полно заполнить объем системы хранения, что, во-первых, позволяет избежать проблемы истирания адсорбента, и, во-вторых, увеличить объем аккумулированного газа. Однако использование блочных материалов подразумевает использование специализированных разъемных адсорберов, как правило, форме которых соответствует адсорбционный материал.The way out of this situation is the use of block (molded) adsorbents, which make it possible to fill the volume of the storage system as much as possible, which, firstly, avoids the problem of attrition of the adsorbent, and, secondly, increases the volume of accumulated gas. However, the use of block materials implies the use of specialized detachable adsorbers, as a rule, the shape of which corresponds to the adsorption material.
Наиболее близкими по сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению являются устройство для хранения газа, способ хранения газа, агент для адсорбции и удерживания метана, комплекс дикарбоновой кислоты с медью, патент РФ №2148204. При вышеуказанном способе хранения газа для его адсорбции и хранения используют адсорбционно-удерживающее вещество, которое в качестве основного компонента включает в себя металлоорганический комплекс с одномерной канальной структурой. Данный адсорбционный материал содержит комплекс дикарбоновой кислоты, растворенной в органическом растворителе, с раствором, содержащим, по крайней мере, одну соль, выбранную из группы солей меди, молибдена, хрома, родия, вольфрама и палладия. Такой металлоорганический комплекс адсорбирует и удерживает необходимый газ, содержащий метан в качестве основного компонента, и эта адсорбция может происходить в условиях повышенного давления и нормальной температуры.The closest in essence and the achieved result to the claimed invention are a device for storing gas, a method for storing gas, an agent for adsorption and retention of methane, a complex of dicarboxylic acid with copper, RF patent No. 2148204. In the above method of storing gas for its adsorption and storage using an adsorption-retaining substance, which as the main component includes an organometallic complex with a one-dimensional channel structure. This adsorption material contains a complex of a dicarboxylic acid, dissolved in an organic solvent, with a solution containing at least one salt selected from the group of salts of copper, molybdenum, chromium, rhodium, tungsten and palladium. Such an organometallic complex adsorbs and retains the necessary gas containing methane as the main component, and this adsorption can occur under conditions of high pressure and normal temperature.
Недостатком данного способа является использование в системе хранения металлорганического комплекса, так как при адсорбции природного газа примесь воды из него будет встраиваться в структуру комплекса, уменьшать пространство микропор и тем самым снижать эффективность аккумулирования газа. Металлорганический комплекс, как правило, получается в виде порошка, и в ряде случаев для повышения насыпной плотности формуется в гранулы, ввиду чего при засыпке его в баллон доля пространства, не занятого адсорбентом, может достигать 40%, что существенно снижает эффективность аккумулирования. Кроме того, широко известно, что подавляющее большинство металлорганических комплексов чувствительны к механическим нагрузкам, в том числе и циклическим, поэтому применение таких материалов в системах аккумулирования со временем будет приводить к деградации материала и снижению эффективности работы аккумулятора.The disadvantage of this method is the use of an organometallic complex in the storage system, since during the adsorption of natural gas an admixture of water from it will be built into the structure of the complex, reduce the space of micropores and thereby reduce the efficiency of gas storage. The organometallic complex, as a rule, is obtained in the form of a powder, and in some cases, to increase the bulk density, it is molded into granules, which is why when filling it with a balloon, the fraction of space not occupied by the adsorbent can reach 40%, which significantly reduces the efficiency of accumulation. In addition, it is widely known that the vast majority of organometallic complexes are sensitive to mechanical stresses, including cyclic, therefore, the use of such materials in storage systems will eventually lead to degradation of the material and lower battery efficiency.
Техническим результатом заявляемого способа хранения природного газа при помощи адсорбции являются увеличение количества запасаемого газа в промышленных газовых баллонах и снижение пожаровзрывоопасности систем хранения.The technical result of the proposed method for storing natural gas using adsorption is to increase the amount of gas stored in industrial gas cylinders and reduce the fire and explosion hazard of storage systems.
