RU2820373C1 - Method and system for filling natural gas onboard adsorption accumulators with circulation of cooled coolant - Google Patents
Method and system for filling natural gas onboard adsorption accumulators with circulation of cooled coolant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820373C1 RU2820373C1 RU2023133233A RU2023133233A RU2820373C1 RU 2820373 C1 RU2820373 C1 RU 2820373C1 RU 2023133233 A RU2023133233 A RU 2023133233A RU 2023133233 A RU2023133233 A RU 2023133233A RU 2820373 C1 RU2820373 C1 RU 2820373C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- natural gas
- adsorption
- gas
- accumulators
- board
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 254
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims abstract description 127
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 238000011049 filling Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000002826 coolant Substances 0.000 title claims description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 82
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 50
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 18
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 39
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000012229 microporous material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области хранения природного газа в адсорбированном состоянии и использования адсорбированного природного газа для питания двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.The invention relates to the field of storing natural gas in an adsorbed state and using adsorbed natural gas to power an internal combustion engine of a vehicle.
Природный газ является одним из самых перспективных альтернативных источников энергии в связи с низкой стоимостью и хорошими экологическими качествами. На сегодня уже более 28 миллионов автомобилей в мире используют природный газ. И согласно прогнозам Международного энергетического агентства доля природного газа в мировом энергетическом балансе к 2040-ому году не только не упадет в связи с развитием альтернативной энергетики, но и вырастет в 1,46 раза, при этом потребление природного газа на транспорте вырастет в 2,35 раза.Natural gas is one of the most promising alternative energy sources due to its low cost and good environmental qualities. Today, more than 28 million cars in the world use natural gas. And according to the forecasts of the International Energy Agency, the share of natural gas in the global energy balance by 2040 will not only not fall due to the development of alternative energy, but will also increase by 1.46 times, while the consumption of natural gas in transport will increase by 2.35 times.
Адсорбированный природный газ (АПГ) альтернативная технология хранения природного газа, в том числе, и для применения на транспортных средствах. Адсорбированный природный газ отличается высокой энергоэффективностью, а также пожаро- и взрывобезопасностью, обусловленными «связанным» состоянием молекул газа в микропорах и низкими давлениями по сравнению с традиционными системами компримированного (КПГ) и сжиженного (СПГ) природного газа. Однако системы АПГ обладают и недостатками: тепловыми эффектами адсорбции/десорбции (адсорбция и десорбция экзотермический и эндотермический процессы соответственно), снижающими эффективность заправки/выдачи газа, а также накоплением в адсорбционном материале в результате циклической работы системы высококипящих углеводородов (С2+), входящих в состав природного газа.Adsorbed natural gas (AGG) is an alternative technology for storing natural gas, including for use in vehicles. Adsorbed natural gas is characterized by high energy efficiency, as well as fire and explosion safety, due to the “bound” state of gas molecules in micropores and low pressures compared to traditional compressed (CNG) and liquefied natural gas (LNG) systems. However, APG systems also have disadvantages: thermal effects of adsorption/desorption (adsorption and desorption are exothermic and endothermic processes, respectively), reducing the efficiency of gas filling/dispensing, as well as accumulation in the adsorption material as a result of cyclic operation of the system of high-boiling hydrocarbons (C 2+ ) included into natural gas.
Изначально адсорбционные материалы синтезируются в гранулированном или порошкообразном виде и обладают невысокой насыпной плотностью. Для повышения удельной объемной емкости адсорбционной системы аккумулирования требуется увеличивать плотность упаковки адсорбента. В работе [Solovtsova, O.V.; Chugaev, S.S.; Men'shchikov, I.E.; Pulin, A.L.; Shkolin, A.V.; Fomkin, A.A. High-density carbon adsorbents for natural gas storage. Colloid J. 2020, 82, 719 726] показано, что формование под давлением смеси адсорбционного материала со связующим позволяет существенно увеличить удельную объемную емкость системы АПГ с моноблочным адсорбентом, изготовленным по данной технологии, по сравнению с исходным рассыпным адсорбционным материалом.Initially, adsorption materials are synthesized in granular or powder form and have a low bulk density. To increase the specific volumetric capacity of the adsorption accumulation system, it is necessary to increase the packing density of the adsorbent. In the work [Solovtsova, O.V.; Chugaev, S.S.; Men'shchikov, I.E.; Pulin, A. L.; Shkolin, A.V.; Fomkin, A.A. High-density carbon adsorbents for natural gas storage. Colloid J. 2020, 82, 719 726] it is shown that molding under pressure a mixture of adsorption material with a binder can significantly increase the specific volumetric capacity of the APG system with a monoblock adsorbent manufactured using this technology, compared to the original loose adsorption material.
