Способ хранения природного газа при помощи адсорбции и адсорбирующее вещество для использования в способе

Способ хранения природного газа при помощи адсорбции и адсорбирующее вещество для использования в способе

Реферат

 

Способ хранения природного газа включает разделение природного газа на компонент с низким числом атомов углерода, содержащий в основном метан и этан, и компонент с высоким числом атомов углерода, содержащий в основном пропан, бутан и т.п. Компонент с низким числом атомов углерода хранят посредством адсорбирования в первом адсорбционном резервуаре. Компонент с высоким числом атомов углерода хранят посредством адсорбирования во втором адсорбционном резервуаре. В других вариантах изобретения в качестве адсорбента используют активированный уголь, подвергнутый обработке понижением давления при высокотемпературной обработке или промытый органическим растворителем и затем прокаленный в инертной или водородной среде в ходе активирующей обработки. Перед адсорбированием природного газа адсорбируют нормальный парафин. В другом варианте из природного газа отделяют/удаляют парафин с боковой цепью. В следующем варианте природный газ разделяют на компонент, не содержащий парафин с боковой цепью, и компонент, содержащий парафин с боковой цепью, адсорбируют первый компонент, а затем второй. В адсорбенте для использования при адсорбировании и хранении природного газа пик распределения диаметра пор составляет от 12 до 35 ангстрем. Использование изобретения позволит обеспечить высокую плотность хранения природного газа. 8 с. и 8 з.п.ф-лы, 16 ил., 9 табл.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу хранения природного газа и к усовершенствованному адсорбенту для использования в этом способе.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ хранения природного газа, который включает заполнение контейнера адсорбентом, таким как активированный уголь, цеолит или гель кремниевой кислоты, и затем адсорбирование и хранение природного газа или подобного вещества в контейнере предлагался для хранения большого количества горючего газа, такого как природный газ, при относительно низком давлении.

Например, в опубликованной заявке на патент Японии №258961/1986 описано применение такого способа хранения для использования в автомобилях.

Однако в таком известном способе хранения природного газа посредством использования адсорбента, хотя может адсорбироваться большое количество газа, когда хранят чистый метан, то когда адсорбируют и хранят такой природный газ, как Японский коммунальный газ 13А (основным компонентом которого является метан и который также содержит дополнительные углеводороды, такие как этан, пропан, бутан), плотность хранения (V/V₀) заметно понижается. Представляется, что это явление возникает из-за того, что компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан, содержащиеся в природном газе, сжижаются в порах адсорбента и закупоривают эти поры, таким образом препятствуя адсорбции метана.

В примере, показанном на фиг.15, компоненты природного газа входят в поры 52 в адсорбенте 50, таком как активированный уголь, и адсорбируются. Предполагается, что диаметр поры постепенно уменьшается в направлении внутрь, но когда большие молекулы 54, являющиеся углеводородами с большими диаметрами частиц, такими как пропан, бутан и им подобные, входят внутрь малых молекул 56 метана или этана, большие молекулы 54 застревают в середине поры 52, где трудно десорбировать эти захваченные большие молекулы 54. Из-за того что большие молекулы 54 пропана, бутана и подобных веществ имеют меньшие молекулярные скорости и более сильное сродство к стенке адсорбента 50, большие молекулы 54 труднее десорбируются, чем малые молекулы 56 метана или этана. В дополнение к этому давление в поре 52 уменьшается до адсорбции природного газа, и, если внутреннее пространство поры 52 закупорено большими молекулами 54, разность давлений между внутренним пространством поры 52 и снаружи от нее препятствует десорбции больших молекул 54. В таком случае, когда внутреннее пространство поры 52 закупорено большими молекулами 54, образуется пространство в конце поры 52, поскольку большие молекулы 54 не могут продвигаться во внутреннюю часть поры 52. Поскольку молекулы компонентов природного газа не адсорбируются в этом пустом пространстве, эффективный объем поры 52 уменьшается и, таким образом, уменьшается количество газа, который может адсорбироваться адсорбентом 50.

Это уменьшение становится особенно заметным при повторении адсорбции/десорбции природного газа, поскольку дополнительные большие молекулы 54 закупоривают поры 52 каждый раз при повторении адсорбции/десорбции природного газа.