Технический результат достигается тем, что в способе хранения природного газа при помощи адсорбции в промышленных газовых баллонах, заключающемся в том, что внутренний объем баллонов заполняют адсорбционным материалом высокой насыпной плотности, согласно изобретению баллоны заполняются микропористым углеродным адсорбционным материалом с развитой пористостью, который предварительно отформовывают в виде шестигранных призм, диаметр окружности основания которых не менее чем на 15% меньше, чем отверстие в горловине баллона.The technical result is achieved by the fact that in the method of storing natural gas by adsorption in industrial gas cylinders, namely, the internal volume of the cylinders is filled with adsorption material of high bulk density, according to the invention, the cylinders are filled with microporous carbon adsorption material with developed porosity, which is preformed into in the form of hexagonal prisms, the diameter of the circumference of the base of which is not less than 15% less than the hole in the neck of the container.
При этом призмы укладываются таким образом, чтобы соприкосновение между соседними блоками адсорбционного материала осуществлялось по соответствующим граням, а основание шестигранных призм было перпендикулярно стенке цилиндрической части баллона, чтобы минимизировать свободное пространство между образцами. При должной укладке достигается максимально плотная упаковка адсорбента в баллоне, не менее 95% пористого материала в объеме баллона. На Фиг. 1 представлен один из вариантов укладки шестигранных призм в баллон, вид сверху.In this case, the prisms are laid in such a way that the contact between adjacent blocks of adsorption material is carried out along the corresponding faces, and the base of the hexagonal prisms is perpendicular to the wall of the cylindrical part of the container in order to minimize the free space between the samples. With proper installation, the most dense packing of the adsorbent in the container is achieved, at least 95% of the porous material in the volume of the container. In FIG. 1 shows one of the options for laying hexagonal prisms in a cylinder, top view.
В способе используют микропористый углеродный адсорбционный материал с развитой пористостью с шириной микропор не более 3 нм, который предварительно формуют под давлением не менее 500 кгс/см2 с использованием полимерного связующего, состав которого включает в себя молекулы эффективного размера, большего, чем ширина микропор.The method uses microporous carbon adsorption material with developed porosity with a micropore width of not more than 3 nm, which is preformed under pressure of at least 500 kgf / cm 2 using a polymer binder, the composition of which includes molecules of an effective size larger than the width of the micropores.
Грани шестигранных призм перед закладкой в баллон или непосредственно в баллоне покрывают клеем, соответствующим или близким по свойствам к полимерному связующему, используемому при формовании шестигранных призм, состав которого включает в себя молекулы эффективного размера, большего, чем ширина микропор.The faces of the hexagonal prisms, before laying in the container or directly in the container, are coated with glue corresponding or similar in properties to the polymer binder used in the formation of the hexagonal prisms, the composition of which includes molecules of an effective size larger than the width of the micropores.
Подобная сотовая форма шестигранных призм обеспечивает унификацию и взаимозаменяемость блоков адсорбционного материала, что создает возможность эффективного использования таких адсорбционных материалов на баллонах практически любого диаметра.Such a honeycomb shape of hexagonal prisms provides unification and interchangeability of blocks of adsorption material, which makes it possible to effectively use such adsorption materials on cylinders of almost any diameter.
Шестигранные призмы образуют достаточно плотную и прочную структуру, в которой даже разрушение одного образца не приводит к разрушению всей структуры, поскольку каждый образец фиксируется 6 образцами вокруг него или не менее 4 образцами вблизи стенок баллона. Разрушение одного из них не «освобождает» фиксируемый образец.Hexagonal prisms form a fairly dense and strong structure in which even the destruction of one sample does not lead to the destruction of the entire structure, since each sample is fixed by 6 samples around it or at least 4 samples near the walls of the balloon. Destruction of one of them does not “release” the fixed sample.
Разрушение образцов в баллоне может вызывать пылеобразование. С целью снижения вероятности разрушения образцов при вибрациях в процессе эксплуатации допускается соединять блоки клеем, соответствующим или близким по свойствам к полимерному связующему, используемому при формовании, т.е. с эффективным размером молекул, не допускающим проникновения молекул клея внутрь микропор. Для этого клей должен быть образован молекулами эффективного размера, большего, чем ширина микропор. При этом допускается наносить клей как перед закладкой образцов адсорбционного материала в баллон, так и непосредственно в баллоне.Destruction of samples in the bottle can cause dust formation. In order to reduce the likelihood of destruction of the samples during vibrations during operation, it is possible to connect the blocks with glue that matches or is close in properties to the polymer binder used during molding, i.e. with an effective molecular size that prevents the penetration of adhesive molecules into micropores. For this, the adhesive must be formed by molecules of effective size, larger than the width of the micropores. In this case, it is allowed to apply glue both before laying samples of the adsorption material in the container, and directly in the container.
