專利名稱：吸附天然氣儲罐及灌裝工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及填充吸附劑的天然氣儲罐的結(jié)構(gòu)及氣體灌裝工藝，該發(fā)明屬于天然氣的儲存、運輸及分配技術(shù)。
我國天然氣(包括油田氣、煤層氣)資源并不貧乏，但因主要蘊藏在中西部地區(qū)，開發(fā)較晚。近年來雖然有輸氣管線建成，但若建成覆蓋面廣的輸氣管網(wǎng)，在資金和工程方面都不是短時間內(nèi)能夠完成的。特別是某些氣源的蘊藏量有限，不值得修建輸氣管。因此，將天然氣裝罐運輸及分配給用戶使用，不但是目前的主要途徑，即便將來也有很大市場。其次，對于天然氣汽車，吸附天然氣儲罐代替高壓壓縮儲罐將導(dǎo)致天然氣成本的降低。
現(xiàn)有的罐裝天然氣采用高壓壓縮辦法。為增大罐裝氣量，必須提高灌氣壓力，通常的灌氣壓力達到20～25MPa。為此，需要具備6級壓縮的高壓壓縮機，壓縮機投資、占地與能耗大大提高了灌氣費用。同時，耐受20～25MPa壓力的儲罐的技術(shù)等級和自重也是一個相當嚴重的問題。現(xiàn)實中也常常發(fā)生缺乏高壓壓縮機或耐高壓儲罐的情況，只好降低灌氣壓力，導(dǎo)致罐裝容量的下降和運輸成本的提高。
針對目前罐裝天然氣存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種吸附天然氣儲罐及灌裝工藝，可以實現(xiàn)在較低的灌氣壓力下達到較大罐裝容量。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。它包括天然氣儲罐技術(shù)和灌氣站灌氣技術(shù)兩部分。吸附天然氣儲罐結(jié)構(gòu)如附

圖1所示。其中1為罐體，2為吸附劑，3為篩板及附屬絲網(wǎng)和濾布，4為進氣管，5為氣體循環(huán)管，6為接線柱，7為法蘭盤，8為電熱絲，9為喇叭口及過濾元件。吸附天然氣儲罐的罐體可用金屬材料制成，也可采用非金屬材料或復(fù)合材料制造，以減輕重量。其結(jié)構(gòu)特征在于1．填充儲氣吸附劑。最好的儲氣吸附劑是活性炭和高比表面積的超級活性炭，或者活性炭纖維制品。2．提供氣體的循環(huán)通道。灌氣時，脫除了強吸附組份的天然氣進入罐內(nèi)的吸附劑床層，并從儲罐底部的喇叭口進入循環(huán)管返回。篩網(wǎng)及濾布阻止吸附劑粉末的帶出。3．吸附床內(nèi)可附設(shè)電熱絲類加熱裝置，在快放氣時連通電源，升高吸附劑溫度，提高天然氣的釋放速率。亦在必要時用于吸附劑的徹底再生。為此，可通過中央循環(huán)管引入惰性氣體吹掃，或者抽空，或者加熱與吹掃結(jié)合，或者加熱與抽空結(jié)合，均可達到儲罐吸附劑再生目的。由于在儲罐中填充了吸附劑，使得罐裝容量大大增加。與空罐相比，罐裝容量增大的倍數(shù)取決于吸附劑的比表面積、填充度、灌氣壓力和灌氣溫度。常溫、3．5MPa壓力下，儲氣體積為氣罐容積的120～170倍。
灌氣站流程如附圖2所示。其中10為壓縮機，對其出口壓力并沒有嚴格的要求，一般均在3～10MPa的中壓范圍。11為壓縮機出口冷卻器，12為氣液分離器，13和14為并聯(lián)凈化器(吸附塔)，15為二次氣體冷卻器，16為天然氣儲罐，17為罐內(nèi)溫度指示儀，18為罐內(nèi)壓力指示儀，19為脫附氣溫度指示儀。凈化器中填充的吸附劑與天然氣儲罐中的儲氣吸附劑不一定相同，其中包括脫水吸附劑和比表面積較低的活性炭，而在儲罐16中的吸附劑則以高比表面積的活性炭或活性炭纖維吸附劑為主。天然氣中分子量較高或強吸附的組份將被凈化器13(或