吸附天然氣儲存設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種使用天然氣儲存設(shè)備來減少日常需求對天然氣源的影響的方法，該方法包括將天然氣引入天然氣儲存設(shè)備(100)、將天然氣分離為重天然氣組分和輕天然氣組分、以及在非需求高峰期保留所述組分。所述天然氣儲存設(shè)備包括防護(hù)床系統(tǒng)(120)和吸附床系統(tǒng)(138)。所述方法還包括釋放重天然氣組分和輕天然氣組分，將它們混合為釋放的天然氣組分產(chǎn)物以及在需求高峰期將其引入所述天然氣源。
【專利說明】吸附天然氣儲存設(shè)備
[0001] 發(fā)明背景

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明的領(lǐng)域涉及天然氣的儲存。更具體而言，該領(lǐng)域涉及用于在不同的需求期 間儲存和釋放天然氣的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 天然氣是全世界的輕便和優(yōu)選的燃料選擇。天然氣比其他傳統(tǒng)燃料（包括石油和 煤）燃燒更完全；因此，天然氣的燃燒對環(huán)境的危害相對較小。天然氣和類似的產(chǎn)物（包括 LNG、丙烷和其它壓縮氣體燃料）在發(fā)動機和渦輪機燃燒系統(tǒng)中更高效。
[0004] 用燃?xì)鉁u輪機發(fā)電是眾所周知的且相對便宜。熱的、壓縮的廢氣的再循環(huán)可以帶 來超過90%的熱轉(zhuǎn)化效率。渦輪機聯(lián)產(chǎn)設(shè)備不僅產(chǎn)生對提高采油率和其它化學(xué)工藝有用的 電和二氧化碳，還產(chǎn)生熱水和蒸汽。商業(yè)用戶和個人消費者都能使用這些產(chǎn)品。
[0005] 由于天然氣作為燃料的廣泛可用性，用燃?xì)鉁u輪機發(fā)電的技術(shù)越來越多。天然氣 資源的位置并不僅限于幾個地理區(qū)域。壓裂深層頁巖儲藏在歐洲、日本和美國的進(jìn)展顯示 天然氣正在并且將持續(xù)作為工業(yè)化社會未來幾年的主要燃料。電的聯(lián)產(chǎn)是為用戶市場提供 烴類燃料的最大利益的最佳途徑。
[0006] 當(dāng)為非商業(yè)用戶提供電力或天然氣時，天然氣輸送網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)明顯的問題：日常需 求。人類不同于制造工廠或設(shè)施，往往不是全天穩(wěn)定的能量用戶。人們在白天和進(jìn)入夜間 的早期消耗較大量的電力而在夜間和進(jìn)入上午的早期消耗較少的電力。較高的消耗比率形 成"需求高峰期"而較低的消耗比率產(chǎn)生"非需求高峰期"。該日常情形往往在全年都發(fā)生。 然而，在不同的季節(jié)，各周期的長度（分別是自然光較長的周期需要較少的人造光，而自然 光較短的周期需要較多的人造光）和該周期的幅度（例如，相對于更溫和的溫度，較高或較 低溫度下的需求量更大）能夠改變在該日常周期中的需求的波動幅度。需求的位置也對日 常需求的情況有影響。在較冷的環(huán)境中，由于用戶使用加熱設(shè)備，日常用電和天然氣的整體 需求在夏季月份中較低且在冬季月份中較高。在較溫暖的環(huán)境中，由于用戶使用空調(diào)裝置 來保持涼爽，日常需求有相反的趨勢。
[0007] 電力和天然氣消耗的波動--不僅在日常使用中而且也在季節(jié)差異上--導(dǎo)致 天然氣輸送和生產(chǎn)系統(tǒng)的整體變動。天然氣生產(chǎn)幾乎是恒定的。天然氣生產(chǎn)和總消費之間 的供需缺口導(dǎo)致了"氣體需求滯后"。在未干涉的情況下，該滯后本身表現(xiàn)為天然氣輸送系 統(tǒng)整體的系統(tǒng)壓力升高和降低（"波動"）。
[0008] 發(fā)電設(shè)備優(yōu)選使用恒定、高壓的天然氣作為原料。由于突然的不適當(dāng)進(jìn)料-燃料 比會導(dǎo)致設(shè)備在負(fù)荷未滿時減速，天然氣進(jìn)料的壓力波動會破壞發(fā)電設(shè)備，尤其是旋轉(zhuǎn)的 設(shè)備（包括燃?xì)鉁u輪機）。
[0009] 過去減輕壓力波動的方案包括在輸送系統(tǒng)中的在線壓縮機。試圖在需求高峰期運 行CNG(壓縮天然氣）增壓壓縮機以維持輸送系統(tǒng)壓力。天然氣進(jìn)料壓力的損失會導(dǎo)致發(fā) 電機的停機和公共客戶的不滿。
[0010] 由于壓縮設(shè)備在CNG輸送系統(tǒng)壓力下運行，使用壓縮設(shè)備增加了輸送系統(tǒng)的運行 費用。壓縮設(shè)備的運行還必須能夠承受日常運行溫度的變化。在線壓縮機的維護(hù)是昂貴的， 因為它們無法穩(wěn)定地運行：它們在系統(tǒng)壓力為低閾值時開始運行并在系統(tǒng)壓力為高閾值時 停止運行。
