WO2007128656A1 - Device for controlling gas purity for a gas reservoir - Google Patents

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WO2007128656A1
WO2007128656A1 PCT/EP2007/053730 EP2007053730W WO2007128656A1 WO 2007128656 A1 WO2007128656 A1 WO 2007128656A1 EP 2007053730 W EP2007053730 W EP 2007053730W WO 2007128656 A1 WO2007128656 A1 WO 2007128656A1
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WO
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gas
filter
acid
valve
shut
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Application number
PCT/EP2007/053730
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German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Gruenwald
Thorsten Allgeier
Kai Oertel
Ian Faye
Stephan Leuthner
Jan-Michael Graehn
Markus Schubert
Ulrich Mueller
Michael Hesse
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Basf Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS 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
    • F17C11/00Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS 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
    • F17C11/00Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/007Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrocarbon gases, such as methane or natural gas, propane, butane or mixtures thereof [LPG]

Definitions

  • pressurized gas tanks are generally used today. Compressed gas tanks can be used both in stationary applications, for example for heating buildings or in mobile applications, for example in gas-powered motor vehicles. With regard to the mobile applications of pressurized gas tanks, the gas tanks are generally designed for a system pressure of 200 bar and are installed in a gaseous fuel-powered motor vehicle. The disadvantage here is the fact that special safety requirements are made of gas-powered vehicles. Another disadvantage in particular with regard to the mobile applications of pressurized gas tanks is the fact that due to safety regulations for gas tanks for motor vehicles, the gas tanks are usually designed as a cylindrical pressure vessel, the permissible capacity is only 80% of the available space. The remaining portion of the existing volume of the compressed gas storage serves as an expansion space for the gas.
  • gaseous fuel forms with air a particularly good mixture and is characterized by a lower pollutant emission.
  • Gaseous fuel is largely free of lead and sulfur compounds and has very good combustion properties with excellent mixture formation and distribution, which has an even stronger effect at low temperatures.
  • condensable fractions may condense in the gaseous fuel, such as, for example, higher molecular weight hydrocarbons such as butane under pressure at the bottom of the gas reservoir and lead to a change in the calorific value of the gas at Gasent-.
  • Adsorption storage becomes the gas to be stored to materials with a large internal surface, such as adsorbed zeolites and stored in this way.
  • impurities such as water vapor or higher molecular weight hydrocarbons occupy adsorption sites and thereby reduce the storage capacity of the adsorption of Adsorptions notess.
  • WO 97/36819 an apparatus and a method for storage for the release of hydrogen from a hydrogen storage is known.
  • the hydrogen gas is stored in a rechargeable storage and released by it. If necessary, the hydrogen gas can be taken out of the hydrogen storage.
  • a solid-state storage medium is added, which is in the form of a metal hydride in particulate form and does not require any treatment steps such as compaction or the like.
  • the hydrogen storage is subdivided into separate chambers, each containing a matrix formed by a suitable material, such as thermally conductive aluminum foam, which forms a number of cells.
  • the ratio of the chamber length to the diameter of the hydrogen storage is preferably between 0.5 and 2.
  • the hydrogen storage device has a hydrogen extraction line, through which the hydrogen gas flows when discharged from the hydrogen storage or when feeding to the hydrogen storage.
  • a filter which retains the metal hydride particles contained in the cells and prevents them from affecting the hydrogen gas in terms of its purity.
  • a heat transfer surface is formed by a channel which is thermally coupled to the aluminum foam.
  • the present invention has for its object to supply a gas storage, in particular an adsorption only storage gas such as natural gas or city gas, which is free of impurities.
  • this object is achieved in that a gas storage for receiving gaseous fuel, such as CH 4 or another gas, for example, for industrial applications, a particular heatable filter is connected upstream.
  • the gas flowing into the gas storage is disturbing before entering the gas storage Contaminants, such as CO 2 , CO and moisture, analyzed.
  • the gas flowing in from a gas station for filling the gas reservoir passes to the gas reservoir via a first shut-off valve and the filter and another shut-off valve arranged between the filter and the gas reservoir. If the filter effect no longer exists due to an overload of the filter material with contaminants, the first shut-off valve and the second shut-off valve upstream of the gas reservoir can be closed. This ensures that only such gas enters the gas storage, which has a prescribed purity and quality.
  • the blocking of the first, upstream of the filter shut-off valve and the second gas storage upstream shut-off valve via a control unit is connected to a gas sensor connected downstream of the filter and to a gas sensor arranged downstream of the gas extraction valve of the gas reservoir.
  • shut-off valves upstream of the filter and the gas accumulator are closed.
  • the filter can be provided with a heating device in order to expel the combustible gases retained therein from the filter and feed them via a metering valve to the consumer, such as, for example, a gaseous fuel-burning internal combustion engine.
  • a heating device in order to expel the combustible gases retained therein from the filter and feed them via a metering valve to the consumer, such as, for example, a gaseous fuel-burning internal combustion engine.
  • the filter which may optionally be associated with a heating device for expelling higher molecular weight C x H 5 , may in the simplest case be designed as a cold trap.
  • the design of the gas storage upstream filter as activated carbon filter is possible.
  • metal oxides such as ALO2, molecular sieves, zeolites or activated carbon can be used.
  • a calorific value or calorific value sensor can be used to control the calorific value upstream of this consumer.
  • calorific value or calorific value sensors in front of the consumer, such as an internal combustion engine, to use surface acoustic wave sensors, which detect higher molecular weight hydrocarbons C x H 5 , before flowing into the gas reservoir via the mass occupancy of the sensor surface.
  • the first and second shut-off valve may be present in the extending from the filter to the metering line before the consumer and behind the metering another gas quality sensor.
  • This may likewise be a calorific value or calorific value sensor, or a surface acoustic wave sensor or the like.
  • the measures described above with reference to a gas storage for mobile applications can be used instead of, for example, a gas-powered motor vehicle or even stationary gas storage, such as industrial gas storage.
  • the measures can also be carried out on a gas storage reservoir, for example, at a gas station, in particular if the storage of gaseous fuel provided there is a sorption reservoir.
  • Sorptions appointment be it a gas storage for mobile applications such as in the car, for stationary applications fertilize such as a storage tank at a gas station or for industrial purposes, come in Sorptions appointed sorption, such as zeolites and especially Metal Organic Frameworks as sorbent materials in question ,
  • the gas quality sensor which is connected downstream of the filter, can also be used without a filter in order to protect a gas reservoir received in the motor vehicle from being filled with poor quality gaseous fuel, which can be caused, for example, by a greasy gas station compressor, in which the gaseous fuel is loaded with oil fractions which may attach to the sorbent material within the gas reservoir.
  • the sorbent material which is preferably Metal Organic Frameworks, has a high specific surface area of at least 1000 m 2 / g, to which the gaseous fuel attaches. This surface must be kept free of impurities such as CO 2 , CO or moisture or the like in order to keep constant the storage capacity of the sorbent material, which is preferably MOF, over the operating time.
  • the preferred filter used may have an exchange cartridge that is easily replaceable when the filter effect is exhausted.
  • the filter can be configured as a double filter, in which a part of the double filter is regenerated, while the others can be used.
  • the filter can be regenerated by the heating shown above, ie the higher molecular weight hydrocarbons C x H 5 accumulating in the filter can be expelled therefrom by the heating device optionally assigned to the filter.
  • FIG. 2 shows the benzene desorption on a second metal organic framework, plotted over the desorption time and upon impressing a temperature gradient
  • FIG. 3 shows the octane sorption on a first metal organic framework, plotted over the desorption time and upon impressing a temperature gradient
  • FIG. 4 shows the octane sorption on the 2nd Metal Organic Framework, plotted over the desorption time and impressing a temperature gradient
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a gas storage, in particular a Sorptions Lances with upstream filter element and
  • Figure 6 shows another embodiment of the interconnection of the gas storage.
  • the porous organometallic framework contains at least one at least one metal ion coordinated at least bidentate organic compound.
  • This organometallic framework (MOF) is described, for example, in US 5,648,508, EP-A-0 790 253, M. O-Keeffe et al, J. Sol. State Chem., JJ2 (2000), pages 3 to 20, H. Li et al., Nature 402 (1999), page 276, M. Eddaoudi et al., Topics in Catalysis 9 (1999), pages 105 to 111, Chen et al., Science 291 (2001), pages 1021 to 1023 and DE-A-101 11 230.
  • MOF organometallic framework
  • the MOFs according to the present invention contain pores, in particular micro and / or mesopores.
  • Micropores are defined as those having a diameter of 2 nm or smaller and mesopores are defined by a diameter in the range of 2 to 50 nm, each according to the definition as described by Pure Applied Chem. 45_, page 71, in particular on page 79 (FIG. 1976).
  • the presence of micro- and / or mesopores can be checked by means of sorption measurements, these measurements determining the uptake capacity of the organometallic frameworks for nitrogen at 77 Kelvin according to DIN 66131 and / or DIN 66134.
  • the specific surface area - calculated according to the Langmuir model (DIN 66131, 66134) for a MOF in powder form is preferably more than 5 m 2 / g, more preferably more than 10 m 2 / g, more preferably more than 50 m 2 / g , more preferably more than 500 m 2 / g, even more preferably more than 1000 m 2 / g and particularly preferably more than 1500 m 2 / g.
  • MOF shaped bodies can have a lower specific surface; but preferably more than 10 m 2 / g, more preferably more than 50 m 2 / g, even more preferably more than 500 m 2 / g and in particular more than 1000 m 2 / g.
  • the metal component in the framework of the present invention is preferably selected from Groups Ia, IIa, IHa, IVa to Villa and Ib to VIb. Particularly preferred are Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni , Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb and Bi. More preferred are Zn, Cu, Mg, Al, Ga, In, Sc, Y, Lu, Ti, Zr, V, Fe, Ni, and Co.
  • Cu, Zn, Al, Fe, and Co. are particularly preferred.
  • At least bidentate organic compound refers to an organic compound containing at least one functional group capable of having at least two, preferably two coordinative, bonds to a given metal ion, and / or to two or more, preferably two, metal atoms, respectively form a coordinative bond.
  • Functional groups by means of which the abovementioned coordinative bonds can be formed include in particular, for example, the following functional groups: CO 2 H, -CS 2 H, -NO 2 , -B (OH) 2 , -SO 3 H, -Si (OH) 3 , -Ge (OH) 3 , -Sn (OH) 3 , -Si (SH ) 4, - Ge (SH) 4, -Sn (SH) 3, -PO 3 H, -AsO 3 H, -AsO 4 H, -P (SH) 3, -As (SH) 3, -CH (RSH ) 2 , -C (RSH) 3 -CH (RNH 2 ) 2 -C (RNH 2 ) 3 , -CH (ROH) 2 , -C (ROH) 3 , -CH (RCN) 2 , -C (RCN) 3 where R preferably represents an alkylene group having 1, 2, 3, 4 or 5 carbon atoms
  • functional groups are to be mentioned in which the abovementioned radical R is absent.
  • the at least two functional groups can in principle be bound to any suitable organic compound as long as it is ensured that the organic compound having these functional groups is capable of forming the coordinative bond and the preparation of the framework.
  • the organic compounds containing the at least two functional groups are derived from a saturated or unsaturated aliphatic compound or an aromatic compound or an aliphatic as well as an aromatic compound.
  • the aliphatic compound or the aliphatic portion of the both aliphatic and aromatic compound may be linear and / or branched and / or cyclic, wherein also several cycles per compound are possible. More preferably, the aliphatic compound or the aliphatic portion of the both aliphatic and aromatic compound contains 1 to 15, more preferably 1 to 14, further preferably 1 to 13, further preferably 1 to 12, further preferably 1 to 11 and particularly preferably 1 to 10 C atoms such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 C atoms. Methane, adamantane, acetylene, ethylene or butadiene are particularly preferred in this case.
  • the aromatic compound or the aromatic part of both aromatic and aliphatic compound may have one or more cores, such as two, three, four or five cores, wherein the cores may be separated from each other and / or at least two nuclei in condensed form.
  • the aromatic compound or the aromatic part of both aliphatic and aromatic matic compound one, two or three cores, with one or two cores are particularly preferred.
  • each nucleus of the named compound may contain at least one heteroatom, such as, for example, N, O, S, B, P, Si, Al, preferably N, O and / or S.
  • the aromatic compound or the aromatic portion of the both aromatic and aliphatic compound contains one or two C ⁇ cores, the two being either separately or in condensed form.
  • benzene, naphthalene and / or biphenyl and / or bipyridyl and / or pyridyl may be mentioned as aromatic compounds.
  • the at least bidentate organic compound is particularly preferably derived from a di-, tri- or tetracarboxylic acid or its sulfur analogs.
  • the term "derive" in the context of the present invention means that the at least bidentate organic compound can be present in the framework material in partially deprotonated or completely deprotonated form. Furthermore, the at least bidentate organic compound may contain further substituents, such as -OH, -NH 2 , - OCH 3 , -CH 3 , -NH (CH 3 ), -N (CH 3 ) 2 , -CN and halides.
  • dicarboxylic acids such as oxalic acid, succinic acid, tartaric acid, 1,4-butanedicarboxylic acid, 4-oxo-pyran-2,6-dicarboxylic acid, 1,6-hexanedicarboxylic acid, decanedicarboxylic acid, 1,8-heptadecanedicarboxylic acid, are examples of the present invention.
  • Tricarboxylic acids such as
  • 1,1-dioxide-per [1,12-BCD] thiophene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid perylenetetracarboxylic acids such as perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid or perylene-1,15-sulfone-3, 4,9,10-tetracarboxylic acid, butanetetracarboxylic acids such as 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid or meso-1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid, decane-2,4,6,8-tetracarboxylic acid, 1,4,7, 10,13,16-
  • each of the cores can contain at least one heteroatom, where two or more nuclei have identical or different heteroatoms may contain.
  • monocarboxylic dicarboxylic acids preference is given to monocarboxylic dicarboxylic acids, monocarboxylic tricarboxylic acids, monocarboxylic tetracarboxylic acids, dicercaric dicarboxylic acids, dicercaric tricarboxylic acids, dicercaric tetracarboxylic acids, tricyclic dicarboxylic acids, tricarboxylic tricarboxylic acids, tricarboxylic tetracarboxylic acids, tetracyclic dicarboxylic acids, tetracyclic tricarboxylic acids and / or tetracyclic tetracarboxylic acids.
  • Suitable heteroatoms are, for example, N, O, S, B, P, Si, Al. Preferred heteroatoms here are N, S and / or O.