Для осуществления способа используется порошкообразный или дробленый углеродный адсорбент эффективной шириной пор не более 3 нм, который формуется при использовании полимерного связующего при давлении не менее 500 кгс/см2 в шестигранные блоки (шестиугольные призмы), имеющие диаметр описанной окружности основания не менее чем на 15% меньше, чем отверстие в горловине баллона. Высота призмы не имеет жестких ограничений, однако для обеспечения наибольшей жесткости блока адсорбционного материала ее следует ограничивать уровнем 1.5…2 диаметра описанной окружности основания призмы. После формования адсорбционный материал сушится при температуре около 120°С в течение не менее 8 часов.To implement the method, a powdered or crushed carbon adsorbent with an effective pore width of not more than 3 nm is used, which is molded using a polymer binder at a pressure of at least 500 kgf / cm 2 into hexagonal blocks (hexagonal prisms) having a diameter of the described base circumference of at least 15 % less than the hole in the neck of the container. The height of the prism does not have strict restrictions, however, to ensure the greatest rigidity of the block of adsorption material, it should be limited to 1.5 ... 2 diameters of the circumference of the base of the prism. After molding, the adsorption material is dried at a temperature of about 120 ° C for at least 8 hours.
Для улучшения газодинамики допускается в центре баллона оставлять отверстие по всей высоте или ее части, которое следует ограничить трубкой или шестигранной призмой из тонкого перфорированного материала, например пластика или металла.To improve gas dynamics, it is allowed to leave a hole in the center of the cylinder along the entire height or part thereof, which should be limited by a tube or a hexagonal prism made of thin perforated material, such as plastic or metal.
Технический эффект заявляемого способа хранения природного газа метана заключается в создании простой, надежной и при этом обладающей высокой адсорбционной емкостью по аккумулируемому газу системы хранения. Высокая адсорбционная емкость по природному газу достигается за счет использования эффективных микропористых адсорбционных материалов, упакованных блоками в сотовую структуру, что позволяет достичь не менее 95% заполнения объема баллона адсорбционным материалом высокой насыпной плотности. Кроме того, такая система обладает низкой пожаровзрывоопасностью, т.к. используемые адсорбционные материалы обладают малым пылением, а плотность упаковки шестигранных блоков адсорбционного материала обеспечивает снижение пыления за счет уменьшения трения шестигранных призм в процессе эксплуатации системы хранения.The technical effect of the proposed method for storing natural methane gas is to create a simple, reliable and at the same time high storage adsorption capacity for the accumulated gas storage system. High adsorption capacity for natural gas is achieved through the use of effective microporous adsorption materials packaged in blocks in a honeycomb structure, which allows to achieve at least 95% filling of the cylinder volume with adsorption material of high bulk density. In addition, such a system has a low fire and explosion hazard, because the adsorption materials used have low dusting, and the packing density of the hexagonal blocks of the adsorption material ensures dust reduction by reducing the friction of the hexagonal prisms during operation of the storage system.
Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.The invention is illustrated by the following example.
В качестве адсорбционного материала используется порошкообразный углеродный адсорбент на основе торфа с эффективной шириной пор, определенной по изотерме стандартного пара азота при 77 К около 1.2 нм. Адсорбент формовался при использовании полимерного связующего - латекса в шестигранные блоки диаметром описанной окружности 36-0.3 мм, высотой 80…100 мм. Насыпной вес полученного адсорбционного материала составляет около 550 кг/м3. Такой адсорбционный материал позволяет обеспечить съем, выдавать потребителю метана при сбросе давления от 70 до 1 бар не менее 150 нл(СН4)1/л (1 нл(СН4) - литр метана при нормальной температуре и давлении (293 К и 1 бар) (системы хранения).As an adsorption material, a powdery carbon adsorbent based on peat with an effective pore width determined by the isotherm of a standard nitrogen vapor at 77 K at about 1.2 nm is used. The adsorbent was molded using a polymer binder - latex into hexagonal blocks with a diameter of the circumscribed circle of 36-0.3 mm, a height of 80 ... 100 mm. The bulk density of the obtained adsorption material is about 550 kg / m 3 . Such adsorption material makes it possible to remove, give out to the consumer methane with a pressure drop of 70 to 1 bar, at least 150 nl (CH 4 ) 1 / l ( 1 nl (CH 4 ) - a liter of methane at normal temperature and pressure (293 K and 1 bar ) (storage systems).