[0011] 即使是實行最好的保養(yǎng)操作，壓縮機也無法避免出現(xiàn)故障。旋轉(zhuǎn)設(shè)備的故障有時 是災(zāi)難性的，運送和調(diào)試新的裝置需要數(shù)周的停機。由于故障導(dǎo)致天然氣進(jìn)料壓力的突然 損失（sudden loss)會導(dǎo)致下游發(fā)電機的立即停機以及公眾消費者的長期不滿。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 用于減少日常需求對天然氣源的影響的天然氣儲存設(shè)備包括防護(hù)床系統(tǒng)（guard bed system)和吸附床系統(tǒng)。所述防護(hù)床系統(tǒng)具有重天然氣組分儲存容量并且能夠有效地 從引入的天然氣中除去雜質(zhì)，選擇性地將引入的天然氣分離為重天然氣組分和輕天然氣組 分，保留所述重天然氣組分和釋放所述重天然氣組分。所述吸附床系統(tǒng)流體連接到所述防 護(hù)床系統(tǒng)。所述吸附床系統(tǒng)具有輕天然氣組分儲存容量，含有微孔材料形式的輕天然氣吸 附劑，并且能夠有效地使用所述輕天然氣吸附劑來保留所述輕天然氣組分和從所述輕天然 氣吸附劑釋放所述輕天然氣組分。所述天然氣儲存設(shè)備連接到天然氣儲存設(shè)備使得引入的 天然氣進(jìn)入所述防護(hù)床系統(tǒng)。所述天然氣儲存設(shè)備任選地包括溫度控制系統(tǒng)和壓縮機系 統(tǒng)。
[0013] 使用天然氣儲存設(shè)備來減少日常需求對天然氣源的影響的方法包括在非需求高 峰期將天然氣引入所述天然氣儲存設(shè)備的步驟。所述引入的天然氣具有一定的天然氣熱 值。
[0014] 所述方法還包括在非需求高峰期運行所述天然氣儲存設(shè)備使得所述防護(hù)床系統(tǒng) 從引入的天然氣中除去天然氣雜質(zhì)的步驟。所述方法還包括在非需求高峰期運行所述天然 氣儲存設(shè)備使得所述防護(hù)床系統(tǒng)選擇性地將引入的天然氣分離為重天然氣組分和輕天然 氣組分并保留所述重天然氣組分的步驟。所述方法還包括在非需求高峰期運行所述天然氣 儲存設(shè)備使得所述輕天然氣組分從所述防護(hù)床系統(tǒng)傳送至吸附床系統(tǒng)的步驟。所述方法還 包括在非需求高峰期運行所述天然氣儲存設(shè)備使得所述吸附床系統(tǒng)將所述輕天然氣組分 吸附在輕天然氣吸附劑內(nèi)的步驟。
[0015] 所述方法還包括在需求高峰期運行所述天然氣儲存設(shè)備使得所述防護(hù)床系統(tǒng)釋 放所述重天然氣組分，所述吸附床系統(tǒng)從所述輕天然氣吸附劑釋放所述輕天然氣組分，以 及釋放的重天然氣組分和釋放的輕天然氣組分混合以形成釋放的天然氣產(chǎn)物的步驟。所述 方法還包括在需求高峰期將釋放的天然氣產(chǎn)物引入所述天然氣源的步驟。
[0016] 可運行所述天然氣儲存設(shè)備以接收由所述天然氣源引入的天然氣，選擇性地將引 入的天然氣分離為重天然氣組分和輕天然氣組分并且在非需求高峰期分別保留所述天然 氣組分。所述天然氣儲存設(shè)備能夠有效地儲存所述重天然氣組分和所述輕天然氣組分直到 需求高峰期。所述天然氣儲存設(shè)備能夠有效地在需求高峰期釋放所述天然氣組分并將所述 天然氣組分引入所述天然氣源。
[0017] 所述天然氣儲存設(shè)備緩解了若干問題并提供了許多優(yōu)點。所述天然氣儲存設(shè)備提 供了將在非需求高峰期生產(chǎn)的天然氣體積"時移"并在需求高峰期將其釋放的方法。當(dāng)天 然氣需求較大時將天然氣組分添加到天然氣源并在沒有天然氣需求時將其移除，這減小了 日常需求與穩(wěn)定供應(yīng)的差異造成的壓力的波動幅度，抵消了在天然氣源的壓力方面所見的 "波動"。在用戶需求減少的時期接收天然氣降低了天然氣源的壓力，而在用戶需求較大的 時期以天然氣組分的形式返還所述天然氣提高了天然氣源的壓力。
[0018] 抑制天然氣源中的壓力波動有助于相關(guān)壓縮系統(tǒng)更穩(wěn)定地運行并且避免了周期 性的壓力狀況。減少系統(tǒng)壓力變化使用戶能夠以更加穩(wěn)定的入口系統(tǒng)壓力運行。這延長了 旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運行壽命并避免了許多急性壓力相關(guān)故障的狀況。
[0019] 所述天然氣儲存設(shè)備具有最小量的旋轉(zhuǎn)設(shè)備。無需在線的旋轉(zhuǎn)設(shè)備減少了運行天 然氣輸送系統(tǒng)的壽命成本并且使該設(shè)施的運行更可靠。