  • a suitable substituent in this regard is, inter alia, -OH, a nitro group, an amino group or an alkyl to name or alkoxy.
  • At least bidentate organic compounds are acetylenedicarboxylic acid (ADC), benzenedicarboxylic acids, naphthalenedicarboxylic acids, biphenyldicarboxylic acids such as 4,4'-biphenyldicarboxylic acid (BPDC), bipyridine dicarboxylic acids such as 2,2'-bipyridinedicarboxylic acids such as 2,2 '-Bipyridin-
  • benzene tricarboxylic acids such as 1,2,3-benzenetricarboxylic acid or 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC), adamantane tetracarboxylic acid (ATC), adamantane dibenzoate (ADB) benzene tribenzoate (BTB), methanetetrabenzoate (MTB), adamantane trenches - zoate or dihydroxyterephthalic acids such as 2,5-dihydroxyterephthalic acid
  • DVBDC used. Isophthalic acid, terephthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 1,2,3-benzenetricarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid or 2,2-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid are very particularly preferably used.
  • the MOF may also comprise one or more monodentate ligands.
  • Suitable solvents for the preparation of the MOF include ethanol, dimethylformamide, toluene, methanol, chlorobenzene, diethylformamide, dimethyl sulfoxide, water, hydrogen peroxide, methylamine, sodium hydroxide, N-methylpolidone ether, acetonitrile, benzyl chloride, triethylamine, ethylene glycol and mixtures hereof.
  • Further metal ions, at least bidentate organic compounds and solvents for the preparation of MOF are described inter alia in US Pat. No. 5,648,508 or DE-A 101 11 230.
  • the pore size of the MOF can be controlled by choice of the appropriate ligand and / or the at least bidentate organic compound. Generally, the larger the organic compound, the larger the pore size.
  • the pore size is preferably from 0.2 nm to 30 nm, more preferably the pore size is in the range from 0.3 nm to 3 nm, based on the crystalline material.
  • pores also occur whose size distribution can vary.
  • more than 50% of the total pore volume, in particular more than 75%, of pores having a pore diameter of up to 1000 nm is formed.
  • a majority of the pore volume is formed by pores of two diameter ranges. It is therefore further preferred if more than 25% of the total pore volume, in particular more than 50% of the total pore volume, is formed by pores which are in a diameter range of 100 nm to 800 nm and if more than 15% of the total pore volume, in particular more than 25% of the total pore volume is formed by pores in a diameter range of up to 10 nm.
  • the pore distribution can be determined by means of mercury porosimetry.
  • FIG. 1 shows the desorption of benzene on a first metal organic framework, such as, for example, cu-benzenetricarboxylic acid, plotted over the desorption time and upon impressing a temperature gradient.
  • a first metal organic framework such as, for example, cu-benzenetricarboxylic acid
  • FIG. 1 shows a desorption time, designated by reference numeral 10, in minutes.
  • FIG. 2 shows a desorption curve of benzene on a second metal organic framework, plotted over the desorption time and the temperature.
  • reference numeral 10 denotes the desorption time
  • reference numeral 20 denotes the temperature scale
  • the second maximum 36 which is shown in FIG. 2, finds its cause in a condensation process, which can be caused, for example, by an overdose.
  • FIG. 4 shows the desorption course of octane on a second metal organic framework, plotted over the desorption time and the temperature.
  • the illustration according to FIG. 5 shows that a filter 46 is preceded by a filter 46.
  • the filter 46 may be equipped as an activated carbon filter, as a cold trap or with a replaceable filter cartridge. If the filter effect of the filter cartridge used in the filter 46 exhausted, this can be easily replaced.
  • a filter 46 provided with an exchangeable replacement cartridge it is also possible to use a double filter, wherein one filter element of the double filter is used in each case and that in each case another can be regenerated, for example via an optional heating device 48.
  • the waste heat of the internal combustion engine for example via its heated cooling medium for heating the filter 46 or for regeneration of an unused part, of a filter 46 designed as a double filter could also be used.
  • the heated cooling medium of the internal combustion engine heats up the used part of a filter 46 in the form of a double filter. If adequate regeneration by heating alone is not possible, backwashing can be carried out during heating.
  • filter materials in addition to the already mentioned activated carbon and zeolites or metal organic framework such as MOF's in question.
  • filter material other suitable filter material can be used in the filter 46 in addition to the sorption material, such as metal oxide (A-102) and molecular sieves.
  • sorbent material 82 is not mandatory.
  • the filter 46 is connected upstream of a first shut-off valve 44;
  • the reference numeral 42 designates a gas station-side supply or a connection for a stationary gas storage 41. Between the filter 46 and the gas reservoir 41 there is a first gas quality sensor 52 and a second, the gas reservoir 41 upstream second shut-off valve 54.
  • a sorbent material 82 which is preferably a Metal Organic Framework (MOF).
  • the gas reservoir 41 is emptied via a gas extraction valve 56.
  • filter 46 From optionally provided with a heater 48 filter 46 extends a line for expelling high molecular hydrocarbon vapors C x H 5 , to a metering valve 50, which opens behind the gas sampling valve 56 and a second gas quality sensor 48 in a consumer line 80.
  • the consumer line 80 can For example, in mobile applications to a gaseous fuel operated internal combustion engine of a motor vehicle extend.
  • the gas evacuation valve 56 connected downstream of the gas accumulator 41 can be dispensed with.
  • the second shut-off valve 54 and the metering valve 60 are designed as a 3/2-way valve, which are connected via line 50 directly to each other.
  • a control unit 78 The interaction of the illustrated valves 44, 54, 56 and 60 can be coordinated by a control unit 78.
  • a signal line 64 extends from the second gas quality sensor 58.
  • a signal line 70 extends to the control unit 78 from the first gas quality sensor 52.
  • a control line 66 extends to the gas sampling valve 56, a control line 62 to the metering and each a control line 68 and 74 to the second shut-off valve 54 and the first shut-off valve 44, which is upstream of the filter 46.
  • a drive line 76 extends to the connection point of a refueling unit.
  • communication i. E. establish a data exchange between the control unit 78 and the gas station.
  • a signal for switching off the refueling process can be transmitted via the control line 76 when the tank is completely filled. Furthermore, a signal can be transmitted via the control line 76, which indicates the need for a filter change in the filter 46 and a signal which initiates a closing of a valve.
  • both the first shut-off valve 44 and the second shut-off valve 54 in front of the gas reservoir 41 are closed via the control lines 68 and 74. This ensures that only such gas enters the gas reservoir 41, which has a predefinable gas quality.
  • the filter 46 can be regenerated by means of a heater 46 optionally assigned to the filter 46.
  • the high molecular weight gases retained in the filter 46 can operate be passed via the line 50 to the metering valve 60.
  • the filter 46 is heated by the heater 48, or ügber the cooling medium with which the internal combustion engine is cooled.
  • the supply of heated cooling medium to the heater 48 can be controlled via a thermostat.
  • a plurality of filters 46 can be arranged one behind the other or parallel to one another, through which the gaseous fuel flows.
  • their filter parts can in each case be flowed through alternately, wherein the respective unused filter part can be regenerated within the scope of a heating process by a separate heating device 48 or the heated cooling medium of the internal combustion engine.
  • both the first shut-off valve 44 in front of the filter 46 and the second shut-off valve 54 in front of the gas reservoir 41 are closed.
  • the vapors of relatively high molecular weight hydrocarbons C x H 5 are fed into the consumption line 80.
  • a calorific value or calorific value sensor can be used to control the calorific value and a surface acoustic wave sensor can be used as the second gas quality sensor 58.
  • the second gas sensor 58 By means of the second gas sensor 58, depending on the embodiment of the sensor, a mass occupation of the sensor surface with relatively high molecular weight hydrocarbons C x H 5 can be detected.
  • the filter 46 may be required to control the gas quality during operation, a further gas quality sensor 58 in front of the consumer.
  • the further, second gas quality sensor 58 can be both a calorific value sensor and a calorific value sensor or the aforementioned surface acoustic wave sensor.
  • the filter material of the filter 46 which material may be activated carbon zeolites or also a sorbent material 82 such as the first MOF or the second MOF, and the second shut-off valve 54 is prevented from being contained in the gaseous fuel Impurities storage places for a gaseous Occupy fuel such as CH 4 on the sorbent material 82 in the interior of the gas storage 41, ie, the storage capacity seen over the operating time of the gas storage 41, steadily decreases.
  • the high molecular hydrocarbons C x H 5 retained in the filter 46 are nevertheless made accessible for recycling in a consumer by feeding them via the metering valve 60 into the consumer line 80, for example in the event the internal combustion engine of a gaseous fuel vehicle has warmed up.
  • gas storage 41 serving, for example, as a tank in a motor vehicle for receiving gaseous fuel
  • gas storage 41 which is provided in the context in question with a sorbent 82 such as Cu-MOF or Zn-MOF, for example, can serve as a storage for gaseous fuel at a gas station or used as a gas storage tank for industrial applications become.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for controlling gas purity when a gas reservoir (41), containing a sorption material (82), is filled. A heatable filter (46), whose filter material can be regenerated or replaced, is connected upstream of the gas reservoir (41). A first shut-off valve (44) is connected upstream of the filter (46) and a second shut-off valve (54) is connected upstream of the gas reservoir (41). Higher molecular hydrocarbons CxHy that have been retained by the filter (46) are fed to a consumer, bypassing the gas reservoir (41), and are introduced into a consumer line (80).

Description

Beschreibungdescription
Titeltitle
Vorrichtung zur Regelung der Gasreinheit für einen GasspeicherDevice for regulating the gas purity of a gas storage
Stand der TechnikState of the art
Zur Speicherung von Gasen kommen heute im Allgemeinen Druckgastanks zum Einsatz. Druckgastanks können sowohl in stationären Anwendungen zum Beispiel zur Beheizung von Gebäuden oder in mobilen Anwendungen so zum Beispiel in gasbetriebenen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Hinsichtlich der mobilen Anwendungen von Druckgastanks sind die Gastanks in der Regel für einen Systemdruck von 200 bar ausgelegt und werden in ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebenes Kraftfahrzeug eingebaut. Von Nachteil hierbei ist der Umstand, dass besondere Sicherheitsanforderungen an gasbetriebene Kraftfahrzeuge gestellt werden. Ein weiterer Nachteil insbesondere hinsichtlich der mobilen Anwendungen von Druckgas tanks ist der Umstand, dass aufgrund von Sicherheitsvorschriften für Gastanks für Kraftfahrzeuge, die Gastanks in der Regel als zylindrische Druckbehälter ausgebildet sind, wobei die zulässige Füllmenge nur bei 80 % des vorhandenen Rauminhaltes liegt. Der Restanteil des vorhandenen Rauminhaltes des Druckgasspeichers dient als Expansionsraum für das Gas. Zum Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzter gasförmiger Kraftstoff bildet mit Luft ein besonderes gutes Gemisch und zeichnet sich durch eine niedrigere Schadstoffemission aus. Gasförmiger Kraftstoff ist weitestgehend frei von Blei- und Schwefelverbindungen und weist sehr gute Verbrennungseigenschaften bei ausgezeichneter Gemischbildung und Verteilung auf, was sich bei niedrigen Temperaturen noch stärker auswirkt.For the storage of gases, pressurized gas tanks are generally used today. Compressed gas tanks can be used both in stationary applications, for example for heating buildings or in mobile applications, for example in gas-powered motor vehicles. With regard to the mobile applications of pressurized gas tanks, the gas tanks are generally designed for a system pressure of 200 bar and are installed in a gaseous fuel-powered motor vehicle. The disadvantage here is the fact that special safety requirements are made of gas-powered vehicles. Another disadvantage in particular with regard to the mobile applications of pressurized gas tanks is the fact that due to safety regulations for gas tanks for motor vehicles, the gas tanks are usually designed as a cylindrical pressure vessel, the permissible capacity is only 80% of the available space. The remaining portion of the existing volume of the compressed gas storage serves as an expansion space for the gas. For driving motor vehicles used gaseous fuel forms with air a particularly good mixture and is characterized by a lower pollutant emission. Gaseous fuel is largely free of lead and sulfur compounds and has very good combustion properties with excellent mixture formation and distribution, which has an even stronger effect at low temperatures.
Bei bisher eingesetzten Druckgastanks zur Speicherung von gasförmigem Kraftstoff spielen flüchtige Verunreinigungen keine Rolle. Jedoch können kondensierbare Anteile im gasförmigen Kraftstoff, wie zum Beispiel für höhermolekulare Kohlenwasserstoffe wie zum Beispiel Butan unter Druck am Boden des Gasspeichers kondensieren und führen bei Gasent- nähme zu einer Änderung des Brennwertes des Gases.In previously used pressurized gas tanks for storing gaseous fuel volatile impurities play no role. However, condensable fractions may condense in the gaseous fuel, such as, for example, higher molecular weight hydrocarbons such as butane under pressure at the bottom of the gas reservoir and lead to a change in the calorific value of the gas at Gasent-.
Gemäß heutiger Entwicklungstendenzen werden als Gasspeicher Adsorptionsspeicher für Erdgas und Wasserstoff entwickelt. Bei Adsorptionsspeichern wird das zu speichernde Gas an Materialien mit einer großen inneren Oberfläche, wie zum Beispiel Zeolithen adsorbiert und auf diese Art gespeichert. Im zu speichernden Gas, wie zum Beispiel gasförmigem Kraftstoff, enthaltene Verunreinigungen, so zum Beispiel Wasserdampf oder auch höhermolekulare Kohlenwasserstoffe, besetzen dabei Adsorptionsplätze und verringern dadurch die Speicherfähigkeit des Adsorptionsmaterials des Adsorptionsspeichers.According to current trends, adsorption storage tanks for natural gas and hydrogen are being developed as gas storage facilities. Adsorption storage becomes the gas to be stored to materials with a large internal surface, such as adsorbed zeolites and stored in this way. In the gas to be stored, such as gaseous fuel, contained impurities, such as water vapor or higher molecular weight hydrocarbons occupy adsorption sites and thereby reduce the storage capacity of the adsorption of Adsorptionsspeichers.
