RU2648387C1 - Absorptive gas terminal - Google Patents
Absorptive gas terminal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648387C1 RU2648387C1 RU2016149429A RU2016149429A RU2648387C1 RU 2648387 C1 RU2648387 C1 RU 2648387C1 RU 2016149429 A RU2016149429 A RU 2016149429A RU 2016149429 A RU2016149429 A RU 2016149429A RU 2648387 C1 RU2648387 C1 RU 2648387C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adsorption
- gas
- gas terminal
- adsorption gas
- natural gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- F17C11/007—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrocarbon gases, such as methane or natural gas, propane, butane or mixtures thereof [LPG]
Abstract
Description
Изобретение относится к конструкциям системы хранения и транспортировки природного газа в адсорбированном виде.The invention relates to the construction of a system for storage and transportation of natural gas in an adsorbed form.
Основной проблемой, сдерживающей широкое развитие применения газового топлива для удаленных от газовых магистралей потребителей, является отсутствие энергоэффективных, пожаро-взрывобезопасных систем хранения и транспортировки, обладающих повышенным запасом природного газа, т.е. высокой плотностью аккумулированного газа.The main problem holding back the widespread development of the use of gas fuel for consumers remote from gas pipelines is the lack of energy-efficient, fire-explosion-proof storage and transportation systems with an increased supply of natural gas, i.e. high density of accumulated gas.
Наиболее перспективным среди способов хранения и выдачи природного газа потребителю на настоящий момент является адсорбционное аккумулирование. Преимущественное положение адсорбционных систем аккумулирования метана обусловлено следующими основополагающими факторами:The most promising among the methods of storage and distribution of natural gas to the consumer at the moment is adsorption accumulation. The advantageous position of adsorption methane storage systems is determined by the following fundamental factors:
- аккумулирование и хранение может происходить при нормальных или приближенных к нормальным условиям, в частности от минус 40 до плюс 50°C, то есть отсутствует необходимость создания специальных мероприятий для хранения, как, например, для систем со сжиженным природным газом, или аккумулированием метана в газогидратном состоянии;- accumulation and storage can occur under normal or close to normal conditions, in particular from minus 40 to plus 50 ° C, that is, there is no need to create special measures for storage, such as for systems with liquefied natural gas, or the accumulation of methane in gas hydrate state;
- энергоэффективность адсорбционных систем: пониженные энергетические затраты при заправке по сравнению с системами с компримированным природным газом ввиду возможности работы систем при пониженном давлении вплоть до 35 бар без потери абсолютной эффективности хранения, а также по сравнению с энергетическими затратами на сжижение природного газа;- energy efficiency of adsorption systems: reduced energy costs when refueling compared to compressed natural gas systems due to the possibility of systems operating at reduced pressure up to 35 bar without loss of absolute storage efficiency, as well as compared to energy costs for liquefying natural gas;
- отсутствие энергозатрат и потерь топлива при хранении природного газа по сравнению со сжиженным газом;- the absence of energy and fuel losses during storage of natural gas compared with liquefied gas;
- повышенная пожаро-взрывобезопасность ввиду особых условий взаимодействия природного газа с пористым материалом: сильное диспергирование компонентов природного газа в микропорах адсорбента за счет поля адсорбционных сил.- increased fire and explosion safety due to the special conditions of interaction of natural gas with a porous material: strong dispersion of natural gas components in the micropores of the adsorbent due to the field of adsorption forces.
В настоящее время для адсорбционных систем аккумулирования применяют преимущественно общепромышленные системы хранения -газовые баллоны высокого давления, например, патент РФ 123844 «Газобаллонная система для двигателей внутреннего сгорания» или патент РФ 2148204 «Устройство для хранения газа, способ хранения газа, агент для адсорбции и удерживания метана, комплекс дикарбоновой кислоты с медью». Это определяется преимущественным вектором развития данных систем -создание компактных и высокоемких аккумуляторов природного газа в качестве топливных баков для различного вида транспортных систем.Currently, for industrial adsorption storage systems, generally industrial storage systems are used — high pressure gas cylinders, for example, RF patent 123844 “Gas cylinder system for internal combustion engines” or RF patent 2148204 “Gas storage device, gas storage method, adsorption and retention agent methane, a complex of dicarboxylic acid with copper. " This is determined by the predominant vector for the development of these systems - the creation of compact and high-capacity natural gas batteries as fuel tanks for various types of transport systems.
При создании более вместительных систем хранения - адсорбционных газовых терминалов для обеспечения газовым топливом рабочих городков, временных лагерей, удаленных от системы газоснабжения поселений и других потребителей, как правило, предъявляются особые требования к конструкции адсорбционного терминала, адсорбенту для его заполнения, и наличию дополнительных систем, таких как, например, системы теплообмена, компрессорной станции, системы фильтрации и прочее. Это связано с необходимостью организации автономной работы системы хранения газа в широком интервале температур от минус 40 до плюс 50°C и обеспечения способности аккумулировать максимально большой объем газа, при заданных массогабаритных характеристиках. В связи с этим при разработке адсорбционных газовых терминалов, необходимо, прежде всего, стремиться к балансу между адсорбционной емкостью системы хранения и ее массогабаритными характеристиками.When creating more capacious storage systems - adsorption gas terminals to provide gas for working camps, temporary camps remote from the gas supply system of settlements and other consumers, as a rule, special requirements are imposed on the design of the adsorption terminal, the adsorbent for filling it, and the presence of additional systems, such as, for example, heat exchange systems, compressor stations, filtration systems, etc. This is due to the need to organize the autonomous operation of the gas storage system in a wide temperature range from minus 40 to plus 50 ° C and to ensure the ability to accumulate the largest possible volume of gas, with given weight and size characteristics. In this regard, when developing adsorption gas terminals, it is necessary, first of all, to strive for a balance between the adsorption capacity of the storage system and its weight and size characteristics.
Основные механизмы повышения адсорбционной емкости для систем хранения газов были заложены еще в конце XX века. В патенте США US 5461023 предложено хранить природный газ при давлениях от 1.5 до 4.5 МПа с помощью углеродного молекулярного сита, имеющего, по крайней мере, 80% пор относящихся к микропорам, имеющим эффективные диаметры от 0.55 до 0.65 нм. Подобные системы позволяли сорбировать преимущественно метан из природного газа, в количестве около 110 л (метана)/л (системы хранения). Объем выдаваемого газа потребителю из адсорбера в таком случае составлял около 70 л (метана)/л (системы хранения). В патенте США US 5308021 также предложено использовать углеродные молекулярные сита, но при этом создать более плотную упаковку адсорбента в системе хранения, в идеальном варианте полностью заполнить внутренний объем системы хранения. Для этого предложено использовать адсорбент заданного фракционного состава: номинальные размеры частиц должны преимущественно отличаться по диаметру в семь раз. Подобная смесь частиц позволяет повысить насыпной вес адсорбента и тем самым понизить объем газовой фазы - свободного объема в системе хранения.The main mechanisms for increasing the adsorption capacity for gas storage systems were laid back in the late XX century. In US patent US 5461023 it is proposed to store natural gas at pressures from 1.5 to 4.5 MPa using a carbon molecular sieve having at least 80% of the pores related to micropores having effective diameters from 0.55 to 0.65 nm. Such systems made it possible to sorb mainly methane from natural gas, in an amount of about 110 l (methane) / l (storage system). The volume of gas discharged to the consumer from the adsorber in this case was about 70 l (methane) / l (storage system). In US patent US 5308021 it is also proposed to use carbon molecular sieves, but at the same time create a denser package of adsorbent in the storage system, ideally completely filling the internal volume of the storage system. To do this, it is proposed to use an adsorbent of a given fractional composition: the nominal particle sizes should mainly differ in diameter by seven times. Such a mixture of particles can increase the bulk density of the adsorbent and thereby reduce the volume of the gas phase - the free volume in the storage system.