[0020] 所述天然氣儲存設(shè)備主要依靠壓力差和天然氣源的壓力的整體變化以將天然氣 引入該設(shè)備中，在非需求高峰期促進(jìn)收集，在需求高峰期促進(jìn)釋放并將天然氣組分引入天 然氣源。通過環(huán)境條件的變化或者通過使用溫度控制系統(tǒng)，改變防護(hù)床系統(tǒng)和吸附床系統(tǒng) 的溫度，促進(jìn)在非需求高峰期的保留和在需求高峰期的釋放。
[0021] 附圖簡要說明
[0022] 結(jié)合下面優(yōu)選的實施方式的詳細(xì)描述、所附的權(quán)利要求、和附圖，可更好地理解本 發(fā)明的這些和其它特征、方面、以及優(yōu)點，其中：
[0023] 圖1是天然氣儲存設(shè)備的一個實施方式的工藝流程圖；
[0024] 圖2示出了 AC3( -種有用的活性炭微孔材料）的幾個甲烷等溫趨勢；以及
[0025] 圖3示出了固定體積容器和包含有用的微孔材料AC3的類似的固定體積容器的兩 種等溫容量儲存趨勢。
[0026] 這些附圖是天然氣儲存設(shè)備的實施方式的一般性示意圖。這些附圖及其描述有利 于對天然氣儲存設(shè)備及其使用方法的更好理解。這些附圖并不以任何方式限制或限定本發(fā) 明的范圍。為了便于說明，這些圖是簡單的圖示。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這樣的系統(tǒng)是 帶有使其能運行以用于預(yù)期目的的附屬設(shè)備和子系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

【具體實施方式】
[0027] 說明書（包括發(fā)明的摘要、附圖的簡要說明和優(yōu)選實施方式的詳細(xì)說明）以及所 附的權(quán)利要求涉及本發(fā)明的具體特征（包括工藝或方法步驟）。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解， 本發(fā)明包括說明書中描述的具體特征的所有的可能組合和使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理 解，本發(fā)明并不限于說明書中給出的實施方式的描述。本發(fā)明的主題內(nèi)容不僅限于本說明 書和所附權(quán)利要求的實質(zhì)。
[0028] 本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以理解的是，用來描述【具體實施方式】的術(shù)語并不限制本發(fā)明 的范圍或外延。在解釋說明和所附權(quán)利要求時，所有的術(shù)語均應(yīng)該以與各術(shù)語上下文一致 的可能的最寬泛的方式解釋。除非另有限定，在說明書和所附權(quán)利要求中使用的所有技術(shù) 和科學(xué)術(shù)語的含義與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一個普通技術(shù)人員通常理解的相同。
[0029] 除非在上下文中明確指出，否則在說明書和所附權(quán)利要求中使用的單數(shù)形式"一 個"、"一種"和"該"包括復(fù)數(shù)形式。動詞"包括"及其變化形式應(yīng)該解釋為以非排他性的方 式指元件、組件或步驟。所提到的元件、組件或步驟可以與其它沒有明確提到的元件、組件 或步驟一同存在、利用或結(jié)合。動詞"連接"及其變化形式是指完成任何類型的所需連接， 包括電、機械或流體連接，從而由兩個或更多個先前未連接的對象形成單一對象。如果第一 裝置連接到第二裝置，該連接可以直接或通過共同的連接件實現(xiàn)。"任選地"及其各種形式 是指其后描述的事件或情況可能會或可能不會發(fā)生。該描述包括其中所述事件或情況發(fā)生 的場合和它不發(fā)生的場合。"能夠有效地"及其各種形式是指適用于其正常功能，并能夠被 用于其預(yù)期用途。"相關(guān)的"及其各種形式是指一些對象與其它的對象有關(guān)，因為它們一起 發(fā)生或一者產(chǎn)生另一者。
[0030] 空間術(shù)語描述對象的相對位置或一組對象相對于另一或另一組對象的相對位置。 空間關(guān)系沿垂直和水平軸應(yīng)用。除非另有說明，取向和像"上游"和"下游"之類的關(guān)系詞 是為了描述方便而不是限制性的。
[0031] 當(dāng)說明書或所附權(quán)利要求書中提供數(shù)值范圍，應(yīng)當(dāng)理解，該區(qū)間包括上限和下限 以及上限和下限之間的每個中間值?；谒峁┑娜魏翁囟ǖ呐懦景l(fā)明包括和界定所 述區(qū)間的較小范圍。"基本上不含"是指基于所指明的測量單位小于1%。"檢出量"是指基 于所指明的測量單位為0.01%。