Таким образом, описанный выше известный способ адсорбционного хранения вызывает значительную проблему, затрудняющую его практическое использование.

Активированный уголь широко используется в качестве адсорбента для адсорбции и хранения природного газа. В опубликованной заявке на патент Японии №55067/1994 описан усовершенствованный способ адсорбции и хранения природного газа в активированном угле.

Известно, что уменьшение диаметра пор эффективно для понижения потенциала природного газа, адсорбируемого в порах адсорбента, такого как активированный уголь, и для стабилизации, таким образом, адсорбции и хранения. Таким образом, широко используется активированный уголь с минимальным доступным диаметром пор. Согласно указанному выше уровню техники, раскрыт активированный уголь с диаметром пор в пределах 5-25 ангстрем, и также упоминается, что предпочтителен диаметр пор, который приблизительно в два раза больше диаметра молекулы метана, то есть около 11,6 ангстрем.

Когда диаметр пор уменьшен, как у описанного выше известного активированного угля, при низком давлении порядка нескольких атмосфер, может храниться большее количество природного газа, чем когда природный газ просто сжимают. Однако, когда диаметр пор мал, существует проблема, состоящая в том, что даже когда давление при хранении повышают для увеличения хранящегося количества газа, адсорбируемое количество увеличивается незначительно. Это происходит потому, что когда диаметр пор активированного угля установлен на крайне малом уровне в пределах 5-10 ангстрем, явление адсорбции становится насыщенным при относительно низком давлении. Это давление насыщения имеет тенденцию к снижению при уменьшении диаметра пор активированного угля.

Кроме того, когда диаметр пор активированного угля уменьшен, становится трудно десорбировать природный газ, адсорбированный в порах активированного угля, и, таким образом, должна использоваться операция нагрева активированного угля при десорбции или другой способ. Таким образом, когда используется активированный уголь с малым диаметром пор, существует также проблема, состоящая в том, что адсорбированный и хранящийся природный газ не может использоваться сразу.

Настоящее изобретение разработано с учетом указанных выше проблем, и его целью является получение способа адсорбционного хранения природного газа и адсорбента для использования в соответствии со способом, согласно которому, даже когда используют реально используемый природный газ, может сохраняться высокая плотность (V/V₀) хранения.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для достижения указанной выше цели, в соответствии с настоящим изобретением получен способ адсорбционного хранения природного газа, который включает операции разделения природного газа на компонент с низким числом атомов углерода, такой как метан и этан, и компонент с высоким числом атомов углерода, имеющий большее число атомов углерода, чем этан, и независимого адсорбирования и хранения в адсорбенте компонента с низким числом атомов углерода в первом адсорбционном резервуаре, содержащем адсорбент для адсорбирования и хранения компонента с низким числом атомов углерода при высоком давлении и компонента с высоким числом атомов углерода во втором адсорбционном резервуаре, содержащем адсорбент для адсорбирования и хранения компонента с высоким числом атомов углерода при низком давлении. Кроме того, при адсорбционном способе хранения природного газа применены первый адсорбционный резервуар, содержащий адсорбент для адсорбции и хранения компонента с низким числом атомов углерода, и второй адсорбционный резервуар, содержащий адсорбент для адсорбции и хранения компонента с высоким числом атомов углерода, причем диаметр пор адсорбента, содержащегося во втором адсорбционном резервуаре, меньше, чем диаметр пор адсорбента, содержащегося в первом адсорбционном резервуаре, при этом природный газ подают в первый адсорбционный резервуар через второй адсорбционный резервуар.

Кроме того, в адсорбционном способе хранения природного газа второй адсорбционный резервуар снабжен охлаждающим средством.

Предпочтительно адсорбционный способ хранения природного газа включает операции временного введения природного газа во второй адсорбционный резервуар при понижении давления в резервуаре и повторного введения природного газа во второй адсорбционный резервуар.

Кроме того, в адсорбционном способе хранения природного газа предпочтительно, когда хранящийся природный газ десорбируют и используют газ, десорбированный из первого адсорбционного резервуара, извлекают через второй адсорбционный резервуар.