Эти подходы: повышение насыпной плотности адсорбента в системе хранения и селективная адсорбция метана из природного газа, до настоящего времени остаются актуальными, однако на тот момент эти системы имели существенные недостатки. Использование порошкообразных адсорбционных материалов в системе хранения представляет серьезную опасность из-за возможности образования пыли и, следовательно, взрывоопасной пылегазовой смеси. Несмотря на установку специальных фильтров в условиях многоциклового использования адсорберов, существует вероятность выброса вместе с газом углеродных частиц, которые забиваются в различные части эксплуатационного оборудования и наносят ему вред. Это особенно опасно при использовании природного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. С другой стороны, использование молекулярных сит не эффективно для систем хранения, так как технология их синтеза до настоящего момента позволяет создать адсорбенты с малым объемом микропор, как правило, не выше 0.3 см3/г. Кроме того, узкий размер микропор углеродных молекулярных сит для метана определяет его относительно высокую энергию адсорбции, что приводит к затруднениям при десорбции - выдаче газа потребителю, особенно при давлениях близких к атмосферному. Для решения этой проблемы в настоящее время стали применять специальные теплообменники в системе хранения, при помощи которых можно охлаждать газ при заправке и нагревать его при выдаче.These approaches: increasing the bulk density of the adsorbent in the storage system and the selective adsorption of methane from natural gas, are still relevant, however, at that time, these systems had significant drawbacks. The use of powdered adsorption materials in the storage system poses a serious danger due to the possibility of dust formation and, consequently, explosive dust-gas mixture. Despite the installation of special filters in the conditions of multi-cycle use of adsorbers, there is a possibility of emission of carbon particles together with gas, which become clogged in various parts of production equipment and cause harm to it. This is especially dangerous when using natural gas as a fuel for internal combustion engines. On the other hand, the use of molecular sieves is not effective for storage systems, since the technology of their synthesis to date allows the creation of adsorbents with a small micropore volume, usually not higher than 0.3 cm 3 / g. In addition, the narrow micropore size of carbon molecular sieves for methane determines its relatively high adsorption energy, which leads to difficulties in desorption - the release of gas to the consumer, especially at pressures close to atmospheric. To solve this problem, special heat exchangers have now been used in the storage system, with which you can cool the gas when refueling and heat it when dispensed.
Иным подходом к повышению адсорбционной емкости системы хранения природного газа и ускорению ее заправки является установка теплообменников в систему хранения. Так известен новый адсорбционный цилиндр (баллон) для хранения природного газа (заявка Китая CN 204026132 на полезную модель). Известный адсорбер содержит цилиндрический корпус, внутри которого имеются слои адсорбционного материала, используемые для хранения природного газа, центральный трубопровод, используемый для заполнения и опорожнения баллона, а также охлаждающий трубопровод, используемый для улучшения теплообмена адсорбента с окружающей средой. В частности с помощью теплообмена предлагается убирать избыточную теплоту, выделяемую при адсорбции и подогревать адсорбент при выдаче газа потребителю. Охлаждающий теплообменник представляет собой трубу с ребрами, между которых засыпан адсорбент. Подобная конструкция позволяет существенно снизить влияние тепловых эффектов на емкость адсорбента в процессе заправки и опорожнения адсорбера, и существенно повысить скорость заправки. Существенным недостатком такой конструкции является уменьшение объема системы хранения, доступного для заполнения адсорбентом, а также невозможность использования блочных материалов, имеющих высокую насыпную плотность, что снижает степень заполнения объема системы хранения адсорбентом. Все это приводит к снижению эффективности аккумулирования системы хранения за счет малой степени заполнения баллона адсорбентом.A different approach to increasing the adsorption capacity of a natural gas storage system and accelerating its refueling is to install heat exchangers in the storage system. So known is a new adsorption cylinder (cylinder) for storing natural gas (China application CN 204026132 for utility model). The known adsorber contains a cylindrical body, inside which there are layers of adsorption material used for storing natural gas, a central pipeline used to fill and empty the cylinder, and a cooling pipe used to improve heat transfer of the adsorbent with the environment. In particular, using heat transfer, it is proposed to remove the excess heat released during adsorption and to heat the adsorbent when gas is supplied to the consumer. The cooling heat exchanger is a pipe with fins, between which the adsorbent is filled. Such a design can significantly reduce the effect of thermal effects on the capacity of the adsorbent in the process of filling and emptying the adsorber, and significantly increase the speed of refueling. A significant drawback of this design is the reduction in the volume of the storage system available for filling with adsorbent, as well as the inability to use block materials having a high bulk density, which reduces the degree of filling of the volume of the storage system with adsorbent. All this leads to a decrease in the efficiency of storage system storage due to the low degree of filling of the balloon with an adsorbent.
Также известна система хранения природного газа - адсорбционного танка, способного аккумулировать тепло выделяемое при адсорбции природного газа (заявка Китая CN 202252816 на полезную модель). Система хранения представляет собой корпус накопительного бака, внутри которого расположены слои композитного материала для аккумулирования природного газа, выложенные в определенном пространственном положении, на которых расположены металлические сетки с закрепленными на них металлическими трубами с теплоносителем. В трубах накапливается тепло, выделяемое при адсорбции. Данная полезная модель относится к крупным хранилищам природного газа, предназначенным для обеспечения удаленных поселений, а также может использоваться на заправочных станциях природного газа. Однако такая система за счет большого количества внутренних коммуникаций для съема и накопления тепла малоэффективна, по причине малой степени заполнения системы хранения адсорбентом и, как следствие, возможности аккумулирования относительно малого объема природного газа.Also known is a storage system for natural gas, an adsorption tank capable of accumulating heat generated during the adsorption of natural gas (CN application CN 202252816 for utility model). The storage system is a storage tank body, inside of which there are layers of composite material for storing natural gas, laid out in a certain spatial position, on which there are metal grids with metal pipes fixed to them with a coolant. The pipes accumulate heat generated during adsorption. This utility model relates to large natural gas storages designed to provide remote settlements, and can also be used at natural gas filling stations. However, such a system due to the large number of internal communications for the removal and storage of heat is ineffective, due to the low degree of filling the storage system with adsorbent and, as a result, the possibility of accumulating a relatively small volume of natural gas.