[0032] 在說明書和所附權(quán)利要求中引述的方法包括兩個或多個所定義的步驟的情況下， 所定義的步驟可以以任何順序或同時進(jìn)行，除非上下文中排除了這種可能性。
[0033] 當(dāng)在本申請中引用專利或公開文獻(xiàn)時，所述文獻(xiàn)以不與本文所述內(nèi)容沖突的程度 通過引用全部并入本文。
[0034] 圖 1
[0035] 圖1是天然氣儲存設(shè)備的實施方式的工藝流程圖。天然氣儲存設(shè)備100在上游連 接點104和下游連接點106處連接到CNG管道102 (天然氣源）。通過關(guān)閉上游隔離閥108 和下游隔離閥110能夠?qū)⑻烊粴鈨Υ嬖O(shè)備100與CNG管道102流體隔離。止回閥112提供 了另外的保證，確保流經(jīng)天然氣儲存設(shè)備100的任何流體均為從上游連接點104到下游連 接點106的單向流動。
[0036] 防護(hù)床系統(tǒng)114(虛線輪廓）通過進(jìn)氣管道116連接到CNG管道102。防護(hù)床系 統(tǒng)114包括雜質(zhì)分離器118和兩個防護(hù)吸附器120。圖1示出了并聯(lián)配置的兩個獨立的防 護(hù)吸附器120。運行雜質(zhì)分離器118以將天然氣雜質(zhì)從輸入的天然氣中除去。雜質(zhì)分離器 118通過防護(hù)吸附器入口隔離閥122連接到防護(hù)吸附器120。運行防護(hù)吸附器120以將輸入 的天然氣分離為重天然氣組分和輕天然氣組分并在非需求高峰期保留重天然氣組分。防護(hù) 吸附器熱夾套124圍繞在兩個防護(hù)吸附器120的外部。防護(hù)床系統(tǒng)116在防護(hù)吸附器120 的流出口處具有防護(hù)吸附器出口隔離閥126。
[0037] 天然氣儲存設(shè)備100包括溫度控制系統(tǒng)128。溫度控制系統(tǒng)128連接到防護(hù)吸附 器熱夾套124。溫度控制系統(tǒng)128控制、維持和調(diào)節(jié)防護(hù)吸附器120的內(nèi)部溫度。溫度控制 系統(tǒng)128通過經(jīng)防護(hù)床供給管道130將溫度調(diào)節(jié)流體引入防護(hù)吸附器熱夾套124來維持防 護(hù)吸附器120的溫度。傳遞到防護(hù)吸附器熱夾套124中的溫度調(diào)節(jié)流體以及從溫度調(diào)節(jié)流 體中傳遞出來的熱量用于將重天然氣組分與輕天然氣組分分離以及保留重天然氣組分和 從防護(hù)吸附器120中含有的重天然氣吸附劑（未示出）釋放該重天然氣組分。用過的溫度 調(diào)節(jié)流體從防護(hù)吸附器熱夾套124經(jīng)防護(hù)床回流管道132返回溫度控制系統(tǒng)128。
[0038] 太陽能陣列134通過電路136電連接到溫度控制系統(tǒng)128。太陽能陣列134提供 電力使得溫度控制系統(tǒng)128在需求高峰期和非需求高峰期均滿足天然氣儲存設(shè)備100的溫 度調(diào)節(jié)需求。
[0039] 防護(hù)床系統(tǒng)114通過防護(hù)吸附器出口隔離閥126和吸附床入口隔離閥140流體連 接到吸附床系統(tǒng)137 (虛線輪廓）。圖1示出了具有4個并聯(lián)的獨立吸附床138的吸附床系 統(tǒng)137。各吸附床138含有在非需求高峰期用來保留輕天然氣組分的輕天然氣吸附劑（未 示出）。吸附床熱夾套142圍繞在吸附床138的外部并調(diào)節(jié)吸附床138的內(nèi)部溫度。解吸 附的輕天然氣組分從吸附床138經(jīng)出口隔離閥144傳送。
[0040] 溫度控制系統(tǒng)128連接到吸附床熱夾套142。溫度控制系統(tǒng)控制、維持和調(diào)節(jié)吸附 床138的內(nèi)部溫度。溫度控制系統(tǒng)128經(jīng)吸附床供給管道146將溫度調(diào)節(jié)流體引入吸附床 熱夾套142。傳遞到吸附床熱夾套142中的溫度調(diào)節(jié)流體以及從其中傳遞出來的熱量用于 輕天然氣組分的吸附以及輕天然氣組分從吸附床138中含有的輕天然氣吸附劑（未示出） 的解吸附。用過的溫度調(diào)節(jié)流體從吸附床熱夾套142經(jīng)吸附床回流管道148返回。