Адсорбционные системы аккумулирования в силу возникновения тепловых эффектов очень чувствительны к скорости заправки и выдачи газа. Отсутствие специально заложенных приемов утилизации теплоты адсорбции при заправке и подвода теплоты при выдаче газа снижают эффективность (количество газа, пробег) систем АПГ примерно в 2 раза, что особенно проявляется при «быстрой» заправке и выдаче газа. При этом в области автотранспорта скорости заправки и выдачи являются принципиальными, что требует применения специальных технологических приемов, использования дополнительных машин и аппаратов в адсорбционных системах аккумулирования. Как правило, для снижения влияния тепловых эффектов могут быть использованы специальные системы терморегулирования: теплообменники, установленные внутри [Vasiliev, L.L.; Kanonchik, L.E.; Tsitovich, A.P. Adsorption system with heat pipe thermal control for mobile storage of gaseous fuel. Int. J. Therm. Sci. 2017, 120, 252 262], [Ybyraiymkul, D.; Ng, K.C.; Kaltayev, A. Experimental and numerical study of effect of thermal management on storage capacity of the adsorbed natural gas vessel. Appl. Therm. Eng. 2017, 125, 523 531] или снаружи [Zhang, J.; Tan, Y.; Zhang, T.; Yu, K. Investigation of improvement of desorption efficiency using engine cooling water in natural gas vehicle tank. Appl. Therm. Eng. 2018, 133, 117 124], [Patil, K.H.; Sahoo, S. Charge characteristics of adsorbed natural gas storage system based on MAXSORB III. J. Nat. Gas Sci. Eng. 2018, 52, 267 282] адсорбционного аккумулятора, а также циркуляция непосредственно через слой адсорбента газа, нагретого или охлажденного во внешнем теплообменном аппарате [Kanonchik, L.E.; Vasiliev, L.L. Charge dynamics of a low-pressure natural gas accumulator with solid adsorbent, novel thermosyphon and recirculation loop. Int. J. Heat Mass Transf. 2019, 143, 1 9], [Strizhenov, E.M.; Chugaev, S.S.; Men'shchikov, I.E.; Shkolin, A.V.; Zherdev, A.A. Heat and mass transfer in an adsorbed natural gas storage system filled with monolithic carbon adsorbent during circulating gas charging. Nanomaterials 2021, 11, 3274].Adsorption storage systems, due to the occurrence of thermal effects, are very sensitive to the rate of gas filling and dispensing. The absence of specially designed methods for utilizing the heat of adsorption during refueling and the supply of heat when dispensing gas reduces the efficiency (amount of gas, mileage) of APG systems by approximately 2 times, which is especially evident during “fast” filling and dispensing of gas. At the same time, in the field of motor transport, refueling and dispensing speeds are fundamental, which requires the use of special technological techniques, the use of additional machines and devices in adsorption storage systems. As a rule, to reduce the influence of thermal effects, special thermal control systems can be used: heat exchangers installed inside [Vasiliev, L.L.; Kanonchik, L. E.; Tsitovich, A.P. Adsorption system with heat pipe thermal control for mobile storage of gaseous fuel. Int. J. Therm. Sci. 2017, 120, 252 262], [Ybyraiymkul, D.; Ng, K.C.; Kaltayev, A. Experimental and numerical study of the effect of thermal management on storage capacity of the adsorbed natural gas vessel. Appl. Therm. Eng. 2017, 125, 523 531] or outside [Zhang, J.; Tan, Y.; Zhang, T.; Yu, K. Investigation of improvement of desorption efficiency using engine cooling water in natural gas vehicle tank. Appl. Therm. Eng. 2018, 133, 117 124], [Patil, K.H.; Sahoo, S. Charge characteristics of adsorbed natural gas storage system based on MAXSORB III. J. Nat. Gas Sci. Eng. 2018, 52, 267 282] adsorption accumulator, as well as circulation directly through the adsorbent layer of gas heated or cooled in an external heat exchanger [Kanonchik, L.E.; Vasiliev, L.L. Charge dynamics of a low-pressure natural gas accumulator with solid adsorbent, novel thermosyphon and recirculation loop. Int. J. Heat Mass Transf. 2019, 143, 1 9], [Strizhenov, E.M.; Chugaev, S.S.; Men'shchikov, I.E.; Shkolin, A.V.; Zherdev, A.A. Heat and mass transfer in an adsorbed natural gas storage system filled with monolithic carbon adsorbent during circulating gas charging. Nanomaterials 2021, 11, 3274].
В работе [Pupier, O.; Goetz, V.; Fiscal, R. Effect of cycling operations on an adsorbed natural gas storage. Chem. Eng. Process. 2005, 44, 71 79] показано, что накопление примесных углеводородов С2+ в адсорбенте при использовании природного газа с содержанием метана около 92,18% мол. приводит к снижению эффективности системы хранения на 50% после 700 циклов заправки природным газом, что соответствует пробегу автомобиля около 250 000 км. В работе [Romanos, J.; Rash, T.; Dargham, S.A.; Prosniewski, M.; Barakat, F.; Pfeifer, P. Cycling and regeneration of adsorbed natural gas in microporous materials. Energy Fuels 2017, 31, 14332 14337] показано, что при заправке адсорбционной системы природным газом с 85,45% мол. метана, объемная накопительная емкость системы уменьшилась до 50% уже после первых 100 циклов и после этого оставалась постоянной. Авторы работы [Prosniewski, M.; Rash, T.; Romanos, J.; Gillespie, A.; Stalla, D.; Knight, E.; Smith, A.; Pfeifer, P. Effect of cycling and thermal control on the storage and dynamics of a 40-L monolithic adsorbed natural gas tank. Fuel 2019, 244, 447 453] изучали влияние примесей в природном газе с содержанием метана 90,58% мол. в полноразмерной адсорбционной системе с терморегулированием (нагрев при выдаче газа) и без него. Было установлено, что за 20 циклов без использования терморегулирования полезная объемная емкость аккумулирования уменьшилась на 16%, а количество выдаваемого газа на 10%. Однако при использовании нагрева системы при выдаче газа потери эффективности были снижены до 7% и 5% соответственно благодаря более эффективному удалению этана, как основного примесного углеводорода в природном газе. В свою очередь терморегулирование не привело к значительному улучшению в снижении накопления углеводородов тяжелее C2H6, которые продолжали вытеснять метан и этан из системы. Эти данные показывают, что для того, чтобы автомобильная адсорбционная система аккумулирования была эффективна, необходимо использование как терморегулирования адсорбционного аккумулятора, так и системы борьбы с накоплением примесных углеводородов в адсорбенте.In [Pupier, O.; Goetz, V.; Fiscal, R. Effect of cycling operations on an adsorbed natural gas storage. Chem. Eng. Process. 2005, 44, 71 79] showed that the accumulation of impurity hydrocarbons C 2+ in the adsorbent when using natural gas with a methane content of about 92.18 mol%. results in a 50% reduction in storage system efficiency after 700 natural gas filling cycles, which corresponds to a vehicle mileage of approximately 250,000 km. In [Romanos, J.; Rash, T.; Dargham, S. A.; Prosniewski, M.; Barakat, F.; Pfeifer, P. Cycling and regeneration of adsorbed natural gas in microporous materials. Energy Fuels 2017, 31, 14332 14337] it is shown that when filling the adsorption system with natural gas with 85.45 mol.% methane, the volumetric storage capacity of the system decreased to 50% after the first 100 cycles and remained constant after that. Authors of the work [Prosniewski, M.; Rash, T.; Romanos, J.; Gillespie, A.; Stalla, D.; Knight, E.; Smith, A.; Pfeifer, P. Effect of cycling and thermal control on the storage and dynamics of a 40-L monolithic adsorbed natural gas tank. Fuel 2019, 244, 447 453] studied the effect of impurities in natural gas with a methane content of 90.58 mol%. in a full-size adsorption system with and without thermal control (heating during gas release). It was found that over 20 cycles without the use of thermal control, the useful volumetric storage capacity decreased by 16%, and the amount of gas emitted by 10%. However, when using system heating during gas delivery, efficiency losses were reduced to 7% and 5%, respectively, due to more efficient removal of ethane, the main impurity hydrocarbon in natural gas. In turn, thermal control did not lead to significant improvement in reducing the accumulation of hydrocarbons heavier than C 2 H 6 , which continued to displace methane and ethane from the system. These data show that in order for an automotive adsorption storage system to be effective, it is necessary to use both thermal control of the adsorption battery and a system to combat the accumulation of impurity hydrocarbons in the adsorbent.