Кроме того, при создании систем хранения природного газа немаловажной представляется возможность обеспечения адсорбционной емкости системы хранения на заданном уровне в процессе циклических нагрузок. Так как природный газ является многокомпонентным, то поддержание адсорбционной емкости на заданном уровне возможно при селективном извлечении примесных компонентов. Например, известно устройство (заявка Японии JP 2005273717 на изобретение), которое позволяет аккумулировать заданное количество природного газа метана при многократных заправках. Устройство такого типа имеет резервуар для хранения природного газа, снабженный отверстием для подачи природного газа и выпускное отверстие для выдачи природного газа во второй резервуар и так далее. В общем случае система хранения имеет четыре резервуара. Первый резервуар заполнен адсорбентом с порами максимального эффективного диаметра, второй резервуар заполнен адсорбентом с порами эффективным диаметром чуть меньше чем в первом, третий резервуар заполнен адсорбентом с порами эффективным диаметром чуть меньше чем в втором, а четвертый порами с минимальным эффективным диаметром. Все резервуары соединены последовательно через газовые магистрали, таким образом, что подача газа осуществляется через первый резервуар, а выдача через четвертый. Система позволяет разделить природный газ на компоненты и адсорбировать более тяжелые углеводороды в промежуточных адсорберах, чтобы в основной части системы хранения аккумулировался лишь метан. Однако подобная система не позволяет избавиться от азота и диоксида углерода в промежуточных адсорбциях, так как их энергия адсорбции невелика относительно примесных углеводородов в природном газе, в результате эффективность аккумулирования будет также снижаться за счет накапливания азота и двуокиси углерода в адсорбере, где должен аккумулироваться метан. Следует отметить, что эффективность аккумулирования природного газа с точки зрения изменения объема запасения природного газа при многоцикловой заправке несколько повышена по сравнению с существующими системами. Однако, известно (см. R.B. Rios, М. Bastos-Neto, M.R. Amora, А.Е.В. Torres, etc. Experimental analysis of the efficiency on charge/discharge cycles in natural gas storage by adsorption // Fuel. 2011. V. 90. I. 1. P. 113-119), что для систем хранения природного газа после нескольких циклов «заправка-опорожнение» адсорбционная емкость по природному газу снижается на величину около 20% и затем практически не изменяется. Таким образом, создание сложной системы из четырех адсорберов, три из которых в малой степени сорбируют природный газ неэффективно при создании компактных систем хранения природного газа нацеленных на максимальный объем аккумулированного газа.In addition, when creating natural gas storage systems, it is important to ensure the adsorption capacity of the storage system at a given level during cyclic loads. Since natural gas is multicomponent, maintaining the adsorption capacity at a given level is possible with the selective extraction of impurity components. For example, a device is known (Japanese Patent Application JP 2005273717 for an invention) which allows a predetermined amount of methane natural gas to be accumulated during multiple refueling. A device of this type has a reservoir for storing natural gas, provided with an opening for supplying natural gas and an outlet for issuing natural gas to the second tank and so on. In general, a storage system has four tanks. The first reservoir is filled with adsorbent with pores of maximum effective diameter, the second reservoir is filled with adsorbent with pores with effective diameter slightly less than in the first, the third reservoir is filled with adsorbent with pores with effective diameter slightly less than in the second, and the fourth pore with minimum effective diameter. All tanks are connected in series through gas lines, so that gas is supplied through the first tank, and delivery through the fourth. The system allows you to separate natural gas into components and adsorb heavier hydrocarbons in intermediate adsorbers so that only methane is accumulated in the main part of the storage system. However, such a system does not allow one to get rid of nitrogen and carbon dioxide in intermediate adsorption, since their adsorption energy is low relative to impurity hydrocarbons in natural gas, as a result, the storage efficiency will also decrease due to the accumulation of nitrogen and carbon dioxide in the adsorber, where methane should be accumulated. It should be noted that the efficiency of natural gas accumulation from the point of view of changing the volume of natural gas storage during multi-cycle refueling is slightly increased compared to existing systems. However, it is known (see RB Rios, M. Bastos-Neto, MR Amora, A.E. B. Torres, etc. Experimental analysis of the efficiency on charge / discharge cycles in natural gas storage by adsorption // Fuel. 2011. V. 90. I. 1. P. 113-119), that for natural gas storage systems after several refueling-emptying cycles, the adsorption capacity for natural gas decreases by about 20% and then practically does not change. Thus, the creation of a complex system of four adsorbers, three of which adsorb natural gas to a small extent, is inefficient when creating compact natural gas storage systems aimed at the maximum amount of accumulated gas.
Также существует ряд заявок Китая CN 102338278, CN 1236075, и Японии JP 2002267097, в которых рассматриваются адсорбционные системы хранения для обеспечения топливом двигателей внутреннего сгорания автомобильного транспорта. В CN 102338278 и CN 1236075 предложены системы хранения природного газа, в которых различными способами решается проблема охлаждения адсорбента при заправке газа и нагреве при его выдаче. В CN 102338278 и CN 1236075 используются специальные теплообменники. Изобретение, известное из JP 2002267097 представляет собой ряд соединяющихся емкостей, заполненных разными адсорбентами, одна из которых преимущественно аккумулирует метан, а другая нацелена на улавливание других газов и паров, составляющих природный газ. Все эти системы имеют существенный недостаток: они аккумулируют относительно мало природного газа на единицу объема, так как значительную часть адсорбционной системы занимают вспомогательные коммуникации или дополнительные фильтрующие адсорберы.There are also a number of applications from China CN 102338278, CN 1236075, and Japan JP 2002267097, which consider adsorption storage systems to provide fuel for internal combustion engines of motor vehicles. In CN 102338278 and CN 1236075 natural gas storage systems are proposed in which various methods are used to solve the problem of cooling the adsorbent during gas filling and heating during its delivery. CN 102338278 and CN 1236075 use special heat exchangers. The invention known from JP 2002267097 is a series of interconnecting containers filled with different adsorbents, one of which predominantly accumulates methane, and the other is aimed at trapping other gases and vapors that make up natural gas. All these systems have a significant drawback: they accumulate relatively little natural gas per unit volume, since a significant part of the adsorption system is occupied by auxiliary communications or additional filtering adsorbers.
В патенте РФ №2230251 на изобретение для хранения природного газа предлагается делить его на компоненты с низким числом атомов углерода, в основном метан и этан, и компоненты с высоким числом атомов углерода, содержащие в основном пропан, бутан, пентан. Для хранения природного газа предусматривается использование двух адсорберов, заполненных активным углем, цеолитом или гель кремниевой кислотой. Предполагается, что диаметр пор второго адсорбера (для аккумулирования веществ с большим числом атомов углерода) меньше диаметра пор первого адсорбера (для метана и этана). Природный газ подается в первый адсорбер через второй, в результате чего все примесные компоненты с высоким содержанием атомов углерода сорбируются во втором адсорбере, а в первый попадает почти чистый метан и сорбционная емкость по метану первого адсорбера не снижается в процессе многоцикловой работы «адсорбция-десорбция».In RF patent No. 2230251 for the invention for storing natural gas, it is proposed to divide it into components with a low number of carbon atoms, mainly methane and ethane, and components with a high number of carbon atoms, containing mainly propane, butane, pentane. For the storage of natural gas, the use of two adsorbers filled with activated carbon, zeolite, or silica gel is envisaged. It is assumed that the pore diameter of the second adsorber (for the accumulation of substances with a large number of carbon atoms) is smaller than the pore diameter of the first adsorber (for methane and ethane). Natural gas is supplied to the first adsorber through the second, as a result of which all impurity components with a high content of carbon atoms are adsorbed in the second adsorber, and almost pure methane enters the first and the adsorption capacity for methane of the first adsorber does not decrease during the multi-cycle adsorption-desorption operation .
В заявке Японии JP 2002267096 предпринята попытка решения данной проблемы - повышение адсорбционной емкости системы хранения по природному газу для автомобильного транспорта за счет заливки баллона системы хранения адсорбентом в виде лабильной композиции. Однако недостатком данной системы является то, что она работает при высоких давлениях от 5 до 20 МПа, что оставляет открытой проблему пожаро-взрывоопасности таких систем, а также энергоэффективности, так как увеличение давления до 20 МПа с большим расходом требует специального энергоемкого промышленного оборудования.Japanese application JP 2002267096 made an attempt to solve this problem by increasing the adsorption capacity of a natural gas storage system for automobile vehicles by filling the cylinder of the storage system with adsorbent in the form of a labile composition. However, the disadvantage of this system is that it operates at high pressures from 5 to 20 MPa, which leaves open the problem of fire and explosion hazard of such systems, as well as energy efficiency, since increasing pressure to 20 MPa with high consumption requires special energy-intensive industrial equipment.