[0041] 在圖1中，防護(hù)床系統(tǒng)114通過防護(hù)床排出隔離閥154連接到儲存設(shè)備壓縮機150 和壓縮機旁通閥152。吸附床系統(tǒng)137也通過吸附床出口隔離閥144連接到儲存設(shè)備壓縮 機150和壓縮機旁通閥152。儲存設(shè)備壓縮機150和壓縮機旁通閥152均提供從防護(hù)吸附 器120和吸附床138到CNG管道102的通路。儲存設(shè)備壓縮機150能夠有效地將釋放的重 天然氣組分和釋放的輕天然氣組分分別或一起加壓并通過排出管道156引入CNG管道102。 旁通閥152提供了通過排出管道156至CNG管道102的通路。取決于閥門配置，可運行儲存 設(shè)備壓縮機150以分別或同時降低防護(hù)吸附器120和吸附床138中的壓力以促進(jìn)解吸附。
[0042] 在非需求高峰期，可檢測的狀態(tài)觸發(fā)天然氣儲存設(shè)備100以使隔離閥運行，以使 CNG管道102、防護(hù)床系統(tǒng)114和防護(hù)吸附器120之間形成流體通路，其中所述隔離閥包括 上游隔離閥108、防護(hù)吸附器入口隔離閥122、防護(hù)吸附器出口隔離閥126和吸附床入口隔 離閥140。
[0043] CNG管道102和防護(hù)床系統(tǒng)114之間的壓力差促使天然氣從CNG管道102流入雜 質(zhì)分離器118。運行雜質(zhì)分離器118以在引入的天然氣傳送進(jìn)入防護(hù)吸附器120之前除去 其中的任何雜質(zhì)。壓力差促使引入的天然氣從雜質(zhì)分離器118流入一個或多個防護(hù)吸附器 120。在降低的溫度和增加的壓力下（由于更多的天然氣流入天然氣儲存設(shè)備100)，引入的 天然氣的重天然氣組分選擇性地從所述引入的天然氣中分離并保留在防護(hù)吸附器120中。
[0044] 輕天然氣組分作為天然氣分離后的殘余物形成。輕天然氣組分從防護(hù)床系統(tǒng)114 傳送并進(jìn)入一個或多個吸附床138。由吸附床熱夾套142保持在降低的溫度下的輕天然氣 吸附劑吸附所述輕天然氣組分。
[0045] 溫度控制裝置128將溫度調(diào)節(jié)流體供給到防護(hù)吸附器熱夾套124和吸附床熱夾套 142從而促進(jìn)引入的天然氣選擇性分離為重天然氣組分和輕天然氣組分、重天然氣組分在 防護(hù)吸附器120中的保留和輕天然氣組分在吸附床138中輕天然氣吸附劑上的吸附。
[0046] 在非需求高峰期結(jié)束時或其他可檢測狀態(tài)出現(xiàn)并被檢測到時，上游隔離閥108、防 護(hù)吸附器入口隔離閥122、防護(hù)吸附器出口隔離閥126和吸附床入口隔離閥140關(guān)閉，以將 天然氣儲存設(shè)備100與CNG管道102隔離。溫度控制裝置128繼續(xù)將防護(hù)吸附器120和吸 附床系統(tǒng)137保持在降低的儲存溫度下，以使得重天然氣組分保留在防護(hù)吸附器120中且 輕天然氣組分保留在吸附床138中。
[0047] 在需求高峰期，由天然氣儲存設(shè)備100檢測到的一定狀態(tài)引發(fā)其運行隔離閥（包 括防護(hù)吸附器出口隔離閥126、吸附床出口隔離閥144、防護(hù)床排出隔離閥154和下游隔離 閥110)，以使防護(hù)床系統(tǒng)114和CNG管道102之間以及防護(hù)吸附器120和CNG管道102之 間形成流體通路。運行溫度控制裝置128以將溫度調(diào)節(jié)流體提供至防護(hù)吸附器熱夾套124 和吸附床熱夾套142,使得防護(hù)吸附器120中維持有利于重天然氣組分的釋放的溫度，并且 使得吸附床138中維持使輕天然氣組分從輕天然氣吸附劑解吸附的溫度。
[0048] 從防護(hù)吸附器120或吸附床138或這兩者向CNG管道102引入解吸附的天然氣組 分通過打開壓縮機旁通閥152進(jìn)行，無需進(jìn)行壓縮輔助。如果防護(hù)床系統(tǒng)114和CNG管道 102之間存在適當(dāng)?shù)膲毫Σ?，則釋放的重天然氣組分從防護(hù)床系統(tǒng)114流入CNG管道102 中。類似地，如果吸附床138和CNG管道102之間存在適當(dāng)?shù)膲毫Σ?，則解吸附的輕天然氣 組分從防護(hù)床系統(tǒng)114流入CNG管道102中。否則，關(guān)閉壓縮機旁通閥152并運行設(shè)備壓 縮機150以提供給釋放的天然氣組分所需的動力。
[0049] 儲存設(shè)備壓縮機150的運行可用于在防護(hù)床系統(tǒng)114或吸附床138之一或這兩者 當(dāng)中產(chǎn)生低于大氣壓的壓力（sub-atmosphere pressure)或"部分真空"。在形成部分真空 狀態(tài)的同時，關(guān)閉防護(hù)吸附器出口隔離閥126或防護(hù)床排出隔離閥154使得防護(hù)吸附器120 內(nèi)部保持低于大氣壓的壓力狀態(tài)。在部分真空狀態(tài)過程中關(guān)閉吸附床出口隔離閥144使得 吸附床138保持低于大氣壓的壓力狀態(tài)。