Полученные шестигранные призмы размещались в баллонах объемом 100 л, выполненных по ТУ 1410-007-29416612-2005, с диаметром горлового отверстия 68 мм. В центре на всю высоту баллона была расположена медная перфорированная трубка для улучшения газодинамики. Шестигранные призмы располагались таким образом, чтобы их основание было перпендикулярно стенке баллона в его цилиндрической части, так чтобы соседние призмы соприкасались соответствующими гранями. Промежуточный результат закладки адсорбента в форме шестигранных призм представлен на Фиг. 2. Подобная упаковка позволила заполнить объем баллона на 96%.The resulting hexagonal prisms were placed in 100 liter cylinders made in accordance with TU 1410-007-29416612-2005, with a neck opening diameter of 68 mm. A copper perforated tube was located in the center for the entire height of the container to improve gas dynamics. Hexagonal prisms were arranged so that their base was perpendicular to the wall of the cylinder in its cylindrical part, so that adjacent prisms were in contact with the corresponding faces. An intermediate result of laying the adsorbent in the form of hexagonal prisms is shown in FIG. 2. Such packaging made it possible to fill the volume of the container by 96%.
В нормальных условиях (при комнатных температурах, без подведения дополнительной энергии) такая система хранения позволила выдавать потребителю до 150 нл(СН4)/л(системы хранения). Таким образом, формование адсорбционного материала в шестигранные призмы и максимально плотная упаковка таких призм в системе хранения позволяют сохранить показатели аккумулирования в реальных системах практически такие же, как и при исследовании малых лабораторных образцов.Under normal conditions (at room temperature, without supplying additional energy), such a storage system allowed the user to issue up to 150 nl (CH 4 ) / l (storage system). Thus, the formation of adsorption material in hexagonal prisms and the most dense packing of such prisms in the storage system allows us to maintain the accumulation indicators in real systems are almost the same as in the study of small laboratory samples.
Изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отступления от его сути или существенных признаков. Поэтому данный пример осуществления изобретения следует во всех отношениях рассматривать как иллюстративный и неограничительный.The invention may be embodied in other specific forms without departing from its essence or essential features. Therefore, this embodiment of the invention should in all respects be regarded as illustrative and non-limiting.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015155629A RU2616140C1 (en) | 2015-12-24 | 2015-12-24 | Storage method of natural gas by adsorption in industrial gas cylinders |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015155629A RU2616140C1 (en) | 2015-12-24 | 2015-12-24 | Storage method of natural gas by adsorption in industrial gas cylinders |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2616140C1 true RU2616140C1 (en) | 2017-04-12 |
Family
ID=58642468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015155629A RU2616140C1 (en) | 2015-12-24 | 2015-12-24 | Storage method of natural gas by adsorption in industrial gas cylinders |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2616140C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2665564C1 (en) * | 2017-07-28 | 2018-08-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый сервис и консалтинг" (ООО "ИнСК") | System for storage fuel gases |
| RU2744400C2 (en) * | 2018-12-24 | 2021-03-09 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Blocky microporous carbon adsorbent and method for production thereof |
| RU2781395C1 (en) * | 2021-10-04 | 2022-10-11 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Method for above-ground adsorption storage of natural gas, methane and complex for implementation thereof (variants) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2148204C1 (en) * | 1995-02-13 | 2000-04-27 | Осака ГЭС Ко. Лтд. | Gas storage device, method of gas storing, agent for adsorption and holding of methane, complex of dicarbozylic acid with copper |
| US6132492A (en) * | 1994-10-13 | 2000-10-17 | Advanced Technology Materials, Inc. | Sorbent-based gas storage and delivery system for dispensing of high-purity gas, and apparatus and process for manufacturing semiconductor devices, products and precursor structures utilizing same |