Aus WO 97/36819 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Speicherung zur Abgabe von Wasserstoff aus einem Wasserstoffspeicher bekannt. Das Wasserstoffgas wird in einem wie- deraufladbaren Speicher gespeichert und durch diesen abgegeben. Bei Bedarf kann das Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffspeicher entnommen werden. Im Speicher ist ein Festkörperspeichermedium aufgenommen, welches als Metallhydrid in Partikelform vorliegt und keine Behandlungsschritte wie zum Beispiel eine Verdichtung oder dergleichen benötigt. Über Teilerwände wird der Wasserstoffspeicher in separate Kammern unterteilt, von denen jede eine Matrix enthält, die durch ein geeignetes Material wie zum Beispiel thermisch lei- tenden Aluminiumschaum gebildet wird, welcher eine Anzahl von Zellen bildet. Das Verhältnis der Kammerlänge zum Durchmesser des Wasserstoffspeichers liegt bevorzugt zwischen 0,5 und 2. Innerhalb der durch Aluminiumschaum gebildeten Zellen befinden sich Metallhydridpartikel oder andere zur Speicherung von Wasserstoff geeignete Stoffe. Der Wasserstoffspeicher weist eine Wasserstoffentnahmeleitung auf, durch welche das Wasser- stoffgas bei Abgabe aus dem Wasserstoffspeicher oder beim Zuführen zum Wasserstoffspeicher strömt. Innerhalb der Wasserstoffleitung ist ein Filter vorgesehen, welcher die in den Zellen enthaltenen Metallhydridpartikel zurückhält und verhindert, dass diese das Wasserstoffgas hinsichtlich seiner Reinheit beeinträchtigen. Eine Wärmeübertragungsoberfläche wird durch einen Kanal gebildet, der thermisch mit dem Aluminiumschaum gekoppelt ist. Während der Anlagerung von Wasserstoff beim Aufladen des Wasserstoffspeichers oder beim Entladen des Wasserstoffspeichers wird die entstehende Wärme durch eine Wärmeabführungsvorrichtung aus dem Wasserstoffspeicher abgeführt.From WO 97/36819 an apparatus and a method for storage for the release of hydrogen from a hydrogen storage is known. The hydrogen gas is stored in a rechargeable storage and released by it. If necessary, the hydrogen gas can be taken out of the hydrogen storage. In the memory, a solid-state storage medium is added, which is in the form of a metal hydride in particulate form and does not require any treatment steps such as compaction or the like. Via divider walls, the hydrogen storage is subdivided into separate chambers, each containing a matrix formed by a suitable material, such as thermally conductive aluminum foam, which forms a number of cells. The ratio of the chamber length to the diameter of the hydrogen storage is preferably between 0.5 and 2. Within the aluminum foam formed by cells are metal hydride or other suitable for storage of hydrogen substances. The hydrogen storage device has a hydrogen extraction line, through which the hydrogen gas flows when discharged from the hydrogen storage or when feeding to the hydrogen storage. Within the hydrogen line is provided a filter which retains the metal hydride particles contained in the cells and prevents them from affecting the hydrogen gas in terms of its purity. A heat transfer surface is formed by a channel which is thermally coupled to the aluminum foam. During the addition of hydrogen during charging of the hydrogen storage or during the discharge of the hydrogen storage, the heat generated is removed by a heat removal device from the hydrogen storage.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einem Gasspeicher, insbesondere einem Adsorptionsspeicher nur solches Speichergas insbesondere Erdgas oder Stadtgas zuzuführen, das von Verunreinigungen befreit ist.The present invention has for its object to supply a gas storage, in particular an adsorption only storage gas such as natural gas or city gas, which is free of impurities.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass einem Gasspeicher zur Aufnahme von gasförmigem Kraftstoff, wie zum Beispiel CH4 oder eines anderen Gases zum Beispiel für industrielle Anwendungen, ein insbesondere beheizbarer Filter vorgeschaltet ist. Das in den Gasspeicher einströmende Gas wird vor Einlass in den Gasspeicher auf störende Verunreinigungen, wie zum Beispiel CO2, CO und Feuchtigkeit, hin analysiert. Das von einer Tankstelle zur Befüllung des Gasspeichers diesem zuströmende Gas gelangt über ein erstes Absperrventil sowie den Filter und ein weiteres zwischen dem Filter und dem Gasspeicher angeordnetes Absperrventil zum Gasspeicher. Ist durch eine Überladung des FiI- termaterials mit Verunreinigungen die Filterwirkung nicht mehr gegeben, können das erste Absperrventil und das zweite, dem Gasspeicher vorgeschaltete Absperrventil geschlossen werden. Dadurch ist sichergestellt, dass nur solches Gas in den Gasspeicher gelangt, welches eine vorgeschriebene Reinheit und Güte aufweist.According to the invention this object is achieved in that a gas storage for receiving gaseous fuel, such as CH 4 or another gas, for example, for industrial applications, a particular heatable filter is connected upstream. The gas flowing into the gas storage is disturbing before entering the gas storage Contaminants, such as CO 2 , CO and moisture, analyzed. The gas flowing in from a gas station for filling the gas reservoir passes to the gas reservoir via a first shut-off valve and the filter and another shut-off valve arranged between the filter and the gas reservoir. If the filter effect no longer exists due to an overload of the filter material with contaminants, the first shut-off valve and the second shut-off valve upstream of the gas reservoir can be closed. This ensures that only such gas enters the gas storage, which has a prescribed purity and quality.
Die Absperrung des ersten, dem Filter vorgeschalteten Absperrventiles sowie des zweiten dem Gasspeicher vorgeschalteten Absperrventiles erfolgt über ein Steuergerät. Das Steuergerät ist mit einem dem Filter nachgeschalteten Gassensor sowie einem dem Gasentnahmeventil des Gasspeichers nachgeschalteten Gassensor verbunden.The blocking of the first, upstream of the filter shut-off valve and the second gas storage upstream shut-off valve via a control unit. The control unit is connected to a gas sensor connected downstream of the filter and to a gas sensor arranged downstream of the gas extraction valve of the gas reservoir.
Ist durch Überladung des Filters mit Verunreinigungen die gewünschte Filtereffektivität nicht mehr möglich, werden die dem Filter und dem Gasspeicher jeweils vorgeschalteten Absperrventile geschlossen.If the desired filter efficiency is no longer possible by overloading the filter with impurities, the shut-off valves upstream of the filter and the gas accumulator are closed.
Um bei der Speicherung von gasförmigem Kraftstoff, wie zum Beispiel CH4 zu verhindern, dass im Filter zurückgehaltene brennbare Gase, bei denen es sich in der Regel um höhermolekulare CxHy handelt, für die Verbrennung verloren gehen, können die im Filter zurückgehaltenen höhermolekularen CxH5, optional im Betrieb der gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Dazu kann das Filter mit einer Heizeinrichtung versehen werden, um die in diesem zurückgehaltenen brennbaren Gase aus dem Filter auszutreiben und über ein Dosierventil dem Verbraucher, wie zum Beispiel einer gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Verbrennungskraftmaschine zuzuführen. In dem Fall, dass die im Filter zurückgehaltenen brennbaren höhermolekularen CxH5, dem Verbraucher zugeführt werden, sind das dem Gasspeicher vorgeschaltete Absperrventil und das dem Filter vorgeschaltete Absperrventil geschlossen.In order to prevent the storage of gaseous fuel, such as CH 4, to prevent combustible gases retained in the filter, which are usually relatively high molecular weight C x H y , being lost for combustion, the higher molecular weight retained in the filter can be lost C x H 5 , optionally be supplied during operation of the gaseous fuel burning internal combustion engine. For this purpose, the filter can be provided with a heating device in order to expel the combustible gases retained therein from the filter and feed them via a metering valve to the consumer, such as, for example, a gaseous fuel-burning internal combustion engine. In the event that the combustible high molecular weight C x H 5 retained in the filter are supplied to the consumer, the shut-off valve upstream of the gas reservoir and the shut-off valve upstream of the filter are closed.
Der Filter, dem optional eine Heizeinrichtung zum Austreiben höhermolekularer CxH5, zugeordnet sein kann, kann im einfachsten Falle als Kühlfalle ausgebildet sein. Daneben ist die Ausgestaltung des dem Gasspeicher vorgeschalteten Filters als Aktivkohlefilter möglich. Als Filtermaterialien können Metalloxide wie zum Beispiel ALO2, Molsiebe, Zeolithe oder Ak- tivkohle zum Einsatz kommen. Zur Detektion der Gase vor dem Verbraucher, wie zum Beispiel einer gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Verbrennungskraftmaschine, können ein Brennwert- bzw. Heizwertsensor zur Regelung des Brennwertes vor diesem Verbraucher verwendet werden. Daneben ist es auch möglich, anstelle des Brennwert- bzw. Heizwert- sensors vor dem Verbraucher, wie zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine, Surface- Acoustic-Wave- Sensoren einzusetzen, die über die Massenbelegung der Sensoroberfläche höhermolekulare Kohlenwasserstoffe CxH5, vor dem Einströmen in den Gasspeicher detek- tieren.The filter, which may optionally be associated with a heating device for expelling higher molecular weight C x H 5 , may in the simplest case be designed as a cold trap. In addition, the design of the gas storage upstream filter as activated carbon filter is possible. As filter materials metal oxides such as ALO2, molecular sieves, zeolites or activated carbon can be used. For detecting the gases in front of the consumer, such as a gaseous fuel burning internal combustion engine, a calorific value or calorific value sensor can be used to control the calorific value upstream of this consumer. In addition, it is also possible to replace the calorific value or calorific value sensors in front of the consumer, such as an internal combustion engine, to use surface acoustic wave sensors, which detect higher molecular weight hydrocarbons C x H 5 , before flowing into the gas reservoir via the mass occupancy of the sensor surface.
Zur Regelung der Gasgüte während des Betriebes, so zum Beispiel während des Austreibens höhermolekularer Kohlenwasserstoffe aus dem Filter bei abgesperrtem ersten und zweiten Absperrventil, kann in der sich vom Filter zum Dosierventil erstreckenden Leitung vor dem Verbraucher und hinter dem Dosierventil ein weiterer Gasgütesensor vorhanden sein. Bei diesem kann es sich ebenfalls um einen Brennwert- oder Heizwertsensor, oder um einen Surface-Acoustic-Wave-Sensor oder dergleichen handeln.To control the gas quality during operation, for example, during the expulsion of high molecular weight hydrocarbons from the filter with shut off the first and second shut-off valve may be present in the extending from the filter to the metering line before the consumer and behind the metering another gas quality sensor. This may likewise be a calorific value or calorific value sensor, or a surface acoustic wave sensor or the like.
Die oben stehend anhand eines Gasspeichers für mobile Anwendungen beschriebenen Maßnahmen können anstelle zum Beispiel an einem gasbetriebenen Kraftfahrzeug oder auch an stationären Gasspeichern Verwendung finden, wie zum Beispiel an Industriegasspeichern. Die Maßnahmen können auch an einem Gasvorratsspeicher zum Beispiel an einer Tankstelle vorgenommen werden, insbesondere dann, wenn der dort vorgesehene Vorratsspeicher für gasförmigen Kraftstoff ein Sorptionsspeicher ist. Im Sorptionsspeicher, sei es ein Gasspeicher für mobile Anwendungen wie zum Beispiele im Kraftfahrzeug, für stationäre Anwen- düngen wie zum Beispiel ein Vorratsspeicher an einer Tankstelle oder für industrielle Zwecke, kommen im Sorptionsspeicher Sorptionsmaterialien, wie Zeolithe und insbesondere Metal Organic Frameworks als Sorptionsmaterialien in Frage.The measures described above with reference to a gas storage for mobile applications can be used instead of, for example, a gas-powered motor vehicle or even stationary gas storage, such as industrial gas storage. The measures can also be carried out on a gas storage reservoir, for example, at a gas station, in particular if the storage of gaseous fuel provided there is a sorption reservoir. In Sorptionsspeicher, be it a gas storage for mobile applications such as in the car, for stationary applications fertilize such as a storage tank at a gas station or for industrial purposes, come in Sorptionsspeicher sorption, such as zeolites and especially Metal Organic Frameworks as sorbent materials in question ,
Der Gasgütesensor, der dem Filter nachgeschaltet ist, kann auch ohne Filter eingesetzt wer- den, um einen im Kraftfahrzeug aufgenommen Gasspeicher vor der Befüllung mit gasförmigem Kraftstoff von schlechter Qualität zu schützen, was zum Beispiel durch einen verölten Tankstellenkompressor hervorgerufen werden kann, bei welchem der gasförmige Kraftstoff mit Ölanteilen beladen ist, die sich an dem Sorptionsmaterial innerhalb des Gasspeichers anlagern können. Das Sorptionsmaterial, bei dem es sich bevorzugt um Metal Organic Fra- meworks handelt, weist eine hohe spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/g auf, an dem sich der gasförmige Kraftstoff anlagert. Diese Oberfläche ist von Verunreinigungen wie zum Beispiel CO2, CO oder Feuchtigkeit oder dergleichen freizuhalten, um die Speicherkapazität des Sorptionsmaterials, bei dem es sich bevorzugt um MOF handelt, über die Betriebszeit gesehen, konstant zu halten.The gas quality sensor, which is connected downstream of the filter, can also be used without a filter in order to protect a gas reservoir received in the motor vehicle from being filled with poor quality gaseous fuel, which can be caused, for example, by a greasy gas station compressor, in which the gaseous fuel is loaded with oil fractions which may attach to the sorbent material within the gas reservoir. The sorbent material, which is preferably Metal Organic Frameworks, has a high specific surface area of at least 1000 m 2 / g, to which the gaseous fuel attaches. This surface must be kept free of impurities such as CO 2 , CO or moisture or the like in order to keep constant the storage capacity of the sorbent material, which is preferably MOF, over the operating time.
Der bevorzugt eingesetzte Filter kann eine Austauschpatrone aufweisen, die bei Erschöpfung der Filterwirkung einfach austauschbar ist. Daneben kann der Filter als ein Doppelfilter ausgestaltet werden, bei welchem ein Teil des Doppelfilters regeneriert wird, während der andere benutzt werden kann. Der Filter kann durch das oben dargestellte Ausheizen regeneriert werden, d.h. die sich im Filter anlagernden höhermolekularen Kohlenwassers toffe CxH5, können durch die optional an dem Filter zugeordnete Heizeinrichtung aus diesem ausgetrieben werden.The preferred filter used may have an exchange cartridge that is easily replaceable when the filter effect is exhausted. In addition, the filter can be configured as a double filter, in which a part of the double filter is regenerated, while the others can be used. The filter can be regenerated by the heating shown above, ie the higher molecular weight hydrocarbons C x H 5 accumulating in the filter can be expelled therefrom by the heating device optionally assigned to the filter.
Zeichnungdrawing
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.