[0050] 其他天然氣儲存設(shè)備100的運行包括：運行溫度控制裝置128使其提供加熱或冷 卻，關(guān)閉設(shè)備壓縮機150,打開防護(hù)吸附器120和吸附床138之間的隔離閥以平衡壓力并關(guān) 閉所有其他剩余通向天然氣儲存設(shè)備100的隔離閥。
[0051] 微孔材料
[0052] 吸附床系統(tǒng)包括輕天然氣吸附劑。所述輕天然氣吸附劑是一種微孔材料。天然氣 儲存設(shè)備的實施方式包括具有由微孔材料制成的重天然氣吸附劑的防護(hù)床系統(tǒng)。
[0053]用于天然氣儲存設(shè)備的微孔材料能夠有效地基于所存在的整體環(huán)境狀態(tài)、當(dāng)前飽 和度和整體環(huán)境狀態(tài)的改變來吸附和解吸附天然氣組分。這使得可以在非需求高峰期進(jìn)行 輕天然氣組分的吸附、從非需求高峰期到需求高峰期進(jìn)行天然氣組分的保留、以及在需求 高峰期進(jìn)行天然氣組分的釋放。有用的微孔材料包括對甲烷具有高吸附能力的微孔材料。 有用的微孔材料包括對乙烷具有高吸附能力的微孔材料。微孔材料的例子包括活性炭、金 屬有機框架材料（MOF)、沸石、分子篩、碳纖維和碳納米管。
[0054] 微孔材料的堆密度取決于許多結(jié)構(gòu)因素，包括顆粒形狀、顆粒密度和粘結(jié)材料。有 用的活性炭材料的堆密度在約0.20至約0.75克/立方厘米（g/cm 3)的范圍內(nèi)。有用的金 屬氧化物框架材料（MOF)的堆密度值等于或大于約0.15g/cm3。有用的活性炭材料微孔材 料具有狹縫狀微孔。

【具體實施方式】 [0055] 的例子有利于對可用作天然氣儲存設(shè)備的一部分的微孔材料的更 好理解。以下關(guān)于微孔材料的討論對本發(fā)明的范圍不應(yīng)構(gòu)成任何方式的限制或限定。
[0056] 表面特性能夠有助于確定用于天然氣儲存設(shè)備中合適的重天然氣吸附劑材料和 輕天然氣吸附劑材料。表1示出了吸附材料活性炭1-5 (AC1-5)和金屬氧化物框架（M0F 1) 的表面和孔性質(zhì)。所有的活性炭具有"狹縫"形狀的微孔。在表1中，"N/A"表示"不適用"。
[0057] 通過氣體吸附研究領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解并了解的幾種不同測試方法，提供了 在表1中表示的活性炭1-5 (AC1-5)和金屬有機框架的表面性質(zhì)。AIChE Journal (第58卷， 第 3 期）782-788 頁（"Wang"）Wang 等人的文章 "Experimental and Theoretical Study of Methane Adsorption on Granular Activate Carbons"描述了在 77° K 下米用氮孔隙 率測定法和水銀孔隙率測定法表征吸附劑材料的工藝和裝置。ASTM國際標(biāo)準(zhǔn)D2862提供了 用于確定"ASTM篩目尺寸"的方法。BET(Brunauer-Emmett-Teller)分析提供了作為相對 氮氣壓力的函數(shù)的吸附材料的比表面積。BJH(Barrett-Joyner-Halenda)分析采用氮氣吸 附和解吸附技術(shù)確定了吸附劑材料的孔面積，其顯示了孔徑。埃（A)是相當(dāng)于IXKT ici米 的測量單位。
[0058]

【權(quán)利要求】
1. 一種使用天然氣儲存設(shè)備來減少日常需求對天然氣源的影響的方法，該方法包括以 下步驟： 在非需求高峰期將天然氣引入所述天然氣儲存設(shè)備； 在非需求高峰期運行所述天然氣儲存設(shè)備，使得 防護(hù)床系統(tǒng)從引入的天然氣中除去天然氣雜質(zhì)，選擇性地將引入的天然氣分離為重天 然氣組分和輕天然氣組分，并在非需求高峰期保留所述重天然氣組分， 所述輕天然氣組分從所述防護(hù)床系統(tǒng)傳送進(jìn)入吸附床系統(tǒng)，以及 所述吸附床系統(tǒng)將所述輕天然氣組分吸附在輕天然氣吸附劑內(nèi)并在非需求高峰期保 留所述輕天然氣組分； 在需求高峰期運行所述天然氣儲存設(shè)備，使得 所述防護(hù)床系統(tǒng)釋放所述重天然氣組分， 所述吸附床系統(tǒng)從所述輕天然氣吸附劑釋放所述輕天然氣組分，以及 所釋放的重天然氣組分和所釋放的輕天然氣組分混合以形成釋放的天然氣產(chǎn)物，其具 有一定的熱值；以及 在需求高峰期將釋放的天然氣產(chǎn)物引入所述天然氣源； 其中所述天然氣儲存設(shè)備包括與所述防護(hù)床系統(tǒng)流體連接的所述吸附床系統(tǒng)， 