В патенте US 6613126 B2 обсуждаются решения, позволяющие минимизировать негативное влияние тяжелых гомологов метана в природном газе на показатели адсорбционной системы путем их предварительного сепарирования перед заправкой газом аккумулятора с адсорбентом. Авторами патента представлена схема с разделением природного газа на легкие и тяжелые фракции на базе самого автомобиля. Согласно схеме, поток природного газа сначала проходит через предварительный адсорбер, где происходит отделение пропана и бутана, после чего обогащенный метаном поток аккумулируется в основном адсорбере. При этом для улучшения сорбционно-десорбционных показателей предварительного адсорбера в нем предусмотрен теплообменный контур для утилизации теплоты и холода, образующихся в процессах заправки/выдачи газа.Patent US 6613126 B2 discusses solutions to minimize the negative impact of heavy methane homologues in natural gas on the performance of the adsorption system by pre-separation before filling the accumulator with the adsorbent with gas. The authors of the patent present a scheme for separating natural gas into light and heavy fractions based on the car itself. According to the scheme, the natural gas stream first passes through the preliminary adsorber, where propane and butane are separated, after which the methane-enriched stream is accumulated in the main adsorber. At the same time, to improve the sorption-desorption performance of the preliminary adsorber, it is equipped with a heat exchange circuit for recycling heat and cold generated during gas filling/dispensing processes.
В похожем патенте US 20150001101 A1 представлена схема адсорбционной системы с двумя последовательно расположенными аккумуляторами, первый из которых предназначен для улавливания молекул газов C2+, а второй для накопления природного газа, обогащенного метаном. На первом этапе происходит заполнение газом предварительного защитного адсорбера в динамическом режиме при закрытом вентиле, отсекающим основной адсорбер. По мере продвижение фронта потока газа происходит задерживание тяжелых углеводородов в адсорбере, а газовый поток обогащается метаном. После этого клапан между адсорберами открывается и производится напуск газа в основной адсорбер. При полном заполнении основного адсорбера клапан перекрывают. При подаче газа в ДВС осуществляется обратная ситуация поток газа, выходящий из основного адсорбера «выдувает» молекулы C2+ из защитного адсорбера, одновременно его регенерируя.A similar patent US 20150001101 A1 presents a diagram of an adsorption system with two batteries arranged in series, the first of which is designed to capture C 2+ gas molecules, and the second to accumulate natural gas enriched in methane. At the first stage, the preliminary protective adsorber is filled with gas in dynamic mode with the valve closed, cutting off the main adsorber. As the front of the gas flow advances, heavy hydrocarbons are retained in the adsorber, and the gas flow is enriched with methane. After this, the valve between the adsorbers opens and gas is released into the main adsorber. When the main adsorber is completely filled, the valve is closed. When gas is supplied to the internal combustion engine, the opposite situation occurs; the gas flow leaving the main adsorber “blows out” C 2+ molecules from the protective adsorber, simultaneously regenerating it.
В представленных выше патентах не освещена или частично освещена проблема выделения/поглощения теплоты в процессах заправки/выдачи природного газа из адсорбера, что оказывает значительное влияние на работу и эффективность всей системы в целом.The patents presented above do not cover or partially cover the problem of heat release/absorption in the processes of filling/discharging natural gas from the adsorber, which has a significant impact on the operation and efficiency of the entire system as a whole.
В патенте на полезную модель №173726 «Устройство для хранения и подачи природного газа потребителю» описывается схема устройства для хранения и подачи природного газа потребителю, содержащего адсорбер, имеющий корпус с патрубками подвода и отвода газа, в котором размещен сорбент, способный поглощать природный газ, а также теплообменник, обеспечивающий теплообмен природного газа с промежуточным теплоносителем. Патрубки подвода и отвода газа соединены между собой замкнутой гидравлической линией, образующей циркуляционный контур, в котором размещены запорные клапана, причем в этом контуре установлены последовательно по направлению течения газа теплообменник и нагнетатель динамического действия, производительность которого изменяется в соответствии с расходом газа, поступающего из устройства потребителю. Достоинством данной схемы является то, что нагретый в теплообменном аппарате циркулирующий природный газ проходит непосредственно через слой адсорбента, нагревая его при выдаче газа потребителю. В качестве недостатка данной схемы можно отметить отсутствие заложенного в схему решения по борьбе с накоплением высококипящих углеводородов С2+.The utility model patent No. 173726 “Device for storing and supplying natural gas to a consumer” describes a diagram of a device for storing and supplying natural gas to a consumer, containing an adsorber having a housing with gas inlet and outlet pipes, in which a sorbent capable of absorbing natural gas is placed, as well as a heat exchanger that provides heat exchange of natural gas with an intermediate coolant. The gas inlet and outlet pipes are connected to each other by a closed hydraulic line, forming a circulation circuit in which shut-off valves are located, and in this circuit a heat exchanger and a dynamic blower are installed sequentially in the direction of gas flow, the performance of which varies in accordance with the gas flow rate coming from the device to the consumer. The advantage of this scheme is that circulating natural gas heated in a heat exchanger passes directly through the adsorbent layer, heating it when the gas is supplied to the consumer. As a disadvantage of this scheme, it can be noted that there is no solution included in the scheme to combat the accumulation of high-boiling C 2+ hydrocarbons.
В патенте US 7955415 B2 описывается улучшение характеристик адсорбционной системы за счет использования жидкостной системы терморегулирования, позволяющей утилизировать высвобождающуюся теплоту адсорбции во время заправки, а также производить подогрев адсорбера во время выдачи газообразного топлива. Также в конструкции системы может быть предусмотрена установка вакуумного насоса, позволяющего дополнительно извлекать остаточное количество газа из системы при низких давлениях. В патенте указывается, что в адсорбере обычно используется сыпучий адсорбционный материал, например, активный уголь, что является недостатком в связи с его низкой насыпной плотностью, и, как следствие, удельной объемной емкостью. С точки зрения энергоэффективности работы системы спорным моментом является использование вакуумного насоса. Также в данной схеме не предусмотрена функция по борьбе с накоплением примесных углеводородов, содержащихся в природном газе.US Pat. No. 7,955,415 B2 describes improving the performance of an adsorption system through the use of a liquid thermal control system that allows for the recovery of the released heat of adsorption during refueling, as well as for heating the adsorber during dispensing of gaseous fuel. The system design may also include the installation of a vacuum pump, which allows additional removal of residual gas from the system at low pressures. The patent states that the adsorber usually uses bulk adsorption material, for example, activated carbon, which is a disadvantage due to its low bulk density, and, as a consequence, specific volumetric capacity. From the point of view of energy efficiency of the system, a controversial point is the use of a vacuum pump. Also, this scheme does not provide a function to combat the accumulation of impurity hydrocarbons contained in natural gas.