В еще одном аспекте изобретение относится к адсорбционному способу хранения природного газа, включающему стадии:

выбора природного газа, имеющего компонент с низким числом атомов углерода, и компонент, имеющий большее число атомов углерода, чем этан;

разделения природного газа на компонент с низким содержанием углерода и компонент с высоким содержанием углерода;

нагрева адсорбента и адсорбирования нагретым адсорбентом компонента с низким содержанием углерода в первом адсорбционном резервуаре при высоком давлении и компонента с высоким содержанием углерода во втором адсорбционном резервуаре при низком давлении.

Предпочтительно, в адсорбционном способе хранения природного газа адсорбент нагревают до 20°С или более.

Кроме того, в адсорбционном способе хранения природного газа температуру адсорбента понижают по мере осуществления адсорбции природного газа.

Адсорбционный способ хранения природного газа предпочтительно включает адсорбирование метана или этана адсорбентом и адсорбирование природного газа адсорбентом.

Кроме того, адсорбционный способ хранения природного газа предпочтительно включает десорбирование природного газа из адсорбента при давлении, которое не превышает давление, при котором был адсорбирован метан или этан, и повторное адсорбирование природного газа без повторного адсорбирования метана или этана.

Кроме того, в адсорбционном способе хранения природного газа газом может быть метан или этан высокой степени чистоты.

В еще одном аспекте изобретение относится к адсорбционному способу хранения природного газа с использованием активированного угля, подвергнутого обработке понижением давления при высокотемпературной обработке в ходе активирующей обработки, включающему операцию адсорбирования нормального парафина перед адсорбированием природного газа.

В другом аспекте изобретение относится к адсорбционному способу хранения природного газа с использованием активированного угля, подвергнутого обработке понижением давления при высокотемпературной обработке в ходе активирующей обработки, включающему операцию отделения/удаления парафина с боковой цепью из природного газа перед адсорбированием природного газа.

В следующем аспекте изобретение относится к адсорбционному способу хранения природного газа с использованием активированного угля, подвергнутого обработке понижением давления при высокотемпературной обработке в ходе активирующей обработки, включающему следующие операции: перед адсорбированием природного газа разделение природного газа на первый компонент, не содержащий парафин с боковой цепью, и второй компонент, содержащий парафин с боковой цепью, адсорбирование первого компонента и затем адсорбирование второго компонента.

В дополнение к этому в адсорбенте активированный уголь обрабатывают активирующим веществом, содержащим бромид лития или хлорид лития.

Еще одним объектом изобретения является адсорбционный способ хранения природного газа с использованием активированного угля, промытого органическим растворителем и затем прокаленного в инертной среде или водородной среде в ходе активирующей обработки, при этом указанный способ включает операцию адсорбирования нормального парафина перед адсорбированием природного газа.

В другом аспекте объектом изобретения является адсорбционный способ хранения природного газа с использованием активированного угля, промытого органическим растворителем и затем прокаленного в инертной среде или водородной среде в ходе активирующей обработки, причем указанный способ включает операцию отделения/извлечения парафина с боковой ветвью из природного газа перед адсорбированием природного газа.

В еще одном аспекте объектом изобретения является адсорбционный способ хранения природного газа с использованием активированного угля, промытого органическим растворителем и затем прокаленного в инертной среде или водородной среде в ходе активирующей обработки, причем указанный способ содержит следующие операции: перед адсорбированием природного газа разделение этого природного газа на первый компонент, не содержащий парафина с боковой цепью, и второй компонент, содержащий парафин с боковой цепью, адсорбирование первого компонента и затем адсорбирование второго компонента.

В адсорбенте для использования при адсорбировании и хранении природного газа предпочтительный пик распределения диаметра пор составляет от 12 до 35 ангстрем.

Кроме того, в адсорбенте поверхности пор могут покрываться металлом, выбранным из группы, состоящей из Сu, Fe, Аg, Аu, Ir и W.

Кроме того, в адсорбенте количество металла, наносимого на поверхности пор, предпочтительно может быть в пределах 5-50 вес.%.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает схему, показывающую первый пример осуществления адсорбционного способа хранения природного газа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 изображает схему, показывающую модификацию конфигурации первого примера.