其中所述天然氣源含有天然氣，以及 其中所述天然氣包含雜質(zhì)、輕天然氣組分和重天然氣組分，并具有一定熱值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述防護(hù)床系統(tǒng)包括重天然氣吸附劑并且能夠有 效地通過吸附保留重天然氣組分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述重天然氣吸附劑是微孔材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其中所述輕天然氣組分基本上不含丙 燒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述輕天然氣組分基本上不含乙烷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的方法，其中所述釋放的天然氣產(chǎn)物的熱值與 引入的天然氣的熱值相近。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的方法，還包括以下步驟： 在非需求高峰期運行溫度控制系統(tǒng)以將熱從所述防護(hù)床系統(tǒng)移除；以及 在需求高峰期運行所述溫度控制系統(tǒng)以將熱引入所述防護(hù)床系統(tǒng)； 其中所述天然氣儲存設(shè)備還包括與所述防護(hù)床系統(tǒng)連接的所述溫度控制系統(tǒng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的方法，還包括以下步驟： 在非需求高峰期運行溫度控制系統(tǒng)以將熱從所述輕天然氣吸附劑移除；以及 在需求高峰期運行所述溫度控制系統(tǒng)以將熱引入所述輕天然氣吸附劑中； 其中所述天然氣儲存設(shè)備還包括與所述吸附床系統(tǒng)連接的所述溫度控制系統(tǒng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的方法，還包括在將天然氣引入所述天然氣儲 存設(shè)備時運行存儲設(shè)備壓縮機的步驟，其中所述天然氣儲存設(shè)備還包括與所述防護(hù)床系統(tǒng) 連接的所述存儲設(shè)備壓縮機。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的方法，還包括在需求高峰期運行存儲設(shè)備壓 縮機使得在所述防護(hù)床系統(tǒng)中形成低于大氣壓的狀態(tài)的步驟，其中所述天然氣儲存設(shè)備還 包括與所述防護(hù)床系統(tǒng)連接的所述存儲設(shè)備壓縮機。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項所述的方法，還包括在需求高峰期運行存儲壓縮 機使得在所述吸附床系統(tǒng)中形成低于大氣壓的狀態(tài)的步驟，其中所述天然氣儲存設(shè)備還包 括與所述吸附床系統(tǒng)連接的存儲設(shè)備壓縮機。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的方法，還包括在需求高峰期運行天然氣儲 存設(shè)備使得所述釋放的輕天然氣組分協(xié)助所述重天然氣組分的釋放，從而在所述防護(hù)床系 統(tǒng)中形成釋放的天然氣產(chǎn)物的步驟，其中所述防護(hù)床系統(tǒng)流體連接到所述吸附床系統(tǒng)使得 所述釋放的輕天然氣組分的至少一部分傳送進(jìn)入所述防護(hù)床系統(tǒng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項所述的方法，還包括以下步驟： 檢測與非需求高峰期的開始相關(guān)的第一狀態(tài)； 檢測與非需求高峰期的結(jié)束相關(guān)的第二狀態(tài)； 檢測與需求高峰期的開始相關(guān)的第三狀態(tài)； 檢測與需求高峰期的結(jié)束相關(guān)的第四狀態(tài)； 其中在將天然氣引入天然氣儲存設(shè)備之前進(jìn)行所述第一狀態(tài)的檢測， 其中在非需求高峰期運行所述天然氣儲存設(shè)備時進(jìn)行所述第二狀態(tài)的檢測， 其中在需求高峰期運行所述天然氣儲存設(shè)備之前進(jìn)行所述第三狀態(tài)的檢測，以及 其中在將所述釋放的天然氣產(chǎn)物引入天然氣源時進(jìn)行所述第四狀態(tài)的檢測。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第二狀態(tài)和所述第三狀態(tài)是相同的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中所述第一狀態(tài)和所述第四狀態(tài)是相同的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任意一項所述的方法，其中所有的狀態(tài)均與所述天然氣源 的壓力相關(guān)。