В патенте США US 7955415 для повышения адсорбционной емкости системы хранения природного газа или метана предложно использовать систему хранения, включающую адсорбционную емкость, заполненную активированным углем с заданными адсорбирующими свойствами в комплексе с системой фильтрации газа от механических примесей, системой охлаждения, системой удаления резервного газа и системой контроля температуры адсорбционного блока. Так как выделение теплоты при адсорбции зависит от свойств адсорбента, а также скорости подачи природного газа и его состава, то теоретически определить количество теплоты, которое необходимо отвести от системы хранения, чтобы поддерживать ее температуру на постоянном уровне, представляется невозможным. Авторами предлагается использовать оптические датчики для создания обратной связи адсорбера с системой охлаждения для оптимизации работы системы охлаждения. Такое техническое решение не только увеличивает объем системы хранения в целом и усложняет конструкцию, но и требует обязательного подвода к ней электроэнергии, что снижает ее безопасность.In US Pat. No. 7,955,415, to increase the adsorption capacity of a natural gas or methane storage system, it is proposed to use a storage system including an adsorption tank filled with activated carbon with predetermined adsorption properties in combination with a gas filtering system from mechanical impurities, a cooling system, a back-gas removal system, and a system temperature control of the adsorption unit. Since the heat release during adsorption depends on the properties of the adsorbent, as well as the feed rate of natural gas and its composition, it seems theoretically impossible to determine the amount of heat that must be removed from the storage system in order to maintain its temperature at a constant level. The authors propose to use optical sensors to create feedback from the adsorber to the cooling system to optimize the operation of the cooling system. Such a technical solution not only increases the volume of the storage system as a whole and complicates the design, but also requires the mandatory supply of electricity to it, which reduces its safety.
Наиболее близким по сути и достигаемому результату является изобретение, раскрытое в патенте США US 7455719. Данное изобретение относится к системе хранения и распределения газов, а в частности галогенных газов для проведения технологического процесса полупроводникового производства. Хранение галогенного газа осуществляется в специальной емкости в форме цилиндра, куба или параллелепипеда, внутренний объем которой полностью заполнен углеродным адсорбентом. Объем пространства занятого адсорбентом в изобретении составляет не менее 60% системы хранения, при этом адсорбент выполнен в виде моноблока или отдельных брикетов различной формы: блоков, кирпичей, дисков, булей, упакованных так, чтобы максимально заполнить внутренний объем системы хранения. Адсорбент, используемый в изобретении, имеет углеродную структуру, и обладает заданными технологическими характеристиками: пористостью (по крайней мере 30% полной пористости адсорбента, включающего щелевидные поры, имеющие размер в диапазоне от 0,3 до 0,72 нанометров и по крайней мере 20% полной пористости, включающей микропоры диаметра меньше 2 нанометров), насыпным весом (от 800 до 2000 кг/м3) и адсорбционной способностью, соответствующей типу сорбируемого газа. Основным техническим результатом данного изобретения является существенное увеличение объема газа аккумулируемого в системе хранения, повышение безопасности при использовании адсорбера за счет использования более низких давлений хранения по сравнению с емкостью без адсорбента, а также снижение вероятности возникновения утечек газа, так как пониженное давление уменьшает износ системных компонентов, таких как клапаны, вентиля, контроллеры потока, соединения, меньше влияет на усталостную прочность материала системы хранения.The closest in essence and the achieved result is the invention disclosed in US patent US 7455719. This invention relates to a system for storing and distributing gases, in particular halogen gases for carrying out a semiconductor manufacturing process. Halogen gas is stored in a special container in the form of a cylinder, cube or parallelepiped, the internal volume of which is completely filled with carbon adsorbent. The amount of space occupied by the adsorbent in the invention is at least 60% of the storage system, while the adsorbent is made in the form of a monoblock or individual briquettes of various shapes: blocks, bricks, disks, boules, packed so as to maximize the internal volume of the storage system. The adsorbent used in the invention has a carbon structure and has predetermined technological characteristics: porosity (at least 30% of the total porosity of the adsorbent, including slit-like pores, ranging in size from 0.3 to 0.72 nanometers and at least 20% total porosity, including micropores with a diameter of less than 2 nanometers), bulk density (from 800 to 2000 kg / m 3 ) and adsorption capacity corresponding to the type of sorbed gas. The main technical result of this invention is a significant increase in the volume of gas accumulated in the storage system, increased safety when using an adsorber due to the use of lower storage pressures compared to a tank without adsorbent, and also to reduce the likelihood of gas leaks, since reduced pressure reduces the wear of system components such as valves, valves, flow controllers, connections, less affects the fatigue strength of the storage system material.
Так как задачей данного изобретения преимущественно является аккумулирование галогенных газов, его использование для аккумулирования природного газа позволяет выявить ряд существенных недостатков. Предложенное в прототипе использование прямоугольной конструкции адсорбционного газового терминала является предпочтительным, так как подобная конструкция занимает минимальный объем. Кроме того, прямоугольная конструкция очень удобная с точки зрения заполнения формованными однотипными блоками адсорбентов, поскольку в этом случае достаточно изготавливать небольшие прямоугольные блоки, которые будут хорошо укладываться по прямоугольному поперечному сечению адсорбера таким образом, что можно будет достигнуть не менее 95% заполнения системы хранения. Но с точки зрения прочности конструкции она сильно уступает существующим общепромышленным газовым системам хранения, например, цилиндрическим. В диагональных сечениях прямоугольной конструкции возникают самые большие напряжения от разрывающих сосуд газовых сил, поскольку данные сечения по площади больше других. Предложенная прямоугольная система хранения обладает относительно небольшим объемом для комфортного использования в помещениях и рассчитана на малые давления хранения галогенных газов, не более 1.5 бар. Масштабирование системы хранения в область больших объемов, до нескольких десятков м3, и в область более высоких давлений до 100 бар, характерных для адсорбционных газовых терминалов, делает такую конструкцию неоправданно тяжелой, металлоемкой и малонадежной.Since the objective of this invention is mainly the accumulation of halogen gases, its use for the accumulation of natural gas allows us to identify a number of significant disadvantages. The use of a rectangular design of an adsorption gas terminal proposed in the prototype is preferable, since such a design occupies a minimum volume. In addition, the rectangular design is very convenient from the point of view of filling with the same-shaped adsorbent blocks of the same type, since in this case it is sufficient to produce small rectangular blocks that will fit well along the rectangular cross-section of the adsorber in such a way that it will be possible to achieve at least 95% filling of the storage system. But in terms of structural strength, it is much inferior to existing general industrial gas storage systems, for example, cylindrical. In the diagonal sections of a rectangular design, the largest stresses arise from the gas forces breaking the vessel, since these sections are larger in area than others. The proposed rectangular storage system has a relatively small volume for comfortable indoor use and is designed for low storage pressures of halogen gases, not more than 1.5 bar. Scaling the storage system to the region of large volumes, up to several tens of m 3 , and to the region of higher pressures up to 100 bar, characteristic of adsorption gas terminals, makes such a design unreasonably heavy, metal-intensive and unreliable.