Фиг.3 изображает схему, показывающую пример выполнения второго адсорбционного резервуара.

Фиг.4 изображает схему, показывающую другую модификацию конфигурации первого примера.

Фиг.5 изображает схему, показывающую еще одну другую модификацию конфигурации первого примера.

Фиг.6 изображает схему, показывающую другую модификацию конфигурации первого примера.

Фиг.7 изображает схему, показывающую второй пример адсорбционного способа хранения природного газа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.8 изображает схему, показывающую соотношение между концентрацией бутана и вероятностью успешного заполнения, когда природный газ адсорбируется разными способами.

Фиг.9 изображает схему, показывающую соотношение между разными адсорбентами и вероятностью успешного заполнения.

Фиг.10 изображает схему, показывающую соотношение между количеством циклов адсорбции/десорбции и плотностью хранения.

Фиг.11 изображает схему для сравнения степеней заполнения олефинов с неразветвленной цепью и с боковой цепью.

Фиг.12 изображает схему сравнения плотностей хранения, когда изобутан извлечен и когда нет, перед адсорбцией природного газа.

Фиг.13 изображает схему, показывающую внутреннее пространство поры, когда осуществляют способ хранения, соответствующий настоящему изобретению.

Фиг.14 изображает сравнение адсорбционной способности, соответствующей настоящему изобретению, с адсорбционной способностью в сравнительном примере.

Фиг.15 изображает схему, показывающую внутреннее пространство поры, когда природный газ адсорбируется с использованием известного способа хранения.

Фиг.16 изображает схему, показывающую соотношение между диаметрами пор и характеристиками адсорбции.

ЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Лучший способ осуществления настоящего изобретения будет описан далее с использованием иллюстративных вариантов со ссылками на чертежи.

Пример 1

На фиг.1 показана конфигурация для выполнения первого варианта осуществления адсорбционного способа хранения природного газа в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.1 с нижней стороны 10 природный газ 13А разделяется на компоненты с низким числом атомов углерода, такие как метан и этан, и компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан. Такое разделение может выполняться посредством регулирования температуры и давления природного газа. В частности, температуру природного газа поддерживают в пределах от -50°С до -100°С в достаточно изолированном резервуаре, и компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан, конденсируют и сжижают посредством сжатия. Кроме того, компоненты с низким числом атомов углерода, такие как метан и этан, содержатся в газообразном состоянии. Таким образом, компоненты с низким числом атомов углерода и компоненты с высоким числом атомов углерода могут разделяться.

Компоненты с низким числом атомов углерода и компоненты с высоким числом атомов углерода, разделенные таким образом, подают в транспортное средство 14 через соединитель 12 насосом (не показан). В этом случае компоненты с низким числом атомов углерода, такие как метан и этан, подают в первый адсорбционный резервуар 16, содержащий адсорбент для адсорбции и хранения компонентов с низким числом атомов углерода, и компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан, подают во второй адсорбционный резервуар 18, содержащий адсорбент для адсорбирования и хранения компонентов с высоким числом атомов углерода, при помощи насосов. Компоненты подают в первый адсорбционный резервуар 16 под давлением около 20 МПа и во второй адсорбционный резервуар 18 под давлением около 1 МПа или менее, но более 0,8 МПа.

Компонентами, адсорбированными и хранящимися во втором адсорбционном резервуаре 18, в основном являются пропан и бутан. Кроме того, метан или газообразный этан, адсорбированный и хранящийся в первом адсорбционном резервуаре 16, в достаточной степени охлаждают, и это сдерживает рост температуры от теплоты адсорбции при заправке.

Как описано выше, компоненты природного газа разделяют в соответствии с числом атомов углерода и хранят в отдельных резервуарах и десорбируют из этих соответствующих резервуаров при использовании. Таким образом, если компоненты с низким числом атомов углерода десорбируют из первого адсорбционного резервуара при давлении в пределах от около 20 МПа до 0,8 МПа, компонент с высоким числом атомов углерода, извлекаемый из второго адсорбционного резервуара, десорбируют посредством повышения давления в компрессоре. В альтернативном варианте температуру газа во втором адсорбционном резервуаре повышают до 100-300°С в теплообменнике 20 и давление пара предпочтительно регулируют так, чтобы оно соответствовало давлению в первом адсорбционном резервуаре.