К преимуществам бортовых адсорбционных систем аккумулирования природного газа стоит отнести технологическую преемственность по отношению к системам заправки компримированным природным газом с помощью автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). В то же время для заправки КПГ требуется высокое давление в системе порядка 30 МПа, которое является чрезмерным для адсорбционных накопителей, работающих при более низком давлении, что и определяет их энергоэффективность. Поэтому для реализации всех достоинств систем АПГ целесообразна разработка новых эффективных способов заправки данных систем.The advantages of on-board adsorption systems for accumulating natural gas include technological continuity in relation to compressed natural gas filling systems using automobile gas filling compressor stations (CNG filling stations). At the same time, refueling with CNG requires a high pressure in the system of the order of 30 MPa, which is excessive for adsorption accumulators operating at lower pressure, which determines their energy efficiency. Therefore, to realize all the advantages of APG systems, it is advisable to develop new effective methods for refueling these systems.
В работе [Strizhenov, E.M.; Chugaev, S.S.; Men'shchikov, I.E.; Shkolin, A.V.; Zherdev, A.A. Heat and mass transfer in an adsorbed natural gas storage system filled with monolithic carbon adsorbent during circulating gas charging. Nanomaterials 2021, 11, 3274] показано, что циркуляция охлаждаемого во внешнем теплообменном аппарате газа через слой адсорбента является одним из самых эффективных способов заправки систем АПГ, так как охлажденный природный газ напрямую контактирует со слоем адсорбента, который нагревается в процессе заправки, тем самым снижая его температуру, что ведет к увеличению количества заправленного газа в адсорбционном аккумуляторе. Помимо циркуляции газа авторы работы [Men'shchikov, I.E.; Shkolin, A.V.; Strizhenov, E.M.; Khozina, E.V.; Chugaev, S.S.; Shiryaev, A.A.; Fomkin, A.A.; Zherdev, A.A. Thermodynamic behaviors of adsorbed methane storage systems based on nanoporous carbon adsorbents prepared from coconut shells. Nanomaterials 2020, 10, 2243] показали, что при заправке адсорбционной системы также могут эффективно применяться внешние или внутренние теплообменные аппараты, непосредственно охлаждающие адсорбционный аккумулятор.In the work [Strizhenov, E.M.; Chugaev, S.S.; Men'shchikov, I.E.; Shkolin, A.V.; Zherdev, A.A. Heat and mass transfer in an adsorbed natural gas storage system filled with monolithic carbon adsorbent during circulating gas charging. Nanomaterials 2021, 11, 3274] show that the circulation of gas cooled in an external heat exchanger through an adsorbent layer is one of the most effective ways to refuel APG systems, since cooled natural gas directly contacts the adsorbent layer, which heats up during the refueling process, thereby reducing its temperature, which leads to an increase in the amount of charged gas in the adsorption accumulator. In addition to gas circulation, the authors of the work [Men'shchikov, I.E.; Shkolin, A.V.; Strizhenov, E.M.; Khozina, E.V.; Chugaev, S.S.; Shiryaev, A.A.; Fomkin, A.A.; Zherdev, A.A. Thermodynamic behaviors of adsorbed methane storage systems based on nanoporous carbon adsorbents prepared from coconut shells. Nanomaterials 2020, 10, 2243] showed that when filling an adsorption system, external or internal heat exchangers that directly cool the adsorption accumulator can also be effectively used.
В патентах US 4522159 A и US 4523548 A представлена технологическая схема заправки системы АПГ газом из сети низкого давления при помощи двухступенчатого сжатия с помощью компрессора. В патенте US 4531497 A рассмотрен случай установки заправочного компрессора непосредственно на борту автомобиля. Недостатками данных схем являются отсутствие системы терморегулирования адсорбционных накопителей, что снижает количество заправляемого газа из-за нагрева адсорбента в процессе заправки, а также отсутствие системы по борьбе с накоплением примесных углеводородов, содержащихся в природном газе.Patents US 4522159 A and US 4523548 A present a technological scheme for filling the APG system with gas from a low pressure network using two-stage compression using a compressor. US Pat. No. 4,531,497 A discusses the case of installing a refueling compressor directly on board a vehicle. The disadvantages of these schemes are the lack of a thermal control system for adsorption accumulators, which reduces the amount of gas being charged due to heating of the adsorbent during the filling process, as well as the lack of a system to combat the accumulation of impurity hydrocarbons contained in natural gas.