Кроме того, адсорбент, используемый в прототипе, имеет слишком широкие поры характерные для адсорбции крупных молекул. Для аккумулирования метана - основного компонента природного газа наиболее предпочтительно использовать углеродный адсорбент с более узким распределением пор по размерам: по крайней мере 80% полной пористости адсорбента, с эффективным диаметром пор не более 2 нм.In addition, the adsorbent used in the prototype has too wide pores characteristic for the adsorption of large molecules. For the accumulation of methane, the main component of natural gas, it is most preferable to use a carbon adsorbent with a narrower pore size distribution: at least 80% of the total porosity of the adsorbent, with an effective pore diameter of not more than 2 nm.
Решение указанных выше проблем возможно при использовании «ячеистых» конструкций. Такие конструкции теоретически могут быть любой формы, в том числе, и прямоугольной. Использование конструкции из чередующихся ячеек адсорбционного газового терминала позволяет существенно сгладить неравномерность и обеспечить равнопрочность отдельных элементов общей конструкции. Поэтому ячеистые конструкции являются инновационным подходом к конструированию, позволяющим снизить массу адсорбционного терминала по сравнению с прототипом при сохранении внешней прямоугольной формы.The solution to the above problems is possible using "mesh" structures. Such designs can theoretically be of any shape, including rectangular. The use of a design of alternating cells of the adsorption gas terminal can significantly smooth out the unevenness and ensure equal strength of individual elements of the overall structure. Therefore, cellular structures are an innovative approach to design, which allows to reduce the mass of the adsorption terminal in comparison with the prototype while maintaining an external rectangular shape.
Задачей заявленного изобретения является создание системы хранения природного газа для снабжения небольших удаленных от газовых магистралей поселений, временных и рабочих городков, способной аккумулировать от 1000 до 100000 м3, но не менее 100 м3 (природного газа)/м3 (системы хранения), работать в общепромышленном интервале температур, обладающей сравнительно небольшими массогабаритными характеристиками, удобством транспортировки и эксплуатации, и повышенной пожаро-взрывобезопасностью по сравнению с существующими системами хранения газов.The objective of the claimed invention is the creation of a natural gas storage system for supplying small settlements remote from gas pipelines, temporary and working camps, capable of accumulating from 1000 to 100000 m 3 , but not less than 100 m 3 (natural gas) / m 3 (storage system), operate in the general industrial temperature range, which has relatively small overall dimensions, ease of transportation and operation, and increased fire and explosion safety compared to existing gas storage systems .
Технический результат заключается в повышении эффективности использования полезного объема транспортных систем при размещении в них газового терминала, снижении давления заправки природным газом по сравнению с компримированным природным газом, а также повышении пожаро-взрывобезопасности.The technical result consists in increasing the efficiency of using the useful volume of transport systems when placing a gas terminal in them, lowering the refueling pressure of natural gas in comparison with compressed natural gas, as well as increasing fire and explosion safety.
Технический результат достигается тем, что адсорбционный газовый терминал состоит из корпуса, выполненного в форме параллелепипеда, и расположенной внутри него конструкции из чередующихся ячеек способных нести нагрузку, ориентированной относительно одной из главных осей симметрии корпуса в продольном направлении, при этом внутри ячеек расположены блоки адсорбционного материала, обеспечивающие заполнение адсорбционного газового терминала не менее чем на 80%.The technical result is achieved by the fact that the adsorption gas terminal consists of a body made in the form of a parallelepiped, and a structure located inside it of alternating cells capable of carrying a load, oriented relative to one of the main axis of symmetry of the body in the longitudinal direction, while blocks of adsorption material are located inside the cells ensuring the filling of the adsorption gas terminal by at least 80%.
Ячейки могут иметь призматическую или цилиндрическую форму.The cells may have a prismatic or cylindrical shape.
Конструкция из чередующихся ячеек может быть выполнена в виде размещенных по периметру корпуса полутруб, края которых соединены с краями противоположных полутруб посредством пластин или в виде независимых друг от друга кассет.The design of alternating cells can be made in the form of half pipes placed around the perimeter of the body, the edges of which are connected to the edges of the opposite half pipes by means of plates or in the form of independent cassettes.
Корпус выполнен в форме параллелепипеда со скругленными гранями.The body is made in the form of a parallelepiped with rounded edges.
Адсорбционный газовый терминал может дополнительно содержать безмасляный компрессор для закачки природного газа в адсорбер или масляный компрессор с системой фильтров для очистки природного газа от масляных примесей.The adsorption gas terminal may further comprise an oil-free compressor for injecting natural gas into an adsorber or an oil compressor with a filter system for purifying natural gas from oil impurities.
Корпус адсорбционного газового терминала может быть выполнен в виде разборной фланцевой конструкции.The housing of the adsorption gas terminal can be made in the form of a collapsible flange design.
Корпус представляет собой сварную конструкцию, выполненную из, по меньшей мере, двух частей, при этом поверх сварных швов конструкции наложен бандаж в виде листов металла, приваренных к наружной стороне корпуса, а с внутренней стороны частей корпуса, вблизи сварных швов, расположен термоизоляционный материал.The case is a welded structure made of at least two parts, with a bandage in the form of sheets of metal welded to the outside of the case over the welds of the structure, and a heat-insulating material is located on the inside of the case parts near the welds.
Корпус адсорбционного газового терминала может иметь, по меньшей мере, один ввод прибора для контроля температуры внутри корпуса.The housing of the adsorption gas terminal may have at least one input of a device for monitoring the temperature inside the housing.
Адсорбционный газовый терминал может содержать ввод в виде патрубка, расположенного в нижней части адсорбционного газового терминала для закачки газа и ввод в виде патрубка, расположенного в верхней части адсорбционного газового терминала для выдачи газа потребителю.The adsorption gas terminal may include an input in the form of a pipe located in the lower part of the adsorption gas terminal for injecting gas and an input in the form of a pipe located in the upper part of the adsorption gas terminal for dispensing gas to the consumer.
Ячейки адсорбционного газового терминала могут иметь технологические отверстия.The cells of the adsorption gas terminal may have process openings.
Сущность заявленного изобретения поясняется в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:The essence of the claimed invention is illustrated in the following detailed description, illustrated by drawings, which show the following:
Фиг. 1. - эскиз сварного прямоугольного адсорбционного газового терминала, имеющего скругленные грани.FIG. 1. - a sketch of a welded rectangular adsorption gas terminal having rounded faces.
Фиг. 2. - эскиз конструкции адсорбционного газового терминала с фланцевым соединением (вспомогательные системы адсорбционного газового терминала не показаны).FIG. 2. - a sketch of the design of the adsorption gas terminal with a flange connection (auxiliary systems of the adsorption gas terminal are not shown).
Фиг. 3. - эскиз адсорбционного газового терминала, и конструкции из чередующихся ячеек из отдельных ячеек с шестигранной головкой; а) кассета; б) упаковка ячеек с размещением головок с двух сторон от терминала (более плотная упаковка - цилиндрические части ячеек касаются друг друга); в) упаковка ячеек с размещением головок с одной стороны (менее плотная упаковка).FIG. 3. - a sketch of the adsorption gas terminal, and structures of alternating cells from separate cells with a hexagonal head; a) cassette; b) packing of cells with placement of heads on two sides of the terminal (denser packaging - the cylindrical parts of the cells touch each other); c) packing of cells with placement of heads on one side (less dense packaging).
Фиг. 4. - эскиз части конструкции адсорбционного газового терминала с диагональными пластинами (вспомогательные системы адсорбционного газового терминала не показаны).FIG. 4. - a sketch of a part of the design of the adsorption gas terminal with diagonal plates (auxiliary systems of the adsorption gas terminal are not shown).