Благодаря разделению, адсорбированию и хранению компонентов таким образом в первом адсорбционном резервуаре при давлении хранения, равном 20 МПа, V/V₀=350, тогда как плотность хранения (V/V₀) обычного сжатого природного газа (CNG) при давлении хранения, равном 20 МПа, находится в пределах от 240 до 280. Даже когда первый адсорбционный резервуар соответствует второму адсорбционному резервуару, может быть получено значение в пределах 330, поскольку благодаря отделению компонентов с высоким числом атомов углерода, которые легко сжижаются на адсорбционной поверхности или внутри поры и выводят из строя адсорбирующие поры и ухудшают V/V₀, этот показатель компонентов с низким числом атомов углерода, таких как метан, может быть повышен. Кроме того, посредством нагрева или выполнения другой операции снижение плотности хранения компонента с высоким числом атомов углерода может сдерживаться.

Кроме того, когда компоненты с высоким числом и низким числом атомов углерода отделяют при повторяющейся адсорбции и хранении, в адсорбирующих порах остаются только трудноадсорбируемые компоненты с высоким числом атомов углерода, что решает описанную ранее проблему уменьшенной плотности хранения компонентов с низким числом атомов углерода.

Кроме того, компоненты с низким числом атомов углерода и компоненты с высоким числом атомов углерода, адсорбированные и хранящиеся в первом адсорбционном резервуаре 16 и втором адсорбционном резервуаре 18 соответственно, при использовании вновь смешиваются в промежуточном резервуаре 22, давление в котором регулируется регулятором 24, и затем подаются в двигатель или выходное средство.

На фиг.2 показан дополнительный пример выполнения устройства для осуществления способа адсорбционного хранения природного газа в соответствии с данным вариантом. На фиг.2 практически используемый природный газ 13А подается в транспортное средство через соединитель 12 снизу (не показано). Транспортное средство снабжено вторым адсорбционным резервуаром 18, в котором сжиженные нефтяные газы (LPG), такие как пропан и бутан, конденсируются при давлении в пределах от 0,2 МПа до 1 МПа и удерживаются в сжиженном состоянии, и во второй адсорбционный резервуар 18 поступает описанный выше газ 13А. Введенный газ 13А поднимается пузырьками в сжиженном нефтяном газе, и компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан, содержащиеся в газе 13А, растворяются в сжиженном нефтяном газе и, таким образом, отделяются.

Кроме того, газообразный метан, содержащий этан как компонент с низким числом атомов углерода, который не был адсорбирован во втором адсорбционном резервуаре 18, вводят в первый адсорбционный резервуар 16, и он адсорбируется и хранится содержащимся в нем адсорбентом.

Как описано выше, благодаря хранению компонентов с высоким числом атомов углерода во втором адсорбционном резервуаре 18 и адсорбированию и хранению компонентов с низким числом атомов углерода в первом адсорбционном резервуаре 16 может быть получен эффект, подобный эффекту в примере, показанном на фиг.1. Дополнительно, когда газ, хранящийся в первом адсорбционном резервуаре 16 и втором адсорбционном резервуаре 18, используют в качестве топлива, так же как и в системе, показанной на фиг.1, компонент с низким числом атомов углерода и компонент с высоким числом атомов углерода смешиваются в промежуточном резервуаре, затем их давление регулируется регулятором 24, и их подают в двигатель. В этом случае второй адсорбционный резервуар 18 для хранения компонента с высоким числом атомов углерода снабжен теплообменником 20, в котором подобно показанному на фиг.1 может проходить холодная вода и теплая вода, и подача в двигатель может выполняться посредством нагрева теплой водой при возникновении необходимости. Кроме того, благодаря охлаждению газа 13А перед его подачей давление пара сжиженного нефтяного газа понижается и, таким образом, разделение вторым адсорбционным резервуаром 18 может выполняться еще эффективнее.