Es zeigt:It shows:
Figur 1 ein Verlauf einer Desorptionskurve für Benzol eines 1. Metal Organic Framework (MOF), aufgetragen über die Zeit und den Temperaturgradienten,1 shows a course of a desorption curve for benzene of a 1st Metal Organic Framework (MOF), plotted over time and the temperature gradient,
Figur 2 die Benzoldesorption an einem 2. Metal Organic Framework, aufgetragen über die Desorptionszeit und bei Aufprägung eines Temperaturgradienten,FIG. 2 shows the benzene desorption on a second metal organic framework, plotted over the desorption time and upon impressing a temperature gradient,
Figur 3 die Oktandesorption an einem 1. Metal Organic Framework, aufgetragen über die Desorptionszeit und bei Aufprägung eines Temperaturgradienten,FIG. 3 shows the octane sorption on a first metal organic framework, plotted over the desorption time and upon impressing a temperature gradient,
Figur 4 die Oktandesorption am 2. Metal Organic Framework, aufgetragen über die Desorptionszeit und Aufprägung eines Temperaturgradienten,FIG. 4 shows the octane sorption on the 2nd Metal Organic Framework, plotted over the desorption time and impressing a temperature gradient,
Figur 5 ein Schaltschema eines Gasspeichers, insbesondere eines Sorptionsspeichers mit vorgeschaltetem Filterelement undFigure 5 is a circuit diagram of a gas storage, in particular a Sorptionsspeichers with upstream filter element and
Figur 6 eine weiteres Ausführungsvariante der Verschaltung des Gasspeichers.Figure 6 shows another embodiment of the interconnection of the gas storage.
Ausführungsvariantenvariants
Das poröse metallorganische Gerüstmaterial enthält mindestens eine an mindestens ein Metallion koordinativ gebundene mindestens zweizähnige organische Verbindung. Dieses metallorganische Gerüstmaterial (MOF) wird beispielsweise beschrieben in US 5,648,508, EP- A-O 790 253, M. O-Keeffe et al, J. SoI. State Chem., JJ2 (2000), Seite 3 bis 20, H. Li et al., Nature 402 (1999), Seite 276, M. Eddaoudi et al., Topics in Catalysis 9 (1999), Seite 105 bis 111, B. Chen et al., Science 291 (2001), Seite 1021 bis 1023 und DE-A-101 11 230. Die MOF's gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten Poren, insbesondere Mirko- und/oder Mesoporen. Mikroporen sind definiert als solche mit einem Durchmesser von 2 nm oder kleiner und Mesoporen sind definiert durch einen Durchmesser im Bereich von 2 bis 50 nm, jeweils entsprechend nach der Definition, wie sie Pure Applied Chem. 45_, Seite 71, insbesondere auf Seite 79 (1976) angegeben ist. Die Anwesenheit von Mikro- und/oder Mesoporen kann mit Hilfe von Sorptionsmessungen überprüft werden, wobei diese Messungen die Aufnahmekapazität der metallorganischen Gerüstmaterialien für Stickstoff bei 77 Kelvin gemäß DIN 66131 und/oder DIN 66134 bestimmt.The porous organometallic framework contains at least one at least one metal ion coordinated at least bidentate organic compound. This organometallic framework (MOF) is described, for example, in US 5,648,508, EP-A-0 790 253, M. O-Keeffe et al, J. Sol. State Chem., JJ2 (2000), pages 3 to 20, H. Li et al., Nature 402 (1999), page 276, M. Eddaoudi et al., Topics in Catalysis 9 (1999), pages 105 to 111, Chen et al., Science 291 (2001), pages 1021 to 1023 and DE-A-101 11 230. The MOFs according to the present invention contain pores, in particular micro and / or mesopores. Micropores are defined as those having a diameter of 2 nm or smaller and mesopores are defined by a diameter in the range of 2 to 50 nm, each according to the definition as described by Pure Applied Chem. 45_, page 71, in particular on page 79 (FIG. 1976). The presence of micro- and / or mesopores can be checked by means of sorption measurements, these measurements determining the uptake capacity of the organometallic frameworks for nitrogen at 77 Kelvin according to DIN 66131 and / or DIN 66134.
Vorzugsweise beträgt die spezifische Oberfläche - berechnet nach dem Langmuir-Modell (DIN 66131, 66134) für ein MOF in Pulverform bei mehr als 5 m2/g, mehr bevorzugt über 10 m2/g, mehr bevorzugt mehr als 50 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 500 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 1000 m2/g und besonders bevorzugt mehr als 1500 m2/g.The specific surface area - calculated according to the Langmuir model (DIN 66131, 66134) for a MOF in powder form is preferably more than 5 m 2 / g, more preferably more than 10 m 2 / g, more preferably more than 50 m 2 / g , more preferably more than 500 m 2 / g, even more preferably more than 1000 m 2 / g and particularly preferably more than 1500 m 2 / g.
MOF Formkörper können eine niedrigere spezifische Oberfläche besitzen; vorzugsweise jedoch mehr als 10 m2/g, mehr bevorzugt mehr als 50 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 500 m2/g und insbesondere mehr als 1000 m2/g.MOF shaped bodies can have a lower specific surface; but preferably more than 10 m 2 / g, more preferably more than 50 m 2 / g, even more preferably more than 500 m 2 / g and in particular more than 1000 m 2 / g.
Die Metallkomponente im Gerüstmaterial nach der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ausgewählt aus den Gruppen Ia, IIa, IHa, IVa bis Villa und Ib bis VIb. Besonders bevorzugt sind Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb und Bi. Mehr bevorzugt sind Zn, Cu, Mg, Al, Ga, In, Sc, Y, Lu, Ti, Zr, V, Fe, Ni, und Co. Insbesondere bevorzugt Cu, Zn, Al, Fe und Co. In Bezug auf die Ionen dieser Elemente sind besonders zu erwähnen Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Sc3+, Y3+, Ti4+, Zr4+, Hf4+, V4+, V3+, V2+,The metal component in the framework of the present invention is preferably selected from Groups Ia, IIa, IHa, IVa to Villa and Ib to VIb. Particularly preferred are Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni , Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb and Bi. More preferred are Zn, Cu, Mg, Al, Ga, In, Sc, Y, Lu, Ti, Zr, V, Fe, Ni, and Co. Particularly, Cu, Zn, Al, Fe, and Co. are particularly preferred. With respect to the ions of these elements, mention is particularly made of Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Sc 3+ , Y 3+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Hf 4+ , V 4+ , V 3+ , V 2+ ,
, „ 3+ m 3+ r^ 3 + n It 3 + ττ r3+ n t 3+ n t 2+ τ-> 3+ τ-> 2+ T- 3 + T-" 2+ τ-> 3+ τ-> 2+ /~v 3+ /~v 2+, "3+ m 3+ r ^ 3 + n It 3 + ττ r3 + nt 3+ nt 2+ τ- > 3+ τ- > 2+ T- 3 + T-" 2+ τ- > 3+ τ- > 2+ / ~ v 3+ / ~ v 2+
Nb , Ta , Cr , Mo , W , Mn , Mn , Re , Re , Fe , Fe , Ru , Ru , Os , Os , Co3+, Co2+, Rh2+, Rh+, Ir2+, Ir+, Ni2+, Ni+, Pd2+, Pd+, Pt2+, Pt+, Cu2+, Cu+, Ag+, Au+, Zn2+, r C<d A^+ , T HJg 2+ , A A il3+ , fG~ia 3+ , TIn3+ , TTll3+ , CSi "4+ , CSi "2+ , ^Ge 4+ , G ,^e 2+ , oSn 4+ , oSn 2+ , TPiUb4+ , TP)Ub2+ , A A s5+ , A A s3+ , As+, Sb5+, Sb3+, Sb+, Bi5+, Bi3+ und Bi+.Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Mn, Re, Re, Fe, Fe, Ru, Ru, Os, Os, Co 3+, Co 2+, Rh 2+, Rh +, Ir 2+, Ir + , Ni 2+ , Ni + , Pd 2+ , Pd + , Pt 2+ , Pt + , Cu 2+ , Cu + , Ag + , Au + , Zn 2+ , r C <d A ^ + , T HJg 2 +, AA il3 +, fG ~ ia 3+, TIn 3+ , TTll 3+ , CSi " 4+ , CSi" 2 +, ^ Ge 4+, G, ^ e 2+, oSn 4+, oSn 2+, TPiUb 4+ , TP) Ub 2+ , AA s 5+ , AA s 3+ , As + , Sb 5+ , Sb 3+ , Sb + , Bi 5+ , Bi 3+ and Bi + .
Der Begriff "mindestens zweizähnige organische Verbindung" bezeichnet eine organische Verbindung, die mindestens eine funktionelle Gruppe enthält, die in der Lage ist, zu einem gegebenen Metallion mindestens zwei, bevorzugt zwei koordinative Bindungen, und/oder zu zwei oder mehr, bevorzugt zwei Metallatomen jeweils eine koordinative Bindung auszu- bilden.The term "at least bidentate organic compound" refers to an organic compound containing at least one functional group capable of having at least two, preferably two coordinative, bonds to a given metal ion, and / or to two or more, preferably two, metal atoms, respectively form a coordinative bond.
Als funktionelle Gruppen, über die die genannten koordinativen Bindungen ausgebildet werden kann, sind insbesondere beispielsweise folgende funktionellen Gruppen zu nennen: - CO2H, -CS2H, -NO2, -B(OH)2, -SO3H, -Si(OH)3, -Ge(OH)3, -Sn(OH)3, -Si(SH)4, - Ge(SH)4, -Sn(SH)3, -PO3H, -AsO3H, -AsO4H, -P(SH)3, -As(SH)3, -CH(RSH)2, -C(RSH)3 -CH(RNH2)2 -C(RNH2)3, -CH(ROH)2, -C(ROH)3, -CH(RCN)2, -C(RCN)3 wobei R beispielsweise bevorzugt eine Alkylengruppe mit 1, 2, 3, 4 oder 5 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise eine Methylen-, Ethylen-, n-Propylen-, i-Propylen, n-Butylen-, i-Functional groups by means of which the abovementioned coordinative bonds can be formed include in particular, for example, the following functional groups: CO 2 H, -CS 2 H, -NO 2 , -B (OH) 2 , -SO 3 H, -Si (OH) 3 , -Ge (OH) 3 , -Sn (OH) 3 , -Si (SH ) 4, - Ge (SH) 4, -Sn (SH) 3, -PO 3 H, -AsO 3 H, -AsO 4 H, -P (SH) 3, -As (SH) 3, -CH (RSH ) 2 , -C (RSH) 3 -CH (RNH 2 ) 2 -C (RNH 2 ) 3 , -CH (ROH) 2 , -C (ROH) 3 , -CH (RCN) 2 , -C (RCN) 3 where R preferably represents an alkylene group having 1, 2, 3, 4 or 5 carbon atoms, for example a methylene, ethylene, n-propylene, i-propylene, n-butylene,
Butylen-, tert-Butylen- oder n-Pentylengruppe, oder eine Arylgruppe, enthaltend 1 oder 2 aromatische Kerne wie beispielsweise 2 Cό-Ringe, die gegebenenfalls kondensiert sein können und unabhängig voneinander mit mindestes jeweils einem Substituenten geeignet substituiert sein können, und/oder die unabhängig voneinander jeweils mindestens ein Heteroatom wie beispielsweise N, O und/oder S enthalten können. Gemäß ebenfalls bevorzugter Ausführungsformen sind funktionelle Gruppen zu nennen, bei denen der oben genannte Rest R nicht vorhanden ist. Diesbezüglich sind unter anderem -CH(SH)2, -C(SH)3, -CH(NH2)2, - C(NH2)3, -CH(OH)2, -C(OH)3, -CH(CN)2 oder -C(CN)3 zu nennen.Butylene, tert-butylene or n-pentylene group, or an aryl group containing 1 or 2 aromatic nuclei such as 2 Cό rings, which may be optionally condensed and may be independently substituted with at least one each substituent suitably, and / or which independently of one another may each contain at least one heteroatom, such as, for example, N, O and / or S. According to likewise preferred embodiments, functional groups are to be mentioned in which the abovementioned radical R is absent. In this regard are, inter alia, -CH (SH) 2, -C (SH) 3, -CH (NH 2) 2, - C (NH 2) 3, -CH (OH) 2, -C (OH) 3, -CH (CN) 2 or -C (CN) 3 to call.
Die mindestens zwei funktionellen Gruppen können grundsätzlich an jede geeignete organische Verbindung gebunden sein, solange gewährleistet ist, dass die diese funktionellen Gruppen aufweisende organische Verbindung zur Ausbildung der koordinativen Bindung und zur Herstellung des Gerüstmaterials befähigt ist.The at least two functional groups can in principle be bound to any suitable organic compound as long as it is ensured that the organic compound having these functional groups is capable of forming the coordinative bond and the preparation of the framework.
Bevorzugt leiten sich die organischen Verbindungen, die die mindestens zwei funktionellen Gruppen enthalten, von einer gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Verbindung oder einer aromatischen Verbindung oder einer sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung ab.Preferably, the organic compounds containing the at least two functional groups are derived from a saturated or unsaturated aliphatic compound or an aromatic compound or an aliphatic as well as an aromatic compound.
Die aliphatische Verbindung oder der aliphatische Teil der sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung kann linear und/oder verzweigt und/oder cyclisch sein, wobei auch mehrere Cyclen pro Verbindung möglich sind. Weiter bevorzugt enthält die aliphatische Verbindung oder der aliphatische Teil der sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung 1 bis 15, weiter bevorzugt 1 bis 14, weiter bevorzugt 1 bis 13, weiter bevorzugt 1 bis 12, weiter bevorzugt 1 bis 11 und insbesondere bevorzugt 1 bis 10 C-Atome wie beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 C-Atome. Insbesondere bevorzugt sind hierbei unter anderem Methan, Adamantan, Acetylen, Ethylen oder Butadien.The aliphatic compound or the aliphatic portion of the both aliphatic and aromatic compound may be linear and / or branched and / or cyclic, wherein also several cycles per compound are possible. More preferably, the aliphatic compound or the aliphatic portion of the both aliphatic and aromatic compound contains 1 to 15, more preferably 1 to 14, further preferably 1 to 13, further preferably 1 to 12, further preferably 1 to 11 and particularly preferably 1 to 10 C atoms such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 C atoms. Methane, adamantane, acetylene, ethylene or butadiene are particularly preferred in this case.