Фиг. 5. - эскиз части конструкции адсорбционного газового терминала с обечайкой в виде полутруб (вспомогательные системы адсорбционного газового терминала не показаны).FIG. 5. - a sketch of a part of the design of the adsorption gas terminal with a shell in the form of half pipes (auxiliary systems of the adsorption gas terminal are not shown).
Фиг. 6. - эскиз части конструкции адсорбционного газового терминала, составленного из труб (вспомогательные системы адсорбционного газового терминала не показаны).FIG. 6. - A sketch of a part of the design of the adsorption gas terminal made up of pipes (auxiliary systems of the adsorption gas terminal are not shown).
Прямоугольное сечение адсорбционного газового терминала или близкое к прямоугольному, например, прямоугольное со скругленными углами, является выигрышным с точки зрения конструкции, так как позволяет существенно снизить габариты адсорбционного газового терминала заданной адсорбционной емкости по сравнению с существующими промышленными цилиндрическими и сферическими системами хранения газа. При этом нивелирование отрицательных эффектов такой конструкции, связанных с неравномерностью распределения напряжений внутри адсорбционного газового терминала осуществляется за счет использования ячеистой конструкции. Ячейки в адсорбционном газовом терминале представляют собой параллелепипеды, цилиндры или трубы, и другие пространственные фигуры, образованные многоугольниками, например, шестигранные (в виде сот) или пятигранные призмы, выполненные из листового металла, и/или тросов, и/или прутков и соединяющие противоположные стенки адсорбционного газового терминала, а также сваренные, или соединенные иным способом друг с другом таким образом, что каждый элемент ячеистой конструкции при изоляции от основной системы может нести нагрузку. При этом ячейки могут быть независимыми друг от друга, или могут иметь технологические отверстия для диффузии аккумулируемого природного газа по адсорбционному газовому терминалу, а отверстия выполнены таким образом, чтобы не оказывать существенного влияния на жесткость конструкции адсорбционного газового терминала.A rectangular section of the adsorption gas terminal or close to rectangular, for example, rectangular with rounded corners, is advantageous from the point of view of design, since it can significantly reduce the size of the adsorption gas terminal of a given adsorption capacity compared to existing industrial cylindrical and spherical gas storage systems. At the same time, the leveling of negative effects of this design associated with the uneven distribution of stresses inside the adsorption gas terminal is carried out through the use of a cellular structure. The cells in the adsorption gas terminal are parallelepipeds, cylinders or pipes, and other spatial figures formed by polygons, for example, hexagonal (in the form of honeycombs) or pentagonal prisms made of sheet metal and / or cables and / or rods and connecting opposite the walls of the adsorption gas terminal, as well as welded, or otherwise connected to each other in such a way that each element of the cellular structure, when isolated from the main system, can carry a load. In this case, the cells may be independent of each other, or may have technological holes for diffusion of the accumulated natural gas through the adsorption gas terminal, and the holes are designed so as not to significantly affect the rigidity of the design of the adsorption gas terminal.
Ячейки в свою очередь заполняются блоками адсорбционного нанопористого материала повышенной адсорбционной емкости по природному газу, метану. При этом форма блоков адсорбционного материала подбирается таким образом, чтобы блоки адсорбционного материала максимально полно заполнили адсорбционный газовый терминал не менее чем 80%. Адсорбционный нанопористый материал, используемый в способе должен аккумулировать не менее 100 м3 (природного газа) / 1 м3 (системы хранения) при давлении 100 бар и комнатной температуре и обладать насыпным весом не менее 600 кг/м3.The cells, in turn, are filled with blocks of adsorption nanoporous material of increased adsorption capacity for natural gas, methane. In this case, the shape of the blocks of adsorption material is selected so that the blocks of adsorption material as fully as possible fill the adsorption gas terminal with at least 80%. The adsorption nanoporous material used in the method must accumulate at least 100 m 3 (natural gas) / 1 m 3 (storage system) at a pressure of 100 bar and room temperature and have a bulk density of at least 600 kg / m 3 .
Конструкция адсорбционного газового терминала предусматривает возможность неоднократной разборки для обслуживания адсорбционного материала, а соединение может быть выполнено как фланцевым, так и сварным. При этом при сварке для предотвращения возгорания или деградации адсорбционного материала в области сварного шва между адсорбционным материалом и корпусом адсорбционного газового терминала предусматривается прослойка из термоизоляционного материала, а также прокачка адсорбционного газового терминала газообразным азотом или другим инертным газом при небольшом избыточном давлении. Для упрочнения конструкции адсорбционного газового терминала поверх сварного шва может накладываться бандаж. Бандаж в данном случае - это листы металла, наложенные поверх сварного шва и приваренные к наружной обечайке в стороне от шва. Такие листы способны передавать осевую нагрузку с одной половины корпуса на другую, а в пределах каждой из половин осевую нагрузку воспринимают уже перегородки ячеек.The design of the adsorption gas terminal provides for the possibility of repeated disassembly for servicing the adsorption material, and the connection can be made both flanged and welded. In this case, in welding, to prevent ignition or degradation of the adsorption material in the weld area between the adsorption material and the body of the adsorption gas terminal, a layer of heat-insulating material is provided, as well as pumping the adsorption gas terminal with nitrogen gas or other inert gas at a slight overpressure. To strengthen the design of the adsorption gas terminal, a bandage may be applied over the weld. The bandage in this case is sheets of metal applied over the weld seam and welded to the outer casing away from the seam. Such sheets are capable of transmitting the axial load from one half of the casing to the other, and within each of the halves the axial load is already perceived by the cell walls.
Так как при адсорбции выделяется теплота, то природный газ при закачке в адсорбционный газовый терминал разогревается и, соответственно, разогревает его корпус, поэтому внутри адсорбционного газового терминала сделан специальный ввод или несколько вводов для контроля температуры и недопущения его перегрева. При этом ячеистая конструкция адсорбционного газового терминала, улучшающая его прочностные качества, рассчитана на возможность работы при температурах до 100°C.Since heat is generated during adsorption, natural gas, when pumped into the adsorption gas terminal, heats up and, accordingly, heats its casing; therefore, a special input or several inputs were made inside the adsorption gas terminal to control the temperature and prevent its overheating. At the same time, the cellular design of the adsorption gas terminal, which improves its strength properties, is designed for operation at temperatures up to 100 ° C.
Для ускорения заправки адсорбционного газового терминала и снятия излишней теплоты, вызывающей его разогрев, предусмотрена технология проточной заправки, для чего используются два патрубка, один из которых предназначен для закачки газа и имеет ввод в нижней части адсорбционного газового терминала, а другой - для выдачи газа потребителю и имеет вывод в верхней части адсорбционного газового терминала. Тем самым разогретый газ, находящийся в газовой фазе (не адсорбированный), уносится через верхний патрубок и не дает разогреться адсорбционному материалу и корпусу адсорбционного газового терминала, и закачивается в специальный сборник, либо охлаждается в специализированном теплообменнике и подается обратно в адсорбционный газовый терминал.To accelerate the refueling of the adsorption gas terminal and remove excess heat that causes it to heat up, a flow-through refueling technology is provided, for which two nozzles are used, one of which is designed to inject gas and has an inlet at the bottom of the adsorption gas terminal, and the other to dispense gas to the consumer and has a terminal at the top of the adsorption gas terminal. Thus, the heated gas in the gas phase (not adsorbed) is carried out through the upper pipe and does not allow the adsorption material and the case of the adsorption gas terminal to warm up, and is pumped into a special collector, or cooled in a specialized heat exchanger and fed back to the adsorption gas terminal.