Наиболее близким по сути и достигаемому результату является патент US 4749384 A, в котором предложено использовать кольцевую систему заправки бортового адсорбционного аккумулятора охлажденным потоком газа. Природный газ из внешнего источника сжимается до требуемого давления в компрессоре и после прохождения блока очистки поступает в накопители сжатого газа, которые в свою очередь являются источником газа для бортового адсорбционного аккумулятора, который представляет собой баллон, заполненный адсорбционным материалом. Из накопителей газ поступает на линию заправки и далее через входную бортовую газовую линию высокого давления на вход в адсорбционный аккумулятор. Адсорбционный аккумулятор в свою очередь имеет проточную конструкцию и имеет входное и выходное отверстия, таким образом, часть газа сорбируется в динамическом режиме в слое адсорбента, а часть газа, нагретая за счет выделения теплоты адсорбции, выходит обратно в кольцевую систему. Побудителем расхода газа в «кольце» является газодувка, которая направляет вышедший из аккумулятора поток газа в охладители, где газ охлаждается (происходит утилизация теплоты адсорбции) и, получив добавочную порцию из накопителей хранения газа, вновь направляется на заправку аккумулятора. Таким образом, заправка газом осуществляется в динамическом режиме с утилизацией теплоты адсорбции. В патенте говорится о том, что природный газ проходит через систему очистки, в которой эффективно удаляется влага, двуокись углерода, сероводород или другие загрязняющие газы, которые могут присутствовать в основном источнике газа. Однако не говорится, что в системе предусмотрена борьба именно с высококипящими углеводородами, которые имеют свойство накапливаться в адсорбенте, снижая активную емкость адсорбционной системы в процессе ее циклической работы. Работоспособность предложенной схемы заправки может вызывать сомнения в связи с отсутствием в ней какой-либо запорно-регулирующей арматуры. Существенным недостатком описанного бортового адсорбционного аккумулятора является отсутствие системы терморегулирования, нагревающей его при выдаче газа, что приводит к снижению пробега транспортного средства.The closest in essence and the achieved result is patent US 4749384 A, which proposes to use a ring system for filling an on-board adsorption accumulator with a cooled gas flow. Natural gas from an external source is compressed to the required pressure in the compressor and, after passing through the purification unit, enters the compressed gas storage tanks, which in turn are the source of gas for the on-board adsorption accumulator, which is a cylinder filled with adsorption material. From the accumulators, gas enters the filling line and then through the inlet high-pressure onboard gas line to the inlet of the adsorption accumulator. The adsorption accumulator, in turn, has a flow design and has inlet and outlet openings, thus, part of the gas is sorbed in a dynamic mode in the adsorbent layer, and part of the gas, heated by the release of adsorption heat, exits back into the ring system. The stimulator of gas flow in the “ring” is a gas blower, which directs the gas flow leaving the battery to coolers, where the gas is cooled (the heat of adsorption is recovered) and, having received an additional portion from gas storage accumulators, is again sent to refill the battery. Thus, gas filling is carried out in a dynamic mode with the recovery of adsorption heat. The patent states that natural gas is passed through a treatment system that effectively removes moisture, carbon dioxide, hydrogen sulfide or other contaminant gases that may be present in the main gas source. However, it is not said that the system provides for the fight specifically against high-boiling hydrocarbons, which tend to accumulate in the adsorbent, reducing the active capacity of the adsorption system during its cyclic operation. The performance of the proposed refueling scheme may be questionable due to the absence of any shut-off and control valves. A significant drawback of the described on-board adsorption battery is the absence of a thermal control system that heats it when dispensing gas, which leads to a decrease in vehicle mileage.
Анализ принципиальных схем реализации газо-топливных систем, использующих АПГ, и способов их заправки показал, что в настоящее время оптимальных схем эффективной работы данных систем, в которых заложены решения основных проблем технологии АПГ (утилизация теплоты адсорбции и десорбции, борьба с примесями С2+), не существует.An analysis of the basic schemes for the implementation of gas-fuel systems using APG and methods for refueling them has shown that at present there are optimal schemes for the effective operation of these systems, which contain solutions to the main problems of APG technology (utilization of the heat of adsorption and desorption, combating C 2+ impurities ), does not exist.
Целью настоящего изобретения является создание эффективного способа заправки бортовых адсорбционных аккумуляторов природного газа и эффективной системы заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа с предусмотренными функциями терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов.The purpose of the present invention is to create an effective method for refueling on-board adsorption accumulators of natural gas and an effective refueling system for on-board adsorption accumulators of natural gas with the provided functions of thermal regulation of on-board adsorption accumulators and combating the accumulation of high-boiling hydrocarbons.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности работы системы заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа за счет обеспечения функции терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов при их заправке природным газом, что позволяет увеличить полную емкость адсорбционной системы аккумулирования (количество заправленного газа).The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the filling system of the on-board adsorption storage system for natural gas by providing a thermal control function for the on-board adsorption batteries when filling them with natural gas, which makes it possible to increase the total capacity of the adsorption storage system (the amount of filled gas).
В частном случае исполнения изобретения техническим результатом является борьба с накоплением высококипящих углеводородов в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов, позволяющая увеличить количество циклов использования бортовой адсорбционной системы аккумулирования без снижения ее активной емкости, что в совокупности приводит к увеличению пробега транспортного средства.In a particular case of the invention, the technical result is the fight against the accumulation of high-boiling hydrocarbons in the monoblock adsorbent of on-board adsorption batteries, which makes it possible to increase the number of cycles of use of the on-board adsorption storage system without reducing its active capacity, which together leads to an increase in vehicle mileage.
Заявляемая цель и технический результат достигается при использовании следующих технических решений.The declared goal and technical result are achieved using the following technical solutions.
Система заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа, содержащая магистрали газовые, источник природного газа высокого давления, регулятор давления газа, набор клапанов запорных газовых, набор клапанов запорных теплоносителя, магистрали теплоносителя и устройство для охлаждения теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства, имеющего возможность подключения к системе терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа, источник природного газа высокого давления, регулятор давления газа, клапан запорный газовый посредством магистрали газовой соединены последовательно соответственно с функцией подключения к газовому контуру бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа.A refueling system for an on-board adsorption natural gas accumulation system containing gas lines, a source of high-pressure natural gas, a gas pressure regulator, a set of gas shut-off valves, a set of coolant shut-off valves, coolant lines and a device for cooling the coolant of the vehicle engine cooling system, which has the ability to connect to In the thermal control system of onboard adsorption accumulators of the onboard adsorption natural gas accumulation system, a high-pressure natural gas source, a gas pressure regulator, a gas shut-off valve are connected in series through a gas line, respectively, with the function of connecting to the gas circuit of the onboard adsorption natural gas accumulation system.
В другом частном случае система заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа содержит предварительный адсорбер с адсорбентом.In another particular case, the filling system for an on-board adsorption natural gas storage system contains a pre-adsorber with an adsorbent.
В другом частном случае в системе заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа применяют в качестве устройства для охлаждения теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства теплообменные аппараты с функцией передачи тепла в окружающую среду или хладоносителю холодильной установки.In another particular case, in the refueling system of an on-board adsorption natural gas storage system, heat exchangers with the function of transferring heat to the environment or the coolant of the refrigeration unit are used as a device for cooling the coolant of the vehicle engine cooling system.