В дополнение к этому, хотя на фиг.2 показан пример, в котором первый адсорбционный резервуар 16 и второй адсорбционный резервуар 18 установлены на транспортном средстве 14, они могут устанавливаться на стояке газоснабжения на нижней стороне.

На фиг.3 показан пример выполнения первого адсорбционного резервуара 16, показанного на фиг.2. Сжиженный нефтяной газ 26 удерживается внутри первого адсорбционного резервуара 16, и в сжиженном нефтяном газе 26 в жидком состоянии расположен барботер 28. Газ 13А поднимается пузырьками в сжиженный нефтяной газ 26 из барботера 28. Таким образом, компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан, растворяются в сжиженном нефтяном газе 26, и только компоненты с низким числом атомов углерода, такие как метан и этан, существуют в газовой фазе, при этом компоненты с низким числом атомов углерода подают в первый адсорбционный резервуар 16.

На фиг.4 показан другой модифицированный пример осуществления адсорбционного способа хранения природного газа в соответствии с данным вариантом. На фиг.4 второй адсорбционный резервуар 18 снабжен трубчатым змеевиком 30 высокого давления, наполненным адсорбентом. Газ 13А, вводящийся через соединитель 12 снаружи, сначала проходит через змеевик 30 высокого давления второго адсорбционного резервуара 18, в котором адсорбируются компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан. Таким образом, компоненты с низким числом атомов углерода, такие как метан и этан, и компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан, разделяются. Компонент с низким числом атомов углерода, отделенный таким образом, вводят в первый адсорбционный резервуар 16, и он адсорбируется и хранится адсорбентом, расположенным в резервуаре.

Что касается адсорбента в змеевике 30 высокого давления, диаметр его пор подобран так, что он меньше диаметра пор адсорбента в первом адсорбционном резервуаре 16. Например, может быть подобрано соотношение объема порового пространства, составляющее 0,3 см³/см³ или более, и диаметр пор, составляющий 10 ангстрем или менее, и предпочтительно 7 ангстрем или менее. Относительно адсорбента с таким малым диаметром пор, поскольку взаимодействие внутри поры может увеличиваться, компоненты с высоким числом атомов углерода могут адсорбироваться с большей интенсивностью даже при высоких температурах и компонент с высоким числом атомов углерода и компонент с низким числом атомов углерода могут эффективно отделяться. Дополнительно, когда пик распределения диаметра пор наполнительного адсорбента в змеевике 30 высокого давления уменьшается до около 5 ангстрем, пропорция, занимаемая скелетом адсорбента, увеличивается, и плотность хранения V/V₀ снижается. Таким образом, пик распределения диаметра пор предпочтительно должен быть установлен в пределах 7-10 ангстрем.

Как описано выше, когда компоненты с высоким числом атомов углерода адсорбируются в наполнительном адсорбенте в змеевике 30 высокого давления, конденсация может осуществляться при температурах, близких к комнатным, даже при повышенном давлении. В целом, относительно сжиженных нефтяных газов, таких как пропан и бутан, когда давление возрастает до около 5-8 МПа, состояние смещается к сверхкритическому состоянию, в зависимости от температуры, и жидкое состояние не может поддерживаться. Таким образом, когда газ 13А подают в первый адсорбционный резервуар 16 через второй адсорбционный резервуар 18, конденсированный компонент с высоким числом атомов углерода испаряется и может поступать в первый адсорбционный резервуар 16. С другой стороны, при адсорбировании адсорбентом, имеющим указанный выше диаметр пор, компонента с высоким числом атомов углерода конденсированное состояние может поддерживаться даже при давлениях около 3-10 атмосфер, например, при условии, что осуществляется охлаждение холодной водой, имеющей температуру около 10°С. Кроме того, когда происходит конденсация, компонент с высоким числом атомов углерода, содержащийся во вводимом затем газе 13А, также поглощается жидкостью и компоненты с высоким и низким числом атомов углерода могут эффективно разделяться. В этом случае для предпочтительного сдерживания изменения температуры второго адсорбционного резервуара 18 второй адсорбционный резервуар предпочтительно имеет изолирующую конструкцию. Кроме того, для более эффективного сжижения компонента с высоким числом атомов углерода второй адсорбционный резервуар 18 предпочтительно снабжен охлаждающим средством. Даже в примере, показанном на фиг.4, второй адсорбционный резервуар 18 имеет конструкцию, в которой снаружи от змеевика 30 высокого давления течет холодная вода, действующая как охлаждающее средство.