Удобство транспортировки и использования адсорбционного газового терминала определяется возможностью его унификации к размерам грузовых контейнеров для перевозки автомобильным, железнодорожным, морским и воздушный транспортом, а также возможность размещения на его платформе безмасляного компрессора для закачки газа или компрессора масляного типа с установленным на выходе специальным угольным фильтром для очистки газа и предотвращения загрязнения адсорбционного материала в адсорбционном газовом терминале и, как следствие, снижения его адсорбционной емкости.Convenience of transportation and use of the adsorption gas terminal is determined by the possibility of its unification to the size of cargo containers for transportation by road, rail, sea and air, as well as the possibility of placing an oil-free compressor for pumping gas or an oil type compressor with a special charcoal filter installed on its output for gas purification and prevention of contamination of the adsorption material in the adsorption gas terminal and, as a result, reduced si its adsorption capacity.
Таким образом, адсорбционный газовый терминал представляет собой автономную, удобную к транспортировке и обслуживания систему хранения газа, обладающую повышенной пожаро-взрывобезопасностью по сравнению с системами хранения газа в компримированном и сжиженном виде, так как природный газ в адсорбционном газовом терминале находится в преимущественно связанном виде - в поле адсорбционных сил, и разгерметизация корпуса не приведет к резкому выбросу газа, а охлаждение адсорбционного материала при десорбции природного газа будет способствовать торможению процессов выброса газа.Thus, the adsorption gas terminal is a self-contained gas storage system, convenient for transportation and maintenance, with increased fire and explosion safety compared to compressed and liquefied gas storage systems, since natural gas in the adsorption gas terminal is in a predominantly bound form - in the field of adsorption forces, and depressurization of the shell will not lead to a sharp release of gas, and cooling the adsorption material during desorption of natural gas will to inhibit the processes of gas emission.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Адсорбционный газовый терминал прямоугольной формы со скругленными гранями, Фиг. 1, гидравлическим объемом 10 м3, рабочим давлением 100 бар, габаритные размеры которого унифицированы с габаритными размерами контейнера 1D по ГОСТ Р 51876-2008, в котором для сглаживания неравномерности напряжений используется внутренняя ячеистая конструкция, ячейки которой представляют собой параллелепипеды, заполненные блоками нанопористого адсорбционного материала на 90% от объема адсорбционного газового терминала, насыпной плотностью 670 кг/м3, способным аккумулировать 150 м3 (природного газа) / 1 м3 (системы хранения), а суммарно около 1250 м3 природного газа; имеющий два ввода, находящихся на высоте в верхней трети и нижней трети адсорбционного газового терминала для контроля температур, имеющий два патрубка - внизу для закачки газа и вверху для его выдачи для организации проточной заправки. Адсорбционный газовый терминал состоит из двух равных половин, состоящих из наружной обечайки и внутренней ячеистой конструкции, выполненной из листового металла, соединенных между собой после снаряжения адсорбционным материалом сварным швом по наружной обечайке, поверх которого наложен бандаж. Безопасность адсорбционного материала при сварке обеспечивается прокладкой из термоизоляционного материала между непосредственно материалом и сварным швом, а также прокачкой газообразного азота через адсорбционный газовый терминал при небольшом избыточном давлении.Rectangular adsorption gas terminal with rounded edges, FIG. 1, with a hydraulic volume of 10 m 3 , a working pressure of 100 bar, the overall dimensions of which are unified with the overall dimensions of the 1D container in accordance with GOST R 51876-2008, in which an internal cellular structure is used to smooth out the voltage unevenness, the cells of which are parallelepipeds filled with nanoporous adsorption blocks 90% of the volume of the adsorption gas terminal with a bulk density of 670 kg / m 3 capable of accumulating 150 m 3 (natural gas) / 1 m 3 (storage systems), and a total of about 1250 m 3 natural gas; having two inlets located at a height in the upper third and lower third of the adsorption gas terminal for temperature control, having two nozzles - at the bottom for gas injection and at the top for its delivery for organizing flowing refueling. The adsorption gas terminal consists of two equal halves, consisting of an outer shell and an internal cellular structure made of sheet metal, interconnected after equipping the adsorption material with a weld along the outer shell, over which a bandage is applied. The safety of the adsorption material during welding is ensured by laying a heat-insulating material between the material itself and the weld, as well as pumping nitrogen gas through the adsorption gas terminal at a slight overpressure.
Пример 2.Example 2
Отличается от примера 1 тем, что адсорбционный газовый терминал содержит на своей платформе безмасляный компрессор для закачки природного газа.It differs from example 1 in that the adsorption gas terminal contains on its platform an oil-free compressor for injecting natural gas.
Пример 3.Example 3
Отличается от примера 1 тем, что адсорбционный газовый терминал содержит на своей платформе содержит систему фильтров для очистки природного газа от масляных примесей при закачке газа масляным компрессором, расположенным также на платформе адсорбционного газового терминала.It differs from Example 1 in that the adsorption gas terminal contains on its platform a filter system for purifying natural gas from oil impurities when injecting gas with an oil compressor, also located on the platform of the adsorption gas terminal.
Пример 4.Example 4
Отличается от примера 1 тем, что две половины адсорбционного газового терминала имеют фланцы, Фиг. 2, которые после его снаряжения стягивают болтами. Использование фланцевой конструкции существенно упрощает техническое обслуживание адсорбционного материала, находящегося в терминале, т.к. упрощает доступ к нему. Также отпадает необходимость в использовании термоизолирующего материала и прокачки газообразным азотом, используемых при сварке, однако на величину около 5% увеличивается масса конструкции адсорбционного газового терминала.It differs from Example 1 in that the two halves of the adsorption gas terminal have flanges, FIG. 2, which after its equipment are pulled together with bolts. The use of a flange design greatly simplifies the maintenance of the adsorption material located in the terminal, as simplifies access to it. There is also no need to use thermally insulating material and pumping with gaseous nitrogen used in welding, however, the design mass of the adsorption gas terminal increases by about 5%.
Пример 5.Example 5
Отличается от примера 1 и 4 тем, что ячейки адсорбционного газового терминала выполнены в независимом друг от друга виде, Фиг. 3, в форме кассет - независимо расположенных трубок, заполненных адсорбционным материалом в форме цилиндров.It differs from examples 1 and 4 in that the cells of the adsorption gas terminal are made in an independent form, FIG. 3, in the form of cartridges — independently arranged tubes filled with adsorption material in the form of cylinders.
Пример 6.Example 6
Отличается от примера 1 тем, что ячейки адсорбционного газового терминала в вертикальном направлении представлены прутками, приваренными к противоположным сторонам внешней обечайки.It differs from Example 1 in that the cells of the adsorption gas terminal in the vertical direction are represented by rods welded to opposite sides of the outer shell.
Изобретение может быть воплощено и в других конкретных формах без отступления от 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 the gist or essential features. Therefore, this embodiment of the invention should in all respects be regarded as illustrative and non-limiting.
Пример 7.Example 7
Отличается от примера 1 тем, что ячейки адсорбционного газового терминала образованы диагональными пластинами, приваренными к противоположным сторонам внешней обечайки, Фиг. 4.It differs from Example 1 in that the cells of the adsorption gas terminal are formed by diagonal plates welded to opposite sides of the outer shell, FIG. four.