Die aromatische Verbindung oder der aromatische Teil der sowohl aromatischen als auch aliphatischen Verbindung kann einen oder auch mehrere Kerne wie beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf Kerne aufweisen, wobei die Kerne getrennt voneinander und/oder mindestens zwei Kerne in kondensierter Form vorliegen können. Besonders bevorzugt weist die aromatische Verbindung oder der aromatische Teil der sowohl aliphatischen als auch aro- matischen Verbindung einen, zwei oder drei Kerne auf, wobei einer oder zwei Kerne besonders bevorzugt sind. Unabhängig voneinander kann weiter jeder Kern der genannten Verbindung mindestens ein Heteroatom wie beispielsweise N, O, S, B, P, Si, AI, bevorzugt N, O und/oder S enthalten. Weiter bevorzugt enthält die aromatische Verbindung oder der aromatische Teil der sowohl aromatischen als auch aliphatischen Verbindung einen oder zwei Cό-Kerne, wobei die zwei entweder getrennt voneinander oder in kondensierter Form vorliegen. Insbesondere sind als aromatische Verbindungen Benzol, Naphthalin und/oder Biphenyl und/oder Bipyridyl und/oder Pyridyl zu nennen.The aromatic compound or the aromatic part of both aromatic and aliphatic compound may have one or more cores, such as two, three, four or five cores, wherein the cores may be separated from each other and / or at least two nuclei in condensed form. Particularly preferably, the aromatic compound or the aromatic part of both aliphatic and aromatic matic compound one, two or three cores, with one or two cores are particularly preferred. Independently of each other, furthermore, each nucleus of the named compound may contain at least one heteroatom, such as, for example, N, O, S, B, P, Si, Al, preferably N, O and / or S. More preferably, the aromatic compound or the aromatic portion of the both aromatic and aliphatic compound contains one or two C ό cores, the two being either separately or in condensed form. In particular, benzene, naphthalene and / or biphenyl and / or bipyridyl and / or pyridyl may be mentioned as aromatic compounds.
Besonders bevorzugt leitet sich die mindestens zweizähnige organische Verbindung von einer Di-, Tri-, oder Tetracarbonsäure oder deren Schwefelanaloga ab. Schwefelanaloga sind die funktionellen Gruppen -C(=O)SH sowie dessen Tautomer und C(=S)SH, die anstelle einer oder mehrerer Carbonsäuregruppen eingesetzt werden können.The at least bidentate organic compound is particularly preferably derived from a di-, tri- or tetracarboxylic acid or its sulfur analogs. Sulfur analogues are the functional groups -C (= O) SH and its tautomer and C (= S) SH, which can be used instead of one or more carboxylic acid groups.
Der Begriff "ableiten" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die mindestens zweizähnige organische Verbindung im Gerüstmaterial in teilweise deprotonierter oder vollständig deprotonierter Form vorliegen kann. Weiterhin kann die mindestens zweizähnige organische Verbindung weitere Substituenten enthalten, wie beispielsweise -OH, -NH2, - OCH3, -CH3, -NH(CH3), -N(CH3)2, -CN sowie Halogenide.The term "derive" in the context of the present invention means that the at least bidentate organic compound can be present in the framework material in partially deprotonated or completely deprotonated form. Furthermore, the at least bidentate organic compound may contain further substituents, such as -OH, -NH 2 , - OCH 3 , -CH 3 , -NH (CH 3 ), -N (CH 3 ) 2 , -CN and halides.
Beispielsweise sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Dicarbonsäuren wie etwa Oxalsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure, 1 ,4-Butandicarbonsäure, 4-Oxo-Pyran-2,6-di- carbonsäure, 1 ,6-Hexandicarbonsäure, Decandicarbonsäure, 1,8-Heptadecandicarbonsäure, 1,9-Heptadecandicarbonsäure, Heptadecandicarbonsäure, Acetylendicarbonsäure, 1,2- Benzoldicarbonsäure, 2,3-Pyridindicarbonsäure, Pyridin-2,3-dicarbonsäure, 1,3-Butadien- 1,4-dicarbonsäure, 1 ,4-Benzoldicarbonsäure, p-Benzoldicarbonsäure, lmidazol-2,4- dicarbonsäure, 2-Methyl-chinolin-3,4-dicarbonsäure, Chinolin-2,4-dicarbonsäure, Chinoxa- lin-2,3-dicarbonsäure, 6-Chlorchinoxalin-2,3-dicarbonsäure, 4,4'-Diaminphenylmethan-3,3'- dicarbonsäure, Chinolin-3,4-dicarbonsäure, 7-Chlor-4-hydroxychinolin-2,8-dicarbonsäure, Diimiddicarbonsäure, Pyridin-2,6-dicarbonsäure, 2-Methylimidazol-4,5-dicarbonsäure, Thiophen-3,4-dicarbonsäure, 2-lsopropylimidazol-4,5-dicarbonsäure, Tetrahydropyran-4,4- dicarbonsäure, Perylen-3,9-dicarbonsäure, Perylendicarbonsäure, Pluriol E 200- dicarbonsäure, 3,6-Dioxaoctandicarbonsäure, 3,5-Cyclohexadien-l,2-dicarbonsäure, Octa- dicarbonsäure, Pentan-3,3-carbonsäure, 4,4'-Diamino-l,r-diphenyl-3,3'-dicarbon-säure, 4,4'-Diaminodiphenyl-3,3'-dicarbonsäure, Benzidin-3,3'-dicarbonsäure, 1,4-bis-For example, dicarboxylic acids, such as oxalic acid, succinic acid, tartaric acid, 1,4-butanedicarboxylic acid, 4-oxo-pyran-2,6-dicarboxylic acid, 1,6-hexanedicarboxylic acid, decanedicarboxylic acid, 1,8-heptadecanedicarboxylic acid, are examples of the present invention. 1,9-heptadecanedicarboxylic acid, heptadecanedicarboxylic acid, acetylenedicarboxylic acid, 1,2-benzenedicarboxylic acid, 2,3-pyridinedicarboxylic acid, pyridine-2,3-dicarboxylic acid, 1,3-butadiene-1,4-dicarboxylic acid, 1,4-benzenedicarboxylic acid, Benzenedicarboxylic acid, imidazole-2,4-dicarboxylic acid, 2-methyl-quinoline-3,4-dicarboxylic acid, quinoline-2,4-dicarboxylic acid, quinoxaline-2,3-dicarboxylic acid, 6-chloroquinoxaline-2,3-dicarboxylic acid, 4,4'-diaminophenylmethane-3,3'-dicarboxylic acid, quinoline-3,4-dicarboxylic acid, 7-chloro-4-hydroxyquinoline-2,8-dicarboxylic acid, diimidedicarboxylic acid, pyridine-2,6-dicarboxylic acid, 2-methylimidazole 4,5-dicarboxylic acid, thiophene-3,4-dicarboxylic acid, 2-isopropylimidazole-4,5-dicarboxylic acid, tetrahydropyran-4,4-dicarboxylic acid, perylene-3,9 dicarboxylic acid, perylenedicarboxylic acid, Pluriol E 200-dicarboxylic acid, 3,6-dioxaoctanedicarboxylic acid, 3,5-cyclohexadiene-1,2-dicarboxylic acid, octadicarboxylic acid, pentane-3,3-carboxylic acid, 4,4'-diamino-1, r-diphenyl-3,3'-dicarboxylic acid, 4,4'-diaminodiphenyl-3,3'-dicarboxylic acid, benzidine-3,3'-dicarboxylic acid, 1,4-bis-
(Phenylamino)-benzol-2,5-dicarbonsäure, l,l'-Dinaphthyl-5,5'-dicarbonsäure, 7-Chlor-8- methylchinolin-2,3-dicarbonsäure, 1 -Anilinoanthrachinon-2,4'-dicarbonsäure, PoIy- tetrahydrofuran-250-dicarbonsäure, l,4-bis-(Carboxymethyl)-piperazin-2,3-dicarbon-säure, 7-Chlorchinolin-3,8-dicarbonsäure, l-(4-Carboxy)-phenyl-3-(4-chlor)-phenylpyrazolin-(Phenylamino) -benzene-2,5-dicarboxylic acid, 1-dinaphthyl-5,5'-dicarboxylic acid, 7-chloro-8-methylquinoline-2,3-dicarboxylic acid, 1-anilinoanthraquinone-2,4'-dicarboxylic acid , Polytetrahydrofuran-250-dicarboxylic acid, 1,4-bis (carboxymethyl) -piperazine-2,3-dicarboxylic acid, 7-chloroquinoline-3,8-dicarboxylic acid, 1- (4-carboxy) -phenyl-3- (4-chloro) -phenylpyrazoline
4,5-dicarbonsäure, 1 ,4,5,6,7,7,-Hexachlor-5-norbornen-2,3-dicarbonsäure, Phenylindandi- carbonsäure, 1 ,3-Dibenzyl-2-oxo-imidazolidin-4,5-dicarbonsäure, 1 ,4-4,5-dicarboxylic acid, 1, 4,5,6,7,7, hexachloro-5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid, phenylindane-1-carboxylic acid, 1,3-dibenzyl-2-oxo-imidazolidine-4,5 dicarboxylic acid, 1, 4-
Cyclohexandicarbonsäure, Naphthalin- 1 ,8-dicarbonsäure, 2-Benzoylbenzol- 1,3- dicarbonsäure, l,3-Dibenzyl-2-oxoimidazolidin-4,5-cis-dicarbonsäure, 2,2'-Bichinolin-4,4'- dicarbonsäure, Pyridin-3,4-dicarbonsäure, 3,6,9-Trioxaundecandicarbonsäure, O- Hydroxybenzophenondicarbonsäure, Pluriol E 300-dicarbonsäure, Pluriol E 400- dicarbonsäure, Pluriol E 600-dicarbonsäure, Pyrazol-3,4-dicarbonsäure, 2,3- Pyrazindicarbonsäure, 5,6-Dimethyl-2,3-pyrazindicarbonsäure, 4,4'- Diaminodiphenyletherdiimiddicarbonsäure, 4,4'-Diaminodiphenylmethandiimiddicarbon- säure, 4,4'-Diaminodiphenylsulfondiimiddicarbonsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 1,3- Adamantandicarbonsäure, 1,8-Naphthalindicarbonsäure, 2,3-Naphthalindicarbonsäure, 8- Methoxy-2 , 3 -naphthalindicarbonsäure, 8 -Nitro -2,3 -naphthalincarbonsäure, 8 - Sulfo -2,3- naphthalindicarbonsäure, Anthracen-2,3-dicarbonsäure, 2',3'-DiphenyI-p-terphenyI-4,4"- dicarbonsäure, Diphenylether-4,4'-dicarbonsäure, Imidazol-4,5-dicarbonsäure, 4(1 H)- Oxothiochromen-2,8-dicarbonsäure, 5-tert-Butyl- 1 ,3-benzoldicarbonsäure, 7,8-Cyclohexanedicarboxylic acid, naphthalene-1, 8-dicarboxylic acid, 2-benzoylbenzene-1,3-dicarboxylic acid, 1,3-dibenzyl-2-oxoimidazolidine-4,5-cis-dicarboxylic acid, 2,2'-biquinoline-4,4'- dicarboxylic acid, pyridine-3,4-dicarboxylic acid, 3,6,9-trioxaundecanedicarboxylic acid, O-hydroxybenzophenone dicarboxylic acid, Pluriol E 300 dicarboxylic acid, Pluriol E 400 dicarboxylic acid, Pluriol E 600 dicarboxylic acid, pyrazole-3,4-dicarboxylic acid, 2, 3-pyrazinedicarboxylic acid, 5,6-dimethyl-2,3-pyrazine dicarboxylic acid, 4,4'-diaminodiphenyl ether diimide dicarboxylic acid, 4,4'-diaminodiphenylmethanediimide dicarboxylic acid, 4,4'-diaminodiphenylsulfonediimide dicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 1,3-adamantanedicarboxylic acid , 1,8-naphthalenedicarboxylic acid, 2,3-naphthalenedicarboxylic acid, 8-methoxy-2,3-naphthalenedicarboxylic acid, 8-nitro-2,3-naphthalenecarboxylic acid, 8-sulfo-2,3-naphthalenedicarboxylic acid, anthracene-2,3-dicarboxylic acid , 2 ', 3'-DiphenyI-p-terphenyl-4,4 "-dicarboxylic acid, diphenyl ether-4,4'-dicarboxylic acid, imidazole-4,5-dicar Bonsäure, 4 (1 H) - oxothiochromene-2,8-dicarboxylic acid, 5-tert-butyl-1, 3-benzenedicarboxylic acid, 7,8-
Chinolindicarbonsäure, 4,5-lmidazoldicarbonsäure, 4-Cyclo hexen- 1 ,2-dicarbonsäure, He- xatriacontandicarbonsäure, Tetradecandicarbonsäure, 1,7-Heptadicarbonsäure, 5-Hydroxy- 1,3-Benzoldicarbonsäure, Pyrazin-2,3-dicarbonsäure, Furan-2,5-dicarbonsäure, 1-Nonen- 6,9-dicarbonsäure, Eicosendicarbonsäure, 4,4'-Dihydroxydiphenylmethan-3,3'- dicarbonsäure, 1 -Amino-4-methyl-9, 10-dioxo-9, 10-dihydroanthracen-2,3-dicarbonsäure, 2,5-Pyridindicarbonsäure, Cyclohexen-2,3-dicarbonsäure,2,9-Dichlorfluorubin-4, 11- dicarbonsäure, 7-ChIor-3-mtehylchinoIin-6,8-dicarbonsäure, 2,4-Dichlorbenzophenon-2',5'- dicarbonsäure, 1,3-benzoldicarbonsäure, 2,6-Pyridindicarbonsäure, l-MethylpyrroI-3,4- dicarbonsäure, l-Benzyl-lH-pyrrol-3,4-dicarbonsäure, Anthrachinon-l,5-dicarbonsäure, 3 ,5-Pyrazoldicarbonsäure, 2-Nitrobenzol- 1 ,4-dicarbonsäure, Heptan- 1 ,7-dicarbonsäure, Cyclobutan- 1 , 1 -dicarbonsäure 1 , 14-Tetradecandicarbonsäure, 5 ,6-Dehydronorbornan-2,3- dicarbonsäure oder 5-Ethyl-2,3-Pyridindicarbonsäure,Quinoline dicarboxylic acid, 4,5-imidazoledicarboxylic acid, 4-cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid, hexatriacontanedicarboxylic acid, tetradecanedicarboxylic acid, 1,7-heptadicarboxylic acid, 5-hydroxy-1,3-benzenedicarboxylic acid, pyrazine-2,3-dicarboxylic acid, furan 2,5-dicarboxylic acid, 1-nonene-6,9-dicarboxylic acid, eicosendicarboxylic acid, 4,4'-dihydroxydiphenylmethane-3,3'-dicarboxylic acid, 1-amino-4-methyl-9,10-dioxo-9,10 dihydroanthracene-2,3-dicarboxylic acid, 2,5-pyridinedicarboxylic acid, cyclohexene-2,3-dicarboxylic acid, 2,9-dichlorofluorubin-4,11-dicarboxylic acid, 7-chloro-3-methylquinoline-6,8-dicarboxylic acid, 2 , 4-dichlorobenzophenone-2 ', 5'-dicarboxylic acid, 1,3-benzenedicarboxylic acid, 2,6-pyridinedicarboxylic acid, 1-methylpyrrolo-3,4-dicarboxylic acid, 1-benzyl-1H-pyrrole-3,4-dicarboxylic acid, anthraquinone -l, 5-dicarboxylic acid, 3, 5-pyrazoldicarboxylic acid, 2-nitrobenzene-1, 4-dicarboxylic acid, heptane-1, 7-dicarboxylic acid, cyclobutane-1, 1-dicarboxylic acid 1, 14-tetradecanedicarboxylic acid, 5,6-dehydronorbornane 2,3-dicarboxylic acid or 5- Ethyl-2,3-pyridinedicarboxylic acid,