| US20040247957A1 (en) * | 2003-06-09 | 2004-12-09 | Nissan Motor Co., Ltd. | Hydrogen storage material and method for producing the same |
| RU2319893C1 (en) * | 2006-08-01 | 2008-03-20 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН | Method and device for storing gas inside solid carrier |
-
2015
- 2015-12-24 RU RU2015155629A patent/RU2616140C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6132492A (en) * | 1994-10-13 | 2000-10-17 | Advanced Technology Materials, Inc. | Sorbent-based gas storage and delivery system for dispensing of high-purity gas, and apparatus and process for manufacturing semiconductor devices, products and precursor structures utilizing same |
| RU2148204C1 (en) * | 1995-02-13 | 2000-04-27 | Осака ГЭС Ко. Лтд. | Gas storage device, method of gas storing, agent for adsorption and holding of methane, complex of dicarbozylic acid with copper |
| US20040247957A1 (en) * | 2003-06-09 | 2004-12-09 | Nissan Motor Co., Ltd. | Hydrogen storage material and method for producing the same |
| RU2319893C1 (en) * | 2006-08-01 | 2008-03-20 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН | Method and device for storing gas inside solid carrier |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2665564C1 (en) * | 2017-07-28 | 2018-08-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый сервис и консалтинг" (ООО "ИнСК") | System for storage fuel gases |
| US10928005B2 (en) | 2017-07-28 | 2021-02-23 | H2-Energy Limited Liability Company | Multicapillary system for storing fuel gases |
| RU2744400C2 (en) * | 2018-12-24 | 2021-03-09 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Blocky microporous carbon adsorbent and method for production thereof |
| RU2781395C1 (en) * | 2021-10-04 | 2022-10-11 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Method for above-ground adsorption storage of natural gas, methane and complex for implementation thereof (variants) |
| RU2787636C1 (en) * | 2022-07-18 | 2023-01-11 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Method for storing natural gas in an adsorbent bed |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5473904A (en) | Method and apparatus for generating, transporting and dissociating gas hydrates | |
| AU725172B2 (en) | Method and vessel for the storage of gas | |
| US9328868B2 (en) | Method of increasing storage capacity of natural gas tank | |
| Petitpas et al. | A comparative analysis of the cryo-compression and cryo-adsorption hydrogen storage methods | |
| Nie et al. | Research on the theory and application of adsorbed natural gas used in new energy vehicles: A review | |
| Shkolin et al. | Experimental study and numerical modeling: Methane adsorption in microporous carbon adsorbent over the subcritical and supercritical temperature regions | |
| Wu et al. | Adsorbed natural gas storage for onboard applications | |
| US20160186932A1 (en) | Process for filling a sorption store with gas | |
| US5787605A (en) | Method of storing and transporting gases | |
| RU2616140C1 (en) | Storage method of natural gas by adsorption in industrial gas cylinders | |
| Shen et al. | Effects of textural and surface characteristics of metal-organic frameworks on the methane adsorption for natural gas vehicular application | |
| RU2001103053A (en) | METHOD AND INSTALLATION FOR GAS ACCUMULATION, SUBSTANCE, ABSORBING GAS, AND METHOD FOR PRODUCING IT | |
| US10434870B2 (en) | Adsorption storage tank for natural gas | |
| Rodríguez-Reinoso et al. | Methane storage on nanoporous carbons | |
| WO2021067661A1 (en) | Mobile natural gas storage and transportation unit based on adsorption | |
| US11644153B2 (en) | Systems and methods of use of carbon-based pellets in adsorbed natural gas facility | |
| EP0875714A1 (en) | Method and apparatus for treating bog in a low temperature liquid storage tank | |
| JPH10299994A (en) | Mass transport method for gas | |
| JP3710594B2 (en) | Automotive fuel gas tank and automotive fuel gas station | |
| Hamza et al. | Natural gas adsorption on biomass derived activated carbons: A mini review | |
| JP3809894B2 (en) | Gas storage method | |
| US20050005831A1 (en) | Shipboard system for transportation of natural gas in zeolites | |
| Arora et al. | Storage of natural gas by adsorption process | |
| JP4812194B2 (en) | Natural gas adsorption storage device and adsorption storage method | |
| Munson et al. | Natural gas storage with zeolites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180116 Effective date: 20180116 |