Такой тип ячеистой конструкции позволяет за счет расположения ячеек под углом к обечайке снизить напряжения растяжения непосредственно от сил давления находящихся в углах сечения. Пластины, образующие ячейки, находятся между собой под прямым углом, образуя квадратные или прямоугольные ячейки, и привариваются друг к другу и к обечайке в «шахматном» порядке. В этом случае прочность конструкции возрастает, а ее масса снижается.This type of cellular design allows, due to the location of the cells at an angle to the shell, to reduce tensile stress directly from the pressure forces located in the corners of the section. The plates forming the cells are at right angles to each other, forming square or rectangular cells, and are welded to each other and to the shell in a "checkerboard" order. In this case, the strength of the structure increases, and its mass decreases.
Пример 8.Example 8
Отличается от примера 1 тем, что обечайка адсорбционного газового терминала представляет собой набор полутруб, Фиг. 5.It differs from Example 1 in that the shell of the adsorption gas terminal is a set of half pipes, FIG. 5.
Данная конструкция отличается высокой прочностью, которая достигается за счет значительного снижения изгибных напряжений в самой обечайке. Увеличение прочности конструкции в свою очередь ведет к уменьшению ее массы.This design is characterized by high strength, which is achieved due to a significant reduction in bending stresses in the shell itself. An increase in the strength of the structure in turn leads to a decrease in its mass.
Пример 9.Example 9
Отличается от примера 1 тем, что адсорбционный газовый терминал составляется из труб, свариваемых друг с другом, Фиг. 6. Адсорбционный материал исполняется в виде цилиндров, а пространство между трубами заполняется набором монолитных блоков с засыпкой между блоков гранулированного адсорбента.It differs from Example 1 in that the adsorption gas terminal is composed of pipes welded together, FIG. 6. The adsorption material is made in the form of cylinders, and the space between the pipes is filled with a set of monolithic blocks with backfill between the blocks of granular adsorbent.
Достоинство данной конструкции в том, что трубы принимают на себя не только поперечные разрывные силы, но также удерживают осевые силы, действующие на крышки, а также цилиндры воспринимают и осевые нагрузки, ввиду чего прочность конструкции существенно возрастает.The advantage of this design is that the pipes take on not only the transverse tensile forces, but also retain the axial forces acting on the caps, as well as the cylinders absorb axial loads, as a result of which the structural strength increases significantly.
Таким образом, адсорбционный газовый терминал способен аккумулировать природный газ в объеме не менее 100 м3 (природного газа)/м3 (системы хранения), а суммарно в адсорбционном газовом терминале помещается от 1000 до 100000 м3 (природного газа) при рабочем давлении от 30 до 100 бар и при температуре терминала от минус 40 до плюс 50°C.Thus, the adsorption gas terminal is capable of accumulating natural gas in a volume of not less than 100 m 3 (natural gas) / m 3 (storage systems), and in total from 1000 to 100000 m 3 (natural gas) is placed in the adsorption gas terminal at a working pressure of 30 to 100 bar and at a terminal temperature of minus 40 to plus 50 ° C.
Изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отступления от его сути или существенных признаков. Поэтому данные примеры осуществления изобретения следует во всех отношениях рассматривать как иллюстративные и неограничительные.The invention may be embodied in other specific forms without departing from its essence or essential features. Therefore, these examples of carrying out the invention should in all respects be considered as illustrative and non-limiting.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149429A RU2648387C1 (en) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | Absorptive gas terminal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149429A RU2648387C1 (en) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | Absorptive gas terminal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2648387C1 true RU2648387C1 (en) | 2018-03-26 |
Family
ID=61708003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016149429A RU2648387C1 (en) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | Absorptive gas terminal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2648387C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1818503C (en) * | 1990-11-11 | 1993-05-30 | Институт проблем материаловедения АН УССР | Hydrogen accumulator |
| JP2000146092A (en) * | 1998-11-06 | 2000-05-26 | Toyota Motor Corp | Occulsion type natural gas storage tank |
| US6709497B2 (en) * | 2002-05-09 | 2004-03-23 | Texaco Ovonic Hydrogen Systems Llc | Honeycomb hydrogen storage structure |
| US7455719B2 (en) * | 2002-12-10 | 2008-11-25 | Advanced Technology Materials, Inc. | Gas storage and dispensing system with monolithic carbon adsorbent |
| UA85773C2 (en) * | 2007-07-05 | 2009-02-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Украинский Центр Инноваций И Технологий" | adsorptive accumulator of natural gas |
| WO2015054332A1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-04-16 | Corning Incorporated | Composite honeycombs for gas storage |
-
2016
- 2016-12-15 RU RU2016149429A patent/RU2648387C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1818503C (en) * | 1990-11-11 | 1993-05-30 | Институт проблем материаловедения АН УССР | Hydrogen accumulator |
| JP2000146092A (en) * | 1998-11-06 | 2000-05-26 | Toyota Motor Corp | Occulsion type natural gas storage tank |
| US6709497B2 (en) * | 2002-05-09 | 2004-03-23 | Texaco Ovonic Hydrogen Systems Llc | Honeycomb hydrogen storage structure |
| US7455719B2 (en) * | 2002-12-10 | 2008-11-25 | Advanced Technology Materials, Inc. | Gas storage and dispensing system with monolithic carbon adsorbent |
| UA85773C2 (en) * | 2007-07-05 | 2009-02-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Украинский Центр Инноваций И Технологий" | adsorptive accumulator of natural gas |
| WO2015054332A1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-04-16 | Corning Incorporated | Composite honeycombs for gas storage |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7036324B2 (en) | Hydrogen storage and supply system | |
| KR102507969B1 (en) | adsorption device | |
| US6709497B2 (en) | Honeycomb hydrogen storage structure | |
| US20050211573A1 (en) | Modular metal hydride hydrogen storage system | |
| US9328868B2 (en) | Method of increasing storage capacity of natural gas tank | |
| CN101737615A (en) | Thermal management apparatus for gas storage | |
| CA2785265A1 (en) | Modular compact adsorption bed | |
| KR20150127625A (en) | Gas storage modules, apparatus, systems and methods utilizing adsorbent materials | |
| EP1017475A4 (en) | Bulk storage and dispensing system for fluids | |
| TWI700458B (en) | Adsorbent-based, mechanically-regulated gas storage and delivery vessel and method of sepplying reagent gas from a vessfl | |
| US20160201855A1 (en) | Sorption store with improved heat transfer | |
| KR20160043063A (en) | Process for filling a sorption store with gas | |
| KR20150067183A (en) | Method of charging a sorption store with a gas | |
| US20160201854A1 (en) | Device and method for indicating a fill level of a sorption store | |
| WO2015022617A1 (en) | Filling device for a sorption store and sorption store | |
| EP3093549A1 (en) | Vehicle comprising an internal combustion engine, at least one storage vessel and a cooling chamber and/or an air condition unit | |
| US7611566B2 (en) | Direct gas recirculation heater for optimal desorption of gases in cryogenic gas storage containers | |
| WO2015169939A1 (en) | Method and device for filling a storage tank by recirculation of gas | |
| RU2648387C1 (en) | Absorptive gas terminal | |
| US9243754B2 (en) | Method of charging a sorption store with a gas | |
| WO2021067661A1 (en) | Mobile natural gas storage and transportation unit based on adsorption | |
| WO2015022633A1 (en) | Sorption store for gas with multiple adsorbent media | |
| US20160096164A1 (en) | Space-filling polyhedral sorbents | |
| WO2016128947A1 (en) | Fuel gas fueling system and method | |
| EP3130835A1 (en) | A vehicle comprising a storage system and a combustion engine, the storage system comprising a container and at least one storage vessel surrounded by a housing |