Tricarbonsäuren wie etwaTricarboxylic acids such as
2-Hydroxy-l,2,3-propantricarbonsäure, 7-Chlor-2,3,8-chinoIintricarbonsäure, 1,2,4- Benzoltricarbonsäure, 1 ,2,4-Butantricarbonsäure, 2-Phosphono- 1 ,2,4-butantricarbon-säure, 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure, 1 -Hydroxy- 1 ,2,3-Propantricarbonsäure, 4,5-Di-hydro-4,5- dioxo-lH-pyrrolo[2,3-F]chinolin-2,7,9-tricarbonsäure, 5-Acetyl-3-amino-6-me-thylbenzol- 1 ,2,4-tricarbonsäure, 3-Amino-5-benzoyl-6-methylbenzol- 1 ,2,4-tricarbon-säure, 1 ,2,3- Propantricarbonsäure oder Aurintricarbonsäure, oder Tetracarbonsäuren wie etwa2-hydroxy-l, 2,3-propanetricarboxylic acid, 7-chloro-2,3,8-quinoline tricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1, 2,4-butanetricarboxylic acid, 2-phosphono-1, 2,4- butanetricarboxylic acid, 1, 3,5-benzenetricarboxylic acid, 1-hydroxy-1,2,3-propanetricarboxylic acid, 4,5-dihydro-4,5-dioxo-1H-pyrrolo [2,3-F] quinoline 2,7,9-tricarboxylic acid, 5-acetyl-3-amino-6-methylbenzene-1, 2,4-tricarboxylic acid, 3-amino-5-benzoyl-6-methylbenzene-1, 2,4-tricarboxylic acid acid, 1,2,3-propanetricarboxylic acid or aurintricarboxylic acid, or tetracarboxylic acids such as
1 , 1 -Dioxidperylo [1,12-BCD]thiophen-3 ,4,9,10-tetracarbonsäure, Perylentetracarbon-säuren wie Perylen-3,4,9,10-tetracarbonsäure oder Perylen-l,12-sulfon-3, 4, 9,10-tetracarbonsäure, Butantetracarbonsäuren wie 1,2,3,4-Butantetracarbonsäure oder Meso-1,2,3,4- Butantetracarbonsäure, Decan-2,4,6,8-tetracarbonsäure, 1,4,7,10,13,16-1,1-dioxide-per [1,12-BCD] thiophene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid, perylenetetracarboxylic acids such as perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid or perylene-1,15-sulfone-3, 4,9,10-tetracarboxylic acid, butanetetracarboxylic acids such as 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid or meso-1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid, decane-2,4,6,8-tetracarboxylic acid, 1,4,7, 10,13,16-
Hexaoxacyclooctadecan-2,3, 11 , 12-tetracarbonsäure, 1 ,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure,Hexaoxacyclooctadecane-2,3,11,12-tetracarboxylic acid, 1, 2,4,5-benzene tetracarboxylic acid,
1 ,2, 11 , 12-Dodecantetracarbonsäure, 1 ,2,5,6-Hexantetracarbonsäure, 1 ,2,7,8-Octan- tetracarbonsäure, 1 ,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäure, 1 ,2,9, 10-Decantetracarbon-säure, Benzophenontetracarbonsäure, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäure, Tetrahydrofuran- tetracarbonsäure oder Cyclopentantetracarbonsäuren wie Cyclopentan-1,2,3,4- tetracarbonsäure1, 2, 11, 12-dodecantetracarboxylic acid, 1, 2,5,6-hexanetetracarboxylic acid, 1, 2,7,8-octane-tetracarboxylic acid, 1, 4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid, 1, 2, 9, 10 Decantetracarboxylic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, 3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic acid, tetrahydrofuran-tetracarboxylic acid or cyclopentanetetracarboxylic acids such as cyclopentane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid
zu nennen.to call.
Ganz besonders bevorzugt werden gegebenenfalls mindestens einfach substituierte mono-, di-, tri-, tetra- oder höherkernige aromatische Di-, Tri- oder Tetracarbonsäuren eingesetzt, wobei jeder der Kerne mindestens ein Heteroatom enthalten kann, wobei zwei oder mehr Kerne gleiche oder unterschiedliche Heteroatome enthalten kann. Beispielsweise bevorzugt werden monokernige Dicarbonsäuren, monokernige Tricarbonsäuren, monokernige Tetracarbonsäuren, dikernige Dicarbonsäuren, dikernige Tricarbonsäuren, dikernige Tetracarbonsäuren, trikernige Dicarbonsäuren, trikernige Tricarbonsäuren, trikernige Tetracarbonsäuren, tetrakernige Dicarbonsäuren, tetrakernige Tricarbonsäuren und/oder tetrakernige Tetracarbonsäuren. Geeignete Heteroatome sind beispielsweise N, O, S, B, P, Si, AI, be- vorzugte Heteroatome sind hierbei N, S und/oder O. Als geeigneter Substituent ist diesbezüglich unter anderem -OH, eine Nitrogruppe, eine Aminogruppe oder eine Alkyl- oder Alkoxygruppe zu nennen.Very particular preference is given to using at least mono-, di-, tri-, tetra- or higher-nuclear aromatic di-, tri- or tetracarboxylic acids, where each of the cores can contain at least one heteroatom, where two or more nuclei have identical or different heteroatoms may contain. For example, preference is given to monocarboxylic dicarboxylic acids, monocarboxylic tricarboxylic acids, monocarboxylic tetracarboxylic acids, dicercaric dicarboxylic acids, dicercaric tricarboxylic acids, dicercaric tetracarboxylic acids, tricyclic dicarboxylic acids, tricarboxylic tricarboxylic acids, tricarboxylic tetracarboxylic acids, tetracyclic dicarboxylic acids, tetracyclic tricarboxylic acids and / or tetracyclic tetracarboxylic acids. Suitable heteroatoms are, for example, N, O, S, B, P, Si, Al. Preferred heteroatoms here are N, S and / or O. A suitable substituent in this regard is, inter alia, -OH, a nitro group, an amino group or an alkyl to name or alkoxy.
Insbesondere bevorzugt werden als mindestens zweizähnige organische Verbindungen Ace- tylendicarbonsäure (ADC), Benzoldicarbonsäuren, Naphthalindicarbonsäuren, Biphenyldi- carbonsäuren wie beispielsweise 4,4'-Biphenyldicarbonsäure (BPDC), Bipyridindicarbon- säuren wie beispielsweise 2,2'-Bipyridindicarbonsäuren wie beispielsweise 2,2'-Bipyridin-Especially preferred as the at least bidentate organic compounds are acetylenedicarboxylic acid (ADC), benzenedicarboxylic acids, naphthalenedicarboxylic acids, biphenyldicarboxylic acids such as 4,4'-biphenyldicarboxylic acid (BPDC), bipyridine dicarboxylic acids such as 2,2'-bipyridinedicarboxylic acids such as 2,2 '-Bipyridin-
5,5 -dicarbonsäure, Benzoltricarbonsäuren wie beispielsweise 1,2,3-Benzoltricarbonsäure oder 1,3,5-Benzoltricarbonsäure (BTC), Adamantantetracarbonsäure (ATC), Adamantandi- benzoat (ADB) Benzoltribenzoat (BTB), Methantetrabenzoat (MTB), Adamantantetraben- zoat oder Dihydroxyterephthalsäuren wie beispielsweise 2,5-Dihydroxyterephthalsäure5,5-dicarboxylic acid, benzene tricarboxylic acids such as 1,2,3-benzenetricarboxylic acid or 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC), adamantane tetracarboxylic acid (ATC), adamantane dibenzoate (ADB) benzene tribenzoate (BTB), methanetetrabenzoate (MTB), adamantane trenches - zoate or dihydroxyterephthalic acids such as 2,5-dihydroxyterephthalic acid
(DHBDC) eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt werden unter anderem Isophtalsäure, Terephthalsäure, 2,5- Dihydroxyterephthalsäure, 1,2,3-Benzoltricarbonsäure, 1,3,5-Benzoltricarbonsäure oder 2,2 -Bipyridin-5,5'-dicarbonsäure eingesetzt.(DHBDC) used. Isophthalic acid, terephthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 1,2,3-benzenetricarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid or 2,2-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid are very particularly preferably used.
Neben diesen mindestens zweizähnigen organischen Verbindungen kann der MOF auch eine oder mehrere einzähnige Liganden umfassen.In addition to these at least bidentate organic compounds, the MOF may also comprise one or more monodentate ligands.
Geeignete Lösemittel zur Herstellung der MOF sind unter anderem Ethanol, Dimethylfor- mamid, Toluol, Methanol, Chlorbenzol, Diethylformamid, Dimethylsulfoxid, Wasser, Was- serstoffperoxid, Methylamin, Natronlauge, N-Methylpolidonether, Acetonitril, Benzylchlo- rid, Triethylamin, Ethylenglykol und Gemische hiervon. Weitere Metallionen, mindestens zweizähnige organische Verbindungen und Lösemittel für die Herstellung von MOF sind unter anderem in US-A 5,648,508 oder DE-A 101 11 230 beschrieben.Suitable solvents for the preparation of the MOF include ethanol, dimethylformamide, toluene, methanol, chlorobenzene, diethylformamide, dimethyl sulfoxide, water, hydrogen peroxide, methylamine, sodium hydroxide, N-methylpolidone ether, acetonitrile, benzyl chloride, triethylamine, ethylene glycol and mixtures hereof. Further metal ions, at least bidentate organic compounds and solvents for the preparation of MOF are described inter alia in US Pat. No. 5,648,508 or DE-A 101 11 230.
Die Porengröße des MOF kann durch Wahl des geeigneten Liganden und/oder der mindestens zweizähnigen organischen Verbindung gesteuert werden. Allgemein gilt, dass je größer die organische Verbindung desto größer die Porengröße ist. Vorzugsweise beträgt die Porengröße von 0,2 nm bis 30 nm, besonders bevorzugt liegt die Porengröße im Bereich von 0,3 nm bis 3 nm bezogen auf das kristalline Material.The pore size of the MOF can be controlled by choice of the appropriate ligand and / or the at least bidentate organic compound. Generally, the larger the organic compound, the larger the pore size. The pore size is preferably from 0.2 nm to 30 nm, more preferably the pore size is in the range from 0.3 nm to 3 nm, based on the crystalline material.
In einem MOF-Formkörper treten jedoch auch größere Poren auf, deren Größenverteilung variieren kann. Vorzugsweise wird jedoch mehr als 50 % des gesamten Porenvolumens, insbesondere mehr als 75 %, von Poren mit einem Porendurchmesser von bis zu 1000 nm gebildet. Vorzugsweise wird jedoch ein Großteil des Porenvolumens von Poren aus zwei Durchmesserbereichen gebildet. Es ist daher weiter bevorzugt, wenn mehr als 25 % des gesamten Porenvolumens, insbesondere mehr als 50 % des gesamten Porenvolumens von Poren gebildet wird, die in einem Durchmesserbereich von 100 nm bis 800 nm liegen und wenn mehr als 15 % des gesamten Porenvolumens, insbesondere mehr als 25 % des gesamten Porenvolumens von Poren gebildet wird, die in einem Durchmesserbereich von bis zu 10 nm liegen. Die Porenverteilung kann mittels Quecksilber-Porosimetrie bestimmt werden.In a MOF shaped body, however, larger pores also occur whose size distribution can vary. Preferably, however, more than 50% of the total pore volume, in particular more than 75%, of pores having a pore diameter of up to 1000 nm is formed. Preferably, however, a majority of the pore volume is formed by pores of two diameter ranges. It is therefore further preferred if more than 25% of the total pore volume, in particular more than 50% of the total pore volume, is formed by pores which are in a diameter range of 100 nm to 800 nm and if more than 15% of the total pore volume, in particular more than 25% of the total pore volume is formed by pores in a diameter range of up to 10 nm. The pore distribution can be determined by means of mercury porosimetry.
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist die Desorption von Benzol an einem 1. Metal Organic Framework, wie zum Beispiel Cu-Benzoltricarbonsäure, aufgetragen über die Desorptions- zeit und bei Aufprägung eines Temperaturgradienten zu entnehmen.The illustration according to FIG. 1 shows the desorption of benzene on a first metal organic framework, such as, for example, cu-benzenetricarboxylic acid, plotted over the desorption time and upon impressing a temperature gradient.