Способ заправки бортовых адсорбционных аккумуляторов природного газа, установленных на транспортном средстве, работающем на компримированном природном газе, для обеспечения природным газом двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, включающий в себя, приведение сжатого природного газа в контакт с моноблочным адсорбентом бортовых адсорбционных аккумуляторов для осуществления адсорбции природного газа, отличающийся тем, что перед приведением сжатого природного газа в контакт с моноблочным адсорбентом бортовых адсорбционных аккумуляторов редуцируют природный газ, поступаемый из источника природного газа высокого давления системы заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа, до требуемого рабочего давления бортовых адсорбционных аккумуляторов бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа, охлаждают бортовые адсорбционные аккумуляторы за счет циркуляции теплоносителя системы терморегулирования бортовых адсорбционных аккумуляторов бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа, нагревающегося за счет выделения теплоты при адсорбции природного газа в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов и охлаждающегося в устройстве для охлаждения теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства.A method for refueling on-board natural gas adsorption accumulators installed on a vehicle running on compressed natural gas to provide natural gas to the internal combustion engine of the vehicle, including bringing the compressed natural gas into contact with a monoblock adsorbent of the on-board adsorption accumulators to carry out adsorption of natural gas , characterized in that before bringing the compressed natural gas into contact with the monoblock adsorbent of the on-board adsorption accumulators, the natural gas supplied from the high-pressure natural gas source of the refueling system of the on-board adsorption natural gas storage system is reduced to the required operating pressure of the on-board adsorption accumulators of the on-board adsorption natural gas storage system gas, cool the onboard adsorption accumulators due to the circulation of the coolant of the thermal control system of the onboard adsorption accumulators of the onboard adsorption accumulator system of natural gas, which is heated due to the release of heat during the adsorption of natural gas in the monoblock adsorbent of the onboard adsorption accumulators and cooled in the device for cooling the coolant of the vehicle engine cooling system.
В другом частном случае способа осуществляют очистку природного газа от высококипящих углеводородов адсорбционным методом перед приведением сжатого природного газа в контакт с моноблочным адсорбентом бортовых адсорбционных аккумуляторов.In another particular case of the method, natural gas is purified from high-boiling hydrocarbons by the adsorption method before bringing the compressed natural gas into contact with the monoblock adsorbent of on-board adsorption batteries.
Достижение технического результата иллюстрируются следующими примерами и чертежами, где показано следующее:Achieving the technical result is illustrated by the following examples and drawings, which show the following:
на фиг. 1 Система заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа с параллельным подключением наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов с циркуляцией охлаждаемого теплоносителя;in fig. 1 Filling system for the onboard adsorption natural gas storage system with parallel connection of sets of onboard adsorption accumulators with circulation of cooled coolant;
на фиг. 2 Система заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа с последовательным подключением наборов бортовых адсорбционных аккумуляторов с циркуляцией охлаждаемого теплоносителя.in fig. 2 Refilling system for the onboard adsorption natural gas storage system with sequential connection of sets of onboard adsorption accumulators with circulation of the cooled coolant.
Здесь и далее на фигурах используются следующие обозначения:Here and further in the figures the following notations are used:
А система заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа;And the refueling system for the on-board adsorption natural gas storage system;
Б бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа;B on-board adsorption system for accumulating natural gas;
1 источник природного газа высокого давления;1 high pressure natural gas source;
2 регулятор давления газа;2 gas pressure regulator;
3, 9, 11, 20, 22, 25, 26 набор клапанов запорных газовых;3, 9, 11, 20, 22, 25, 26 set of gas shut-off valves;
4 устройство для охлаждения теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства;4 a device for cooling the coolant of the vehicle engine cooling system;
5, 6, 7, 8, 14, 15, 16, 19, 21, 23, 28 набор клапанов запорных теплоносителя;5, 6, 7, 8, 14, 15, 16, 19, 21, 23, 28 set of coolant shut-off valves;
10 фильтр механической очистки;10 mechanical cleaning filter;
12 двигатель внутреннего сгорания транспортного средства;12 internal combustion engine of the vehicle;
13 система охлаждения двигателя транспортного средства;13 vehicle engine cooling system;
17 насос теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства;17 coolant pump of the vehicle engine cooling system;
18, 24 наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов, заполненные моноблочным адсорбентом;18, 24 sets of on-board adsorption batteries filled with monoblock adsorbent;
27 предварительный адсорбер с адсорбентом.27 pre-adsorber with adsorbent.
Пример 1.Example 1.
Система заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа с функцией терморегулирования, Фиг. 1, включающие в себя источник природного газа высокого давления (1), регулятор давления газа (2), набор клапанов запорных газовых (3), (9), (11), (20), (22), (25), устройство для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13), набор клапанов запорных теплоносителя (5), (6), (7), (8), (14), (15), (16), (19), (21), (23), фильтр механической очистки (10), насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13), наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом.Refueling system for on-board adsorption natural gas storage system with temperature control function, Fig. 1, including a source of high pressure natural gas (1), a gas pressure regulator (2), a set of gas shut-off valves (3), (9), (11), (20), (22), (25), device for cooling the coolant (4) of the vehicle engine cooling system (13), a set of coolant shut-off valves (5), (6), (7), (8), (14), (15), (16), (19) , (21), (23), mechanical cleaning filter (10), coolant pump (17) of the vehicle engine cooling system (13), sets of on-board adsorption batteries (18), (24), filled with monoblock adsorbent.
Принцип работы системы заключается в следующем. В процессе эксплуатации системы заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа с функцией терморегулирования, Фиг. 1, выполняется следующая технологическая последовательность и режимы.The principle of operation of the system is as follows. During the operation of the refueling system of the on-board adsorption natural gas storage system with thermal control function, FIG. 1, the following technological sequence and modes are performed.
Режим заправкиRefueling mode
Транспортное средство с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б заправляется природным газом с помощью системы заправки А. Клапан запорный газовый (3) клапан заправочного устройства системы заправки А. Клапан запорный газовый (9) ответный клапан для установки заправочного устройства на транспортном средстве с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б. Клапаны запорные теплоносителя (5), (6) клапаны устройства для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). Клапаны запорные теплоносителя (7), (8) ответные клапаны для подключения устройства для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) к контуру теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б.A vehicle with an on-board adsorption natural gas storage system B is filled with natural gas using a filling system A. Gas shut-off valve (3) valve of the refueling device of the refueling system A. Gas shut-off valve (9) response valve for installing a refueling device on a vehicle with an on-board adsorption storage system natural gas storage system B. Coolant shut-off valves (5), (6) valves of the coolant cooling device (4) of the vehicle engine cooling system (13). Coolant shut-off valves (7), (8) response valves for connecting the device for cooling the coolant (4) of the vehicle engine cooling system (13) to the coolant circuit of the vehicle engine cooling system (13) of the on-board adsorption natural gas storage system B.
Заправка бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б осуществляется в одну стадию. Газ из источника природного газа высокого давления (1) (например, от колонки АГНКС) системы заправки А редуцируется до требуемого давления в системе с помощью регулятора давления газа (2) и подается в газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б и наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненных моноблочным адсорбентом. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, содержат внутренние и/или внешние теплообменные аппараты, в каналах которых циркулирует теплоноситель системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя одновременно по контуру последовательно через элементы (17), (16), (8), (5), (4), (6), (7), (18), (19) и по контуру последовательно через элементы (17), (16), (8), (5), (4), (6), (7), (24), (23). При этом теплоноситель охлаждается в устройстве для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). В качестве охлаждающего устройства применяются теплообменные аппараты, передающие теплоту, которая выделяется при заправке в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), в окружающую среду или хладоносителю холодильной установки. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, подобны и могут состоять из различного числа одинаковых адсорбционных аккумуляторов. Тем самым можно обеспечить создание бортовой адсорбционной системы аккумулирования любого требуемого объема. В режиме заправки клапаны запорные газовые (3), (9), (20), (22), (25) открыты, а клапан (11) закрыт. Клапаны запорные теплоносителя (5), (6), (7), (8), (16), (19), (23) открыты, а клапаны (14), (15), (21) закрыты. Заправка заканчивается, когда наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, охладились до требуемой температуры.Refueling of the on-board adsorption natural gas storage system B is carried out in one stage. Gas from a high-pressure natural gas source (1) (for example, from a CNG filling station) of refueling system A is reduced to the required pressure in the system using a gas pressure regulator (2) and supplied to the gas circuit of the onboard adsorption natural gas storage system B and sets of onboard adsorption units batteries (18), (24) filled with monoblock adsorbent. Sets of on-board adsorption accumulators (18), (24), filled with a monoblock adsorbent, contain internal and/or external heat exchangers, in the channels of which the coolant of the vehicle engine cooling system (13) circulates. The coolant pump (17) of the vehicle engine cooling system (13) circulates the coolant simultaneously along the circuit sequentially through the elements (17), (16), (8), (5), (4), (6), (7), (18), (19) and along the contour sequentially through elements (17), (16), (8), (5), (4), (6), (7), (24), (23). In this case, the coolant is cooled in the device for cooling the coolant (4) of the vehicle engine cooling system (13). Heat exchangers are used as a cooling device, transferring the heat that is released when filling on-board adsorption batteries (18), (24) in a monoblock adsorbent into the environment or the coolant of the refrigeration unit. Sets of on-board adsorption batteries (18), (24), filled with a monoblock adsorbent, are similar and can consist of a different number of identical adsorption batteries. This makes it possible to create an on-board adsorption storage system of any required volume. In the refueling mode, gas shut-off valves (3), (9), (20), (22), (25) are open, and valve (11) is closed. Coolant shut-off valves (5), (6), (7), (8), (16), (19), (23) are open, and valves (14), (15), (21) are closed. Refilling ends when the sets of on-board adsorption batteries (18), (24), filled with monoblock adsorbent, have cooled to the required temperature.
Пример 2.Example 2.
Отличается от примера 1 тем, что система заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа с функцией терморегулирования дополнительно имеет функцию борьбы с накоплением высококипящих углеводородов, а также включают в себя клапан запорный газовый (26), предварительный адсорбер с адсорбентом (27), клапан запорный теплоносителя (28), но не включают в себя клапаны запорные газовые (20), (25), клапан запорный теплоносителя (23), Фиг. 2.It differs from example 1 in that the refueling system of the on-board adsorption natural gas storage system with a thermal control function additionally has the function of combating the accumulation of high-boiling hydrocarbons, and also includes a gas shut-off valve (26), a pre-adsorber with adsorbent (27), and a coolant shut-off valve (28), but do not include gas shut-off valves (20), (25), coolant shut-off valve (23), Fig. 2.
Принцип работы системы заключается в следующем. В процессе эксплуатации системы заправки бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа с функциями терморегулирования и борьбы с накоплением высококипящих углеводородов, Фиг. 2, выполняется следующая технологическая последовательность и режимы.The principle of operation of the system is as follows. During the operation of the refueling system of the on-board adsorption natural gas storage system with the functions of thermal regulation and combating the accumulation of high-boiling hydrocarbons, FIG. 2, the following technological sequence and modes are performed.
Режим заправкиRefueling mode
Транспортное средство с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б заправляется природным газом с помощью системы заправки А. Клапан запорный газовый (3) клапан заправочного устройства системы заправки А. Клапан запорный газовый (9) ответный клапан для установки заправочного устройства на транспортном средстве с бортовой адсорбционной системой аккумулирования природного газа Б. Клапаны запорные теплоносителя (5), (6) клапаны устройства для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). Клапаны запорные теплоносителя (7), (8) ответные клапаны для подключения устройства для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) к контуру теплоносителя системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б.A vehicle with an on-board adsorption natural gas storage system B is filled with natural gas using a filling system A. Gas shut-off valve (3) valve of the refueling device of the refueling system A. Gas shut-off valve (9) response valve for installing a refueling device on a vehicle with an on-board adsorption storage system natural gas storage system B. Coolant shut-off valves (5), (6) valves of the coolant cooling device (4) of the vehicle engine cooling system (13). Coolant shut-off valves (7), (8) response valves for connecting the device for cooling the coolant (4) of the vehicle engine cooling system (13) to the coolant circuit of the vehicle engine cooling system (13) of the on-board adsorption natural gas storage system B.