Как описано выше, когда компонент с высоким числом атомов углерода конденсирован, плотность жидкости увеличивается. Кроме того, даже когда пропан и бутан комбинированы, компоненты с высоким числом атомов углерода, изначально содержащиеся в газе 13А, занимают около 5-8% объема. Таким образом, емкость второго адсорбционного резервуара 18 может составлять около 3-5% от емкости первого адсорбционного резервуара 16. Таким образом, эффективность использования пространства транспортного средства может быть повышена. В представленном устройстве температура змеевика 30 высокого давления в первом адсорбционном резервуаре 16 может повышаться при использовании газа, но емкость первого адсорбционного резервуара 16 может уменьшаться, как описано выше, и количество используемого тепла, таким образом, сводится к минимуму, при этом емкость, используемая в качестве теплообменника, может быть уменьшена. Таким образом, пространство может использоваться эффективно.

Когда в качестве змеевика 30 высокого давления была использована труба диаметром 30 мм из нержавеющего материала, в качестве оценки плотности хранения было получено значение V/V₀=300-350 в первом адсорбционном резервуаре 16 и V/V₀=350-400 во втором адсорбционном резервуаре 18. В этом случае первый адсорбционный резервуар 16 и второй адсорбционный резервуар 18 имели суммарное значение V/V₀=320-370.

Кроме того, при испытании данного примера после десятикратного повторения адсорбции/десорбции газа 13А коэффициент плотности хранения уменьшился менее чем на 5%.

В данном примере модификации после введения газа 13А в змеевик 30 высокого давления второго адсорбционного резервуара 18 при давлении около 1-3 МПа газ предпочтительно может выпускаться в среду с давлением около 0,3-0,5 МПа. Таким образом, температура в змеевике 30 высокого давления понижается, и компонент с высоким числом атомов углерода легче конденсируется. Газ, выпускаемый из змеевика 30 высокого давления, извлекают, например, в выпускной резервуар 32, показанный на фиг.4. В результате этого процесса температура в змеевике 30 высокого давления понижается приблизительно на 10-30°С. В этом случае, поскольку количество компонентов с низким числом атомов углерода увеличивается при выпуске компонентов газа в выпускной резервуар 32 из змеевика 30 высокого давления, концентрация компонентов с высоким числом атомов углерода, таких как пропан и бутан, как остаточных компонентов в змеевике 30 высокого давления, увеличивается. Этот эффект концентрации и описанный выше эффект падения температуры могут вести к повышению конденсации компонентов с высоким числом атомов углерода.

Газ, возвращенный в выпускной резервуар 32, вновь возвращается в транспортное средство 14 компрессором 34 в последующем процессе заправки.

В данном примере после того, как компоненты с низким и высоким числом атомов углерода извлечены для использования из первого адсорбционного резервуара 16 и второго адсорбционного резервуара 18 соответственно, компоненты смешиваются в промежуточном резервуаре 22, их давление регулируется регулятором 24 и их подают в двигатель. Это соответствует способу, показанному на фиг.1, но в этом примере компонент с высоким числом атомов углерода десорбируют из адсорбента десорбционным компрессором 35 для извлечения компонента с высоким числом атомов углерода из второго адсорбционного резервуара 18. Кроме того, в этом примере десорбцию осуществляют при нагреве внутреннего пространства второго адсорбционного резервуара 18 приблизительно до 80°С теплой водой, подаваемой из двигателя. В этом десорбционном компрессоре 35 давление компонента с высоким числом атомов углерода повышается приблизительно до 1-1,5 МПа, и компонент подают в промежуточный резервуар 22.