17. -種用于減少日常需求對天然氣源的影響的天然氣儲存設(shè)備，該天然氣設(shè)備包 括： 防護(hù)床系統(tǒng)，其具有重天然氣組分儲存容量并且能夠有效地從引入的天然氣中除去雜 質(zhì)，選擇性地將引入的天然氣分離為重天然氣組分和輕天然氣組分，保留所述重天然氣組 分和釋放所述重天然氣組分； 吸附床系統(tǒng)，其流體連接到所述防護(hù)床系統(tǒng)，具有輕天然氣組分儲存容量，含有微孔材 料形式的輕天然氣吸附劑，并且能夠有效地利用所述輕天然氣吸附劑保留所述輕天然氣組 分和從所述輕天然氣吸附劑釋放所述輕天然氣組分； 任選的溫度控制系統(tǒng)，其分別獨立地連接到所述防護(hù)床系統(tǒng)和所述吸附床系統(tǒng)，并且 能夠有效地分別調(diào)節(jié)所述防護(hù)床系統(tǒng)和所述吸附床系統(tǒng)的溫度；以及 任選的壓縮機系統(tǒng)，其分別獨立地流體連接到所述防護(hù)床系統(tǒng)和所述吸附床系統(tǒng)，并 且能夠有效地分別調(diào)節(jié)所述防護(hù)床系統(tǒng)和所述吸附床系統(tǒng)的壓力； 其中所述天然氣儲存設(shè)備連接到所述天然氣儲存設(shè)備使得引入的天然氣進(jìn)入所述防 護(hù)床系統(tǒng)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的天然氣儲存設(shè)備，其中所述防護(hù)床系統(tǒng)含有重天然氣吸附 劑材料，其能夠有效地從引入的天然氣中除去雜質(zhì)，選擇性地將引入的天然氣分離為重天 然氣組分和輕天然氣組分，通過吸附保留所述重天然氣組分并且通過解吸附釋放所述重天 然氣組分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的天然氣儲存設(shè)備，其中所述重天然氣吸附劑材料是微孔材 料。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17至19中任意一項所述的天然氣儲存設(shè)備，其中在77° K下采用 氮孔隙率測定法測定，所述微孔材料的BET比表面積值至少為800平方米/克（m2/g)，并且 所述微孔材料的微孔體積值至少為〇. 300立方厘米/克（cm3/g)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17至20中任意一項所述的天然氣儲存設(shè)備，其中所述微孔材料是 具有狹縫狀微孔的活性炭，堆密度在〇. 20至0. 75克/立方厘米（g/cm3)的范圍內(nèi)，并且在 77° K下采用氮孔隙率測定法測定，其BJH平均孔隙寬度在10至30埃（A )的范圍內(nèi)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17至21中任意一項所述的天然氣儲存設(shè)備，其中在56°C下使用甲 烷的情況下，所述微孔材料在40巴的系統(tǒng)壓力下的吸附量比大于60,在50巴的系統(tǒng)壓力下 的吸附量比大于65。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17至22中任意一項所述的天然氣儲存設(shè)備，其中在21°C使用甲烷 的情況下，所述微孔材料在35巴至55巴的壓力范圍內(nèi)的吸附量比大于100。
24. 根據(jù)權(quán)利要求17至23中任意一項所述的天然氣儲存設(shè)備，其中均在21°C使用甲 烷的情況下，所述微孔材料的儲存量比在50巴的系統(tǒng)壓力下大于115,在45巴的系統(tǒng)壓力 下大于110,以及在40巴的系統(tǒng)壓力下大于100。
25. 根據(jù)權(quán)利要求17至24中任意一項所述的天然氣儲存設(shè)備，其中在21°C使用甲烷 的情況下，所述微孔材料在35巴至55巴的壓力范圍內(nèi)的儲存量比大于100。
【文檔編號】F17C11/00GK104350323SQ201380022174
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月25日
【發(fā)明者】Y·王, 杰馬爾·埃爾詹, 穆罕默德·加利卜·阿勒-哈希姆, 安瓦爾·H·阿爾克哈瓦賈, 拉什德·M·奧斯曼 申請人:沙特阿拉伯石油公司