Figur 1 zeigt eine mit Bezugszeichen 10 bezeichnete Desorptionszeit aufgetragen in Minuten. Mit Bezugszeichen 20 ist die Temperaturskala in 0C bezeichnet. Nach einer Zeit von t = ti wird ein stetig steigender Temperaturgradient, bis zum Erreichen einer Maximaltempera- tur von T = 2500C erzeugt. Mit Bezugszeichen 30 ist ein Desorptionsverlauf für Benzol bezeichnet, der nach einer Zeit von t = t2 Desorptionszeit ein ausgeprägtes Maximum 32 erreicht und danach auch bei steigender Temperatur wieder fällt. Entsprechend des in Figur 1 dargestellten Desorptionsverlaufes 30 für Benzol wird dieses bei Aufprägung des in Figur 1 dargestellten Temperaturgradienten nach einer Desorptionszeit von etwa t3 zum größten Teil aus dem im Gasspeicher vorhandenen Sorptionsmaterial desorbiert.FIG. 1 shows a desorption time, designated by reference numeral 10, in minutes. Reference numeral 20 denotes the temperature scale at 0 C. After a time of t = ti, a steadily rising temperature gradient is reached until a maximum temperature is reached. generated by T = 250 0 C. Reference numeral 30 denotes a desorption curve for benzene, which reaches a pronounced maximum 32 after a time of t = t 2 desorption time and then drops again as the temperature rises. According to the Desorptionsverlaufes 30 for benzene shown in Figure 1 this is desorbed by impressing the temperature gradient shown in Figure 1 after a desorption of about t 3 for the most part from the present in the gas storage sorbent material.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist ein Desorptionsverlauf von Benzol an einem 2. Metal Organic Framework, aufgetragen über die Desorptionszeit und die Temperatur zu entneh- men.The illustration according to FIG. 2 shows a desorption curve of benzene on a second metal organic framework, plotted over the desorption time and the temperature.
Analog zur Darstellung gemäß Figur 1 ist mit Bezugszeichen 10 die Desorptionszeit bezeichnet, während Bezugszeichen 20 die Temperaturskala bezeichnet. Bezugszeichen 30 kennzeichnet den Desorptionsverlauf 30 von Benzol, der sich gemäß der Darstellung in Fi- gur 2 durch ein ausgeprägtes erstes Maximum 34 nach einer Desorptionszeit t = t4 und durch ein weiteres, zweites Maximum 36 nach einer Desorptionszeit von t = t5 näher charakterisieren lässt. Das zweite Maximum 36, welches in Figur 2 dargestellt ist, findet seine Ursache in einem Kondensationsprozess, der zum Beispiel durch eine Überdosierung hervorgerufen sein kann.Analogously to the representation according to FIG. 1, reference numeral 10 denotes the desorption time, while reference numeral 20 denotes the temperature scale. Reference numeral 30 denotes the desorption curve 30 of benzene which, as shown in FIG. 2, is further characterized by a pronounced first maximum 34 after a desorption time t = t 4 and by a further, second maximum 36 after a desorption time of t = t 5 leaves. The second maximum 36, which is shown in FIG. 2, finds its cause in a condensation process, which can be caused, for example, by an overdose.
Auch in der Darstellung gemäß Figur 2 wird nach einer Desorptionszeit von t = t6 ein Temperaturgradient angelegt, dessen Maximum durch eine Temperatur von T = 3000C gegeben ist. Der aus Figur 2 dargestellte Temperaturgradient weist einen stetig verlaufenden Anstieg auf.Also in the illustration according to FIG. 2, after a desorption time of t = t 6, a temperature gradient is applied whose maximum is given by a temperature of T = 300 ° C. The temperature gradient shown in FIG. 2 has a steadily increasing slope.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist die Desorption von Oktan an einem 1. Metal Organic Framework zu entnehmen. Auch gemäß der Darstellung in Figur 3 wird dem Desorptions- material ein Temperaturgradient aufgeprägt. Nach einer Desorptionszeit von t = t6 steigt die Temperatur stetig auf eine Maximaltemperatur von T = 2500C an. Der Desorptionsverlauf 30 gemäß der Darstellung in Figur 3 ist durch ein Maximum 38 für die Oktandesorption vom 1. Metal Organic Framework gekennzeichnet, was sich nach einer Desorptionszeit t = t5 einstellt. Danach verläuft der Desorptionsverlauf 30 stark fallend.The illustration according to FIG. 3 shows the desorption of octane on a first metal organic framework. Also, as shown in FIG. 3, a temperature gradient is impressed on the desorption material. After a desorption time of t = t 6 , the temperature rises steadily to a maximum temperature of T = 250 0 C. The desorption curve 30 according to the illustration in FIG. 3 is characterized by a maximum 38 for the octane sorption of the 1st metal organic framework, which occurs after a desorption time t = t 5 . Thereafter, the Desorptionsverlauf 30 is falling sharply.
Figur 4 schließlich zeigt den Desorptionsverlauf von Oktan an einem 2. Metal Organic Fra- mework, aufgetragen über die Desorptionszeit und die Temperatur.Finally, FIG. 4 shows the desorption course of octane on a second metal organic framework, plotted over the desorption time and the temperature.
Aus der Darstellung gemäß Figur 4 lässt sich entnehmen, dass der Desorptionsverlauf 30 von Oktan aus dem eingesetzten 2. Metal Organic Framework sein Maximum 40 nach einer Desorptionszeit von t = t7 erreicht. Danach nimmt der Desorptionsverlauf 30 einen stark fallenden Verlauf an, obwohl die Temperatur weiter stetig ansteigt. Der in Figur 4 aufgeprägte Temperaturgradient steigt ab einer Desorptionszeit von t = t8 von einer Temperatur von T = 300C auf eine Maximaltemperatur von T = 2500C an.From the illustration according to FIG. 4, it can be seen that the desorption curve 30 of octane from the second metal organic framework used has its maximum 40 after one Desorption time of t = t 7 reached. Thereafter, the desorption curve 30 assumes a strongly decreasing course, although the temperature continues to rise steadily. The temperature gradient impressed in FIG. 4 rises from a desorption time of t = t 8 from a temperature of T = 30 ° C. to a maximum temperature of T = 250 ° C.
Anhand der Darstellung von Figur 5 wird der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Regelung der Gasreinheit eines Gasspeichers detaillierter beschrieben.Based on the representation of Figure 5, the basic structure of a device for controlling the gas purity of a gas storage is described in more detail.
Aus der Darstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass einem Gasspeicher 41 ein Filter 46 vorgeschaltet ist. Der Filter 46 kann als Aktivkohlefilter, als Kühlfalle oder mit einer auswechselbaren Filterpatrone ausgestattet sein. Ist die Filterwirkung der im Filter 46 eingesetzten Filterpatrone erschöpft, kann diese einfach ausgewechselt werden. Anstelle eines mit einer auswechselbaren Austauschpatrone versehenen Filters 46, kann auch ein Doppelfilter eingesetzt werden, wobei jeweils ein Filterelement des Doppelfilters benutzt wird und dass jeweils andere, beispielsweise über eine optionale Heizeinrichtung 48 regeneriert werden kann. Auch könnte die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine, so zum Beispiel über deren erwärmtes Kühlmedium zur Beheizung des Filters 46 oder zur Regeneration eines nicht benutzten Teiles, eines als Doppelfilter ausgebildeten Filters 46 eingesetzt werden. Ferner wird durch das erwärmte Kühlmedium der Verbrennungskraftmaschine ein Aushei- zen des benutzten Teiles eines als Doppelfilter ausgebildeten Filters 46 vorgenommen werden. Ist eine ausreichende Regeneration durch Heizen allein nicht möglich, kann beim Aufheizen eine Rückspülung vorgenommen werden. Als Filtermaterialien kommen neben der bereits erwähnten Aktivkohle auch Zeolithe oder Metal Organic Framework wie zum Beispiel MOF's in Frage. Als Filtermaterial kann im Filter 46 neben dem Sorptionsmaterial auch anderes geeignetes Filtermaterial eingesetzt werden, so zum Beispiel Metalloxid (A- 102) und Molsiebe. Die Verwendung von Sorptionsmaterial 82 ist nicht zwingend erforderlich.The illustration according to FIG. 5 shows that a filter 46 is preceded by a filter 46. The filter 46 may be equipped as an activated carbon filter, as a cold trap or with a replaceable filter cartridge. If the filter effect of the filter cartridge used in the filter 46 exhausted, this can be easily replaced. Instead of a filter 46 provided with an exchangeable replacement cartridge, it is also possible to use a double filter, wherein one filter element of the double filter is used in each case and that in each case another can be regenerated, for example via an optional heating device 48. The waste heat of the internal combustion engine, for example via its heated cooling medium for heating the filter 46 or for regeneration of an unused part, of a filter 46 designed as a double filter could also be used. Furthermore, the heated cooling medium of the internal combustion engine heats up the used part of a filter 46 in the form of a double filter. If adequate regeneration by heating alone is not possible, backwashing can be carried out during heating. As filter materials in addition to the already mentioned activated carbon and zeolites or metal organic framework such as MOF's in question. As filter material, other suitable filter material can be used in the filter 46 in addition to the sorption material, such as metal oxide (A-102) and molecular sieves. The use of sorbent material 82 is not mandatory.
Dem Filter 46 ist ein erstes Absperrventil 44 vorgeschaltet; mit Bezugszeichen 42 ist eine tankstellenseitige Zuleitung oder ein Anschluss für einen stationären Gasspeicher 41 bezeichnet. Zwischen dem Filter 46 und dem Gasspeicher 41 befindet sich ein erster Gasgütesensor 52 sowie ein zweites, dem Gasspeicher 41 vorgeschaltetes zweites Absperrventil 54. Im Gasspeicher 41 befindet sich ein Sorptionsmaterial 82, bei dem es sich bevorzugt um ein Metal Organic Framework (MOF) handelt. Der Gasspeicher 41 wird über ein Gasentnah- meventil 56 entleert. Vom optional mit einer Heizeinrichtung 48 versehbaren Filter 46 erstreckt sich eine Leitung zum Austreiben höhermolekularer Kohlenwasserstoffdämpfe CxH5, zu einem Dosierventil 50, welches hinter dem Gasentnahmeventil 56 und vor einem zweiten Gasgütesensor 48 in eine Verbraucherleitung 80 mündet. Die Verbraucherleitung 80 kann sich zum Beispiel bei mobilen Anwendungen zu einer mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges erstrecken.The filter 46 is connected upstream of a first shut-off valve 44; The reference numeral 42 designates a gas station-side supply or a connection for a stationary gas storage 41. Between the filter 46 and the gas reservoir 41 there is a first gas quality sensor 52 and a second, the gas reservoir 41 upstream second shut-off valve 54. In the gas storage 41 is a sorbent material 82, which is preferably a Metal Organic Framework (MOF). The gas reservoir 41 is emptied via a gas extraction valve 56. From optionally provided with a heater 48 filter 46 extends a line for expelling high molecular hydrocarbon vapors C x H 5 , to a metering valve 50, which opens behind the gas sampling valve 56 and a second gas quality sensor 48 in a consumer line 80. The consumer line 80 can For example, in mobile applications to a gaseous fuel operated internal combustion engine of a motor vehicle extend.
Bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsvariante der Verschaltung des Gasspeichers 41, kann das dem Gasspeicher 41 nachgeschaltete Gasentnahmeventil 56 entfallen. Dazu sind das 2. Absperrventil 54 und das Dosierventil 60 als 3/2-Wege- Ventil ausgeführt, die über die Leitung 50 direkt miteinander verbunden sind.In the embodiment variant of the interconnection of the gas accumulator 41 shown in FIG. 6, the gas evacuation valve 56 connected downstream of the gas accumulator 41 can be dispensed with. For this purpose, the second shut-off valve 54 and the metering valve 60 are designed as a 3/2-way valve, which are connected via line 50 directly to each other.
Das Zusammenspiel der dargestellten Ventile 44, 54, 56 und 60 kann durch ein Steuerge- rät 78 koordiniert werden. Zum Steuergerät 78 erstreckt sich eine Signalleitung 64 vom zweiten Gasgütesensor 58 aus. Ferner erstreckt sich eine Signalleitung 70 zum Steuergerät 78 vom ersten Gasgütesensor 52 aus. Vom Steuergerät 78 erstreckt sich eine Ansteuerleitung 66 zum Gasentnahmeventil 56, eine Ansteuerleitung 62 zum Dosierventil sowie jeweils eine Ansteuerleitung 68 und 74 zum zweiten Absperrventil 54 bzw. zum ersten Ab- Sperrventil 44, welches dem Filter 46 vorgeschaltet ist. Des Weiteren erstreckt sich eine Ansteuerleitung 76 zur Anschlussstelle einer Betankungseinheit. Über die Ansteuerleitung 76 lässt sich optional auch eine Kommunikation, d.h. ein Datenaustausch zwischen dem Steuergerät 78 und der Tankstelle herstellen. Über die Ansteuerleitung 76 kann zum Beispiel ein Signal zum Abschalten des Tankvorgangs übermittelt werden, wenn der Tank vollständig befüllt ist. Des Weiteren kann über die Ansteuerleitung 76 ein Signal übermittelt werden, welches die Notwendigkeit eines Filterwechsels im Filter 46 anzeigt sowie ein Signal, welches ein Schließen eines Ventils initiiert.The interaction of the illustrated valves 44, 54, 56 and 60 can be coordinated by a control unit 78. To the control unit 78, a signal line 64 extends from the second gas quality sensor 58. Furthermore, a signal line 70 extends to the control unit 78 from the first gas quality sensor 52. From the control unit 78, a control line 66 extends to the gas sampling valve 56, a control line 62 to the metering and each a control line 68 and 74 to the second shut-off valve 54 and the first shut-off valve 44, which is upstream of the filter 46. Furthermore, a drive line 76 extends to the connection point of a refueling unit. Optionally, communication, i. E. establish a data exchange between the control unit 78 and the gas station. For example, a signal for switching off the refueling process can be transmitted via the control line 76 when the tank is completely filled. Furthermore, a signal can be transmitted via the control line 76, which indicates the need for a filter change in the filter 46 and a signal which initiates a closing of a valve.