Как описано выше, когда второй адсорбционный резервуар 18 нагревается до около 80 °С теплой водой, давление внутри змеевика 30 высокого давления во втором адсорбционном резервуаре понижается до около 0,05-0,1 МПа, и в таком случае десорбция компонента с высоким числом атомов углерода из второго адсорбционного резервуара 18 прекращается. Как описано выше, поскольку емкость второго адсорбционного резервуара 18 меньше емкости первого адсорбционного резервуара 16, время работы десорбционного компрессора 35 может быть уменьшено. Кроме того, для питания обычного автомобильного двигателя мощность десорбционного компрессора достаточна в пределах 50-100 Вт. Исходя из указанного, энергия, потребляемая десорбционным компрессором 35, может составлять всего около 1-2% суммарной энергии сгорания.

На фиг.5 показан еще один пример модификации для осуществления адсорбционного способа хранения природного газа в соответствии с данным примером. Как показано на фиг.5, газ 13А подают в змеевик 30 высокого давления во втором адсорбционном резервуаре 18, компоненты с высоким числом атомов углерода здесь адсорбируются/отделяются, и впоследствии только компоненты с низким числом атомов углерода, такие как метан и этан, возвращаются на нижнюю сторону 10. На нижней стороне 10 после того, как компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан, извлекаются уловителем 36, компоненты с низким числом атомов углерода вводятся в промежуточный резервуар 38, и их давление повышается до 10-20 МПа компрессором 34. Компонент с низким числом атомов углерода, давление которого повышено таким образом, вновь подают в транспортное средство 14, и он адсорбируется и хранится адсорбентом в первом адсорбционном резервуаре 16. В данной модификации, поскольку давление компонента с низким числом атомов углерода, введенного в первый адсорбционный резервуар 16, повышено до около 10-20 МПа, плотность хранения V/V₀ в первом адсорбционном резервуаре 16 может повышаться.

В описанных выше примерах компонент с низким числом атомов углерода, адсорбированный в первом адсорбционном резервуаре 16, и компонент с высоким числом атомов углерода, адсорбированный и хранящийся во втором адсорбционном резервуаре 18, смешиваются в промежуточном резервуаре 22 и подаются в двигатель, но эти два резервуара предпочтительно могут отсоединяться и использоваться независимо. Таким образом, пропорция смеси компонента с высоким числом атомов углерода и компонента с низким числом атомов углерода может регулироваться при возникновении необходимости.

На фиг.6 показан другой пример модификации для осуществления адсорбционного способа хранения природного газа в соответствии с этим примером. Как показано на фиг.6, для подачи адсорбированного и хранящегося компонента с низким числом атомов углерода и компонента с высоким числом атомов углерода в двигатель компоненты с низким числом атомов углерода, адсорбированные и хранящиеся в первом адсорбционном резервуаре 16, подают через второй адсорбционный резервуар 18, в котором адсорбирован и хранится компонент с высоким числом атомов углерода, при этом компонент с низким числом атомов углерода и компонент с высоким числом атомов углерода смешиваются. В этой системе горючий газ может подаваться в двигатель с применением очень простой конструкции, требующей относительно малой энергии для извлечения горючего газа. В этом примере, как показано на фиг.6, десорбционный компрессор 35 может использоваться для подачи горючего газа в двигатель.

В описанном выше модифицированном примере, поскольку компонент с низким числом атомов углерода из первого адсорбционного резервуара 16 проходит только через второй адсорбционный резервуар 18, не требуется перевода в газообразное состояние компонента с высоким числом атомов углерода во втором адсорбционном резервуаре 13, и количество энергии для извлечения горючего газа может быть уменьшено, как было описано выше.

Пример 2

Согласно описанному выше обычному способу использования адсорбента и адсорбции и хранения природного газа и подобных веществ, адсорбент или адсорбируемый горючий газ охлаждают для генерирования теплоты адсорбции. Даже когда процесс охлаждения выполняют таким образом, адсорбционные свойства не ухудшаются при адсорбции одного метана. Однако когда в природном газе 13А присутствуют компоненты с высоким числом атомов углерода, такие как пропан и бутан, когда температура понижается, происходит конденсация в порах адсорбента или подобного вещества и пора закупоривается, предотвращая диффузию газа. В результате плотность хранен