Заправка бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б осуществляется в одну стадию. Газ из источника природного газа высокого давления (1) (например, от колонки АГНКС) системы заправки А редуцируется до требуемого давления в системе с помощью регулятора давления газа (2), проходит через предварительный адсорбер с адсорбентом (27), в котором очищается от высококипящих углеводородов, и подается в газовый контур бортовой адсорбционной системы аккумулирования природного газа Б и наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, содержат внутренние и/или внешние теплообменные аппараты, в каналах которых циркулирует теплоноситель системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). Насос теплоносителя (17) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13) осуществляет циркуляцию теплоносителя по контуру последовательно через элементы (17), (8), (5), (4), (6), (7), (18), (28), (24), (16). При этом теплоноситель охлаждается в устройстве для охлаждения теплоносителя (4) системы охлаждения двигателя транспортного средства (13). В качестве охлаждающего устройства применяются теплообменные аппараты, передающие теплоту, которая выделяется при заправке в моноблочном адсорбенте бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), в окружающую среду или хладоносителю холодильной установки. Наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, подобны и могут состоять из различного числа одинаковых адсорбционных аккумуляторов. Тем самым можно обеспечить создание бортовой адсорбционной системы аккумулирования любого требуемого объема. В режиме заправки клапаны запорные газовые (3), (9), (22), (26) открыты, а клапан (11) закрыт. Клапаны запорные теплоносителя (5), (6), (7), (8), (16), (28) открыты, а клапаны (14), (15), (19), (21) закрыты. Заправка заканчивается, когда наборы бортовых адсорбционных аккумуляторов (18), (24), заполненные моноблочным адсорбентом, охладились до требуемой температуры. Периодически необходима полная регенерация адсорбента предварительного адсорбера (27) системы заправки, например, с помощью его нагрева, вакуумирования или одновременного нагрева и вакуумирования.Refueling of the on-board adsorption natural gas storage system B is carried out in one stage. Gas from a high-pressure natural gas source (1) (for example, from a CNG filling station) of filling system A is reduced to the required pressure in the system using a gas pressure regulator (2), passes through a preliminary adsorber with an adsorbent (27), in which it is cleared of high-boiling substances. hydrocarbons, and is fed into the gas circuit of the on-board adsorption system for accumulating natural gas B and sets of on-board adsorption accumulators (18), (24), filled with a monoblock adsorbent. Sets of on-board adsorption accumulators (18), (24), filled with a monoblock adsorbent, contain internal and/or external heat exchangers, in the channels of which the coolant of the vehicle engine cooling system (13) circulates. The coolant pump (17) of the vehicle engine cooling system (13) circulates the coolant along the circuit sequentially through elements (17), (8), (5), (4), (6), (7), (18), ( 28), (24), (16). In this case, the coolant is cooled in the device for cooling the coolant (4) of the vehicle engine cooling system (13). Heat exchangers are used as a cooling device, transferring the heat that is released when filling on-board adsorption batteries (18), (24) in a monoblock adsorbent into the environment or the coolant of the refrigeration unit. Sets of on-board adsorption batteries (18), (24), filled with a monoblock adsorbent, are similar and can consist of a different number of identical adsorption batteries. This makes it possible to create an on-board adsorption storage system of any required volume. In the refueling mode, gas shut-off valves (3), (9), (22), (26) are open, and valve (11) is closed. Coolant shut-off valves (5), (6), (7), (8), (16), (28) are open, and valves (14), (15), (19), (21) are closed. Refilling ends when the sets of on-board adsorption batteries (18), (24), filled with monoblock adsorbent, have cooled to the required temperature. Periodically, complete regeneration of the adsorbent of the pre-adsorber (27) of the filling system is necessary, for example, by heating it, evacuation, or simultaneous heating and evacuation.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2820373C1 true RU2820373C1 (en) | 2024-06-03 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6613126B2 (en) * | 1998-09-30 | 2003-09-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for storing natural gas by adsorption and adsorbing agent for use therein |
| RU2267694C1 (en) * | 2005-02-03 | 2006-01-10 | Александр Федорович Чабак | Container for storage of hydrogen |
| RU2312114C1 (en) * | 2006-06-29 | 2007-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) | Method of recovery of the acetylene cylinders and the plant for the method realization |
| US20150001101A1 (en) * | 2013-06-27 | 2015-01-01 | Basf Corporation | Adsorbed natural gas storage |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6613126B2 (en) * | 1998-09-30 | 2003-09-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for storing natural gas by adsorption and adsorbing agent for use therein |
| RU2267694C1 (en) * | 2005-02-03 | 2006-01-10 | Александр Федорович Чабак | Container for storage of hydrogen |
| RU2312114C1 (en) * | 2006-06-29 | 2007-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) | Method of recovery of the acetylene cylinders and the plant for the method realization |
| US20150001101A1 (en) * | 2013-06-27 | 2015-01-01 | Basf Corporation | Adsorbed natural gas storage |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3713273A (en) | Method and apparatus for storing gases and fueling internal combustion engines | |
| US4522159A (en) | Gaseous hydrocarbon fuel storage system and power plant for vehicles and associated refueling apparatus | |
| ES2616910T3 (en) | Recovery and on-board storage of CO2 from exhaust gases of motor vehicles | |
| US20080264514A1 (en) | System and Method for Filling a Hydrogen Storage Vessel at Enhanced Flow Rates | |
| US9581062B2 (en) | Reversible solid adsorption method and system utilizing waste heat for on-board recovery and storage of CO2 from motor vehicle internal combustion engine exhaust gases | |
| US4523548A (en) | Gaseous hydrocarbon fuel storage system and power plant for vehicles | |
| JPS5950715B2 (en) | Method and apparatus for recovering hydrocarbons from an inert gas-hydrocarbon vapor mixture | |
| US10337459B2 (en) | Natural gas fueled vehicle | |
| AU2010205669A1 (en) | Method and apparatus for separating nitrogen from a mixed stream comprising nitrogen and methane | |
| CA2539232C (en) | Multi-fuel storage system and method of storing fuel in a multi-fuel storage system | |
| SG186255A1 (en) | Method and system for storing natural gas | |
| US11225898B2 (en) | Vehicle | |
| RU2820373C1 (en) | Method and system for filling natural gas onboard adsorption accumulators with circulation of cooled coolant | |
| US20150001101A1 (en) | Adsorbed natural gas storage | |
| RU2828520C1 (en) | Method and system for filling natural gas onboard adsorption accumulators with circulation of cooled natural gas | |
| RU2825831C1 (en) | Onboard adsorption system for accumulation of natural gas and method of discharging natural gas from adsorption accumulators with circulation of heated coolant | |
| JPH1037812A (en) | Fuel evaporation preventive device | |
| WO2008075291A2 (en) | Method and vehicle for filling a gas storage vessel at enhanced flow rates | |
| RU2781731C1 (en) | Adsorption system of reversible accumulation of vapors of liquefied natural gas | |
| JP2002122046A (en) | Fuel vapor recovery device | |
| JP4605926B2 (en) | Adsorption-type natural gas vehicle fuel storage system | |
| KR100913186B1 (en) | Carbon dioxide removal device, carbon dioxide recovery device and carbon dioxide removal and recovery device emitted from natural gas vehicle | |
| KR102683524B1 (en) | Process and apparatus for recovering of Liquefied fuel gas | |
| JPS61258961A (en) | Hydrocarbon gas fuel storage system and engine system for car | |
| RU173726U1 (en) | Device for storing and supplying natural gas to the consumer |