Durch das in Figur 5 dargestellte Schaltschema einer Vorrichtung zur Gasgüteregelung für ein Gasspeicher 41, strömt Gas von der tankstellenseitigen Zuleitung 42 dem ersten Absperrventil 44 zu. Ist dieses geöffnet, gelangt das Gas zum Filter 46 und über ein gegebenenfalls geöffnetes zweites Absperrventil 54 in den Gasspeicher 41. Das Gas wird vor dem Einlass in den Gasspeicher 41 zur Überprüfung der Filtereffektivität des Filters 46 mittels des ersten Gasgütesensors 52 auf störende Verunreinigungen hin analysiert. Der Gasgüte- grad, der über den ersten Gasgütesensor 52 ermittelt wird, wird über die Signalleitung 70 an das Steuergerät 78 übertragen. Ist die Filterwirkung des Filters 46 nicht ausreichend, beispielsweise weil eine Filterpatrone vollständig mit Verunreinigungen beladen ist, werden über die Ansteuerleitungen 68 bzw. 74 sowohl das erste Absperrventil 44 als auch das zweite Absperrventil 54 vor dem Gasspeicher 41 geschlossen. Dadurch ist gewährleistet, dass nur solches Gas in den Gasspeicher 41 gelangt, welches einen vorgebbaren Gasgütegrad aufweist. Der Filter 46 kann mittels einer dem Filter 46 optional zugeordneten Heizeinrichtung 48 regeneriert werden. Um zu verhindern, dass die im Filter 46 zurückgehaltenen brennbaren Gase, bei denen es sich in der Regel um höhermolekulare Kohlenwasserstoffe CxH5, handelt, für die Verbrennung beispielsweise in einer Verbrennungskraftmaschine verloren gehen, können die im Filter 46 zurückgehaltenen höhermolekularen Gase im Betrieb über die Leitung 50 zum Dosierventil 60 geleitet werden. Zum Austreiben der höhermolekularen Kohlenwasserstoffe CxHy wird das Filter 46 über die Heizeinrichtung 48 beheizt, oder ügber das Kühlmedium mit dem die Verbrennungskraftmaschine gekühlt wird. Die Zufuhr von erwärmtem Kühlmedium zur Heizeinrichtung 48 kann über ein Thermostat gesteuert werden. Es können auch mehrere Filter 46 hintereinander oder parallel zueinander angeordnet sein, die vom gasförmigen Kraftstoff durchströmt werden. Des Weiteren können bei als Doppelfilter ausgebildeten Filtern 46 deren Filterteile jeweils abwechselnd durchströmt werden, wobei das jeweils nicht benutzte Filterteil im Rahmen eines Heizvorgangs durch eine separate Heizeinrichtung 48 oder das erwärmte Kühlmedium der Verbrennungskraftmaschine re- generierbar ist.By the circuit diagram shown in Figure 5 of a device for Gasgüteregelung for a gas storage 41, gas flows from the filling station side supply line 42 to the first shut-off valve 44. If this is open, the gas passes to the filter 46 and an optionally opened second shut-off valve 54 in the gas storage 41. The gas is analyzed before the inlet into the gas reservoir 41 for checking the filter efficiency of the filter 46 by means of the first gas quality sensor 52 for interfering impurities out , The gas quality level, which is determined via the first gas quality sensor 52, is transmitted via the signal line 70 to the control unit 78. If the filter effect of the filter 46 is not sufficient, for example because a filter cartridge is completely loaded with contaminants, both the first shut-off valve 44 and the second shut-off valve 54 in front of the gas reservoir 41 are closed via the control lines 68 and 74. This ensures that only such gas enters the gas reservoir 41, which has a predefinable gas quality. The filter 46 can be regenerated by means of a heater 46 optionally assigned to the filter 46. In order to prevent the combustible gases retained in the filter 46, which as a rule are relatively high molecular weight hydrocarbons C x H 5 , from being lost for combustion, for example in an internal combustion engine, the high molecular weight gases retained in the filter 46 can operate be passed via the line 50 to the metering valve 60. To expel the higher molecular weight hydrocarbons C x H y , the filter 46 is heated by the heater 48, or ügber the cooling medium with which the internal combustion engine is cooled. The supply of heated cooling medium to the heater 48 can be controlled via a thermostat. It is also possible for a plurality of filters 46 to be arranged one behind the other or parallel to one another, through which the gaseous fuel flows. Furthermore, in the case of filters formed as double filters, their filter parts can in each case be flowed through alternately, wherein the respective unused filter part can be regenerated within the scope of a heating process by a separate heating device 48 or the heated cooling medium of the internal combustion engine.
In diesem Falle sind sowohl das erste Absperrventil 44 vor dem Filter 46 als auch das zweite Absperrventil 54 vor dem Gasspeicher 41 geschlossen. Hinter dem Dosierventil 60 werden die Dämpfe höhermolekularer Kohlenwasserstoffe CxH5, in die Verbrauchsleitung 80 einge- speist. Zur Detektion der Gasgüte vor dem Verbraucher, d.h. in der Verbraucherleitung 80, kann ein Brennwert- bzw. Heizwertsensor zur Regelung des Brennwertes eingesetzt werden als auch ein Surface-Acoustic-Wave-Sensor als zweiter Gasgütesensor 58 eingesetzt werden.In this case, both the first shut-off valve 44 in front of the filter 46 and the second shut-off valve 54 in front of the gas reservoir 41 are closed. Behind the metering valve 60, the vapors of relatively high molecular weight hydrocarbons C x H 5 are fed into the consumption line 80. For detecting the gas quality in front of the consumer, ie in the consumer line 80, a calorific value or calorific value sensor can be used to control the calorific value and a surface acoustic wave sensor can be used as the second gas quality sensor 58.
Mittels des zweiten Gassensors 58 kann je nach Ausführungsart des Sensors eine Massenbelegung der Sensoroberfläche mit höhermolekularen Kohlenwasserstoffen CxH5, detektiert werden.By means of the second gas sensor 58, depending on the embodiment of the sensor, a mass occupation of the sensor surface with relatively high molecular weight hydrocarbons C x H 5 can be detected.
Während des Ausheizvorgangs des Filters 46 kann zur Regelung der Gasgüte während des Betriebs ein weiterer Gasgütesensor 58 vor dem Verbraucher erforderlich sein. Bei dem weiteren, zweiten Gasgütesensor 58 kann es sich sowohl um einen Heizwertsensor als auch um einen Brennwertsensor oder um den bereits erwähnten Surface-Acoustic-Wave-Sensor handeln.During the Ausheizvorgangs the filter 46 may be required to control the gas quality during operation, a further gas quality sensor 58 in front of the consumer. The further, second gas quality sensor 58 can be both a calorific value sensor and a calorific value sensor or the aforementioned surface acoustic wave sensor.
Durch das Ausheizen des Filtermaterials des Filters 46, wobei es sich bei diesem Material um Aktivkohle Zeolithe oder auch ein Sorptionsmaterial 82 wie zum Beispiel das 1. MOF oder das 2. MOF handeln kann und das zweite Absperrventil 54 wird verhindert, dass im gasförmigen Kraftstoff enthaltene Verunreinigungen Speicherplätze für einen gasförmigen Kraftstoff wie zum Beispiel CH4 am Sorptionsmaterial 82 im Inneren des Gasspeichers 41 besetzen, d.h. dessen Speicherkapazität über die Betriebszeit des Gasspeichers 41 gesehen, stetig sinkt. Andererseits wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erreicht, dass im Filter 46 zurückgehaltene höhermolekulare Kohlenwasserstoffe CxH5, trotzdem der Verwertung in einem Verbraucher durch Einspeisung über das Dosierventil 60 in die Verbraucherleitung 80 einer Verwertung kontrolliert zugänglich gemacht werden, zum Beispiel für den Fall, dass die Verbrennungskraftmaschine eines mit gasförmigem Kraftstoff betriebenen Fahrzeugs warmgelaufen ist.By heating the filter material of the filter 46, which material may be activated carbon zeolites or also a sorbent material 82 such as the first MOF or the second MOF, and the second shut-off valve 54 is prevented from being contained in the gaseous fuel Impurities storage places for a gaseous Occupy fuel such as CH 4 on the sorbent material 82 in the interior of the gas storage 41, ie, the storage capacity seen over the operating time of the gas storage 41, steadily decreases. On the other hand, it is achieved by the solution proposed by the invention that the high molecular hydrocarbons C x H 5 retained in the filter 46 are nevertheless made accessible for recycling in a consumer by feeding them via the metering valve 60 into the consumer line 80, for example in the event the internal combustion engine of a gaseous fuel vehicle has warmed up.
Während die vorstehenden Ausführungen für einen Gasspeicher 41 gemacht wurden, der zum Beispiel als Tank in einem Kraftfahrzeug zur Aufnahme von gasförmigem Kraftstoff dient, gelten diese Ausführungen in gleicher Weise für einen Gasspeicher 41 für stationäre Anwendungen. Der Gasspeicher 41, der im in Rede stehenden Zusammenhang mit einem Sorptionsmaterial 82 wie zum Beispiel Cu-MOF oder Zn-MOF versehen ist, kann zum Bei- spiel auch als Vorratsspeicher für gasförmigen Kraftstoff an einer Tankstelle dienen oder auch als Gasvorratsspeicher für industrielle Applikationen eingesetzt werden. While the foregoing has been made for a gas storage 41 serving, for example, as a tank in a motor vehicle for receiving gaseous fuel, these embodiments apply equally to a gas storage 41 for stationary applications. The gas storage 41, which is provided in the context in question with a sorbent 82 such as Cu-MOF or Zn-MOF, for example, can serve as a storage for gaseous fuel at a gas station or used as a gas storage tank for industrial applications become.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Regelung der Gasreinheit eines Gases, insbesondere gasförmigen Kraftstoffes für Verbrennungskraftmaschinen, beim Befallen eines Gasspeichers (41), in dem ein Sorptionsmaterial (82) aufgenommen ist, mit nachfolgenden Verfahrensschritten:1. A method for controlling the gas purity of a gas, in particular gaseous fuel for internal combustion engines, upon infesting a gas reservoir (41), in which a sorption material (82) is received, with the following method steps:
a) dem Ermitteln der Qualität eines gasförmigen Kraftstoffes mit einem ersten Gasgütesensor (52),a) determining the quality of a gaseous fuel with a first gas quality sensor (52),
b) dem Schließen eines dem Gasspeicher (41) vorgeschalteten Absperrventilesb) the closing of a gas storage (41) upstream of the shut-off valve
(54), abhängig von der ermittelten Qualität des gasförmigen Kraftstoffes und(54), depending on the determined quality of the gaseous fuel and
c) dem Austreiben höhermolekularer Kohlenwasserstoffe CxH5, aus dem gasförmigen Kraftstoff und deren Zuführung zum Verbraucher.c) the expulsion of high molecular weight hydrocarbons C x H 5 , from the gaseous fuel and their supply to the consumer.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt a) abhängig von der Qualität des gasförmigen Kraftstoffes, ein dem Filter (46) vorgeschaltetes Absperrventil (44) geschlossen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that according to step a) depending on the quality of the gaseous fuel, a filter (46) upstream shut-off valve (44) is closed.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt c) bei geschlossenen Absperrventilen (44, 56) vorgenommen wird.3. The method according to claim 1, characterized in that method step c) is carried out with closed shut-off valves (44, 56).
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Austreiben höhermolekularer Kohlenwasserstoffe CxH5, über eine Beheizung des Filters 46 mit einem er- wärmten Kühlmedium der Verbrennungskraftmaschine erfolgt.4. The method according to claim 1, characterized in that the expulsion of relatively high molecular weight hydrocarbons C x H 5 , takes place via a heating of the filter 46 with a heated cooling medium of the internal combustion engine.
5. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt c) das Ein- und Ausschalten einer Heizeinrichtung (48) oder ein geregelter Betrieb einer Heizeinrichtung (48) erfolgt.5. The method according to claims 1 and 3, characterized in that in step c) the switching on and off of a heating device (48) or a controlled operation of a heating device (48).
6. Vorrichtung zur Regelung der Gasreinheit beim Befallen eines Gasspeichers (41), in dem ein Sorptionsmaterial (82) aufgenommen ist und dem Gasspeicher (41) ein beheizbarer Filter (46), zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Filter (46) zurückgehaltene brennbare Gase unter Umgehung des Gasspeichers (40) in eine Verbraucherlei- tung (80) eingespeist werden. 6. A device for controlling the gas purity when attacking a gas reservoir (41) in which a sorption material (82) is received and the gas reservoir (41) is associated with a heatable filter (46), characterized in that retained in the filter (46) flammable gases are fed into a consumer line (80) bypassing the gas reservoir (40).
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Filter (46) ein erstes Absperrventil (44) und dem Gasspeicher (41) ein zweites Absperrventil (54) vorgeschaltet ist.7. The device according to claim 6, characterized in that the filter (46) has a first shut-off valve (44) and the gas reservoir (41) is preceded by a second shut-off valve (54).
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Absperrventil (44) ein erster Gasgütesensor (52) nachgeschaltet ist, der über eine Signalleitung (70) mit einem Steuergerät (48) verbunden ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the first shut-off valve (44) a first gas quality sensor (52) is connected downstream, which is connected via a signal line (70) with a control unit (48).
9. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Behei- zung des Filters (46) abhängig vom Signal des Gasgütesensors (52) erfolgt und bei Beheizung des Filters (46) das erste und das zweite Absperrventil (44, 54) geschlossen werden und ein Dosierventil (60) geöffnet wird.9. The device according to claims 7 and 8, characterized in that a heating of the filter (46) depending on the signal of the gas quality sensor (52) takes place and upon heating of the filter (46), the first and the second shut-off valve (44, 54 ) are closed and a metering valve (60) is opened.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (46) eine aus- tauschbare Filterpatrone umfasst oder als Doppelfilter ausgeführt ist.10. The device according to claim 6, characterized in that the filter (46) comprises an exchangeable filter cartridge or is designed as a double filter.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Filtermaterial Aktivkohle, Zeolithe, Metalloxide wie AIO2 oder Metal-Organic-Framework (MOF) eingesetzt werden.11. The device according to claim 6, characterized in that activated carbon, zeolites, metal oxides such as AIO2 or metal-organic framework (MOF) are used as the filter material.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbraucherleitung (80) ein einem Gasentnahmeventil (56) des Gasspeichers (41) und dem Dosierventil (60) nachgeschalteter zweiter Gasgütesensor (58) angeordnet ist.12. The device according to claim 6, characterized in that in the consumer line (80) is arranged a gas sampling valve (56) of the gas reservoir (41) and the metering valve (60) downstream second Gasgütesensor (58).
13. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Gasgütesensor (52, 58) als Brennwert- oder Heizwertsensor oder als Surface-Akustik-Wave-Sensor ausgeführt ist.13. Device according to claims 8 or 12, characterized in that the first and / or second gas quality sensor (52, 58) is designed as a calorific value or calorific value sensor or as a surface acoustic wave sensor.
14. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem oder mehrere der Ansprüche 6 bis 13 zur Regelung der Gasreinheit beim Befallen eines Gasspeichers (41), der ein Sorptionsmaterial (82) enthält für mobile Anwendungen in einem Kraftfahrzeug, für Gastankstellen oder für Gaskessel im industriellen Einsatz. 14. Use of the device according to one or more of claims 6 to 13 for controlling the gas purity when infested a gas storage (41) containing a sorbent material (82) for mobile applications in a motor vehicle, for gas filling stations or gas boiler in industrial use.
PCT/EP2007/053730 2006-05-04 2007-04-17 Device for controlling gas purity for a gas reservoir WO2007128656A1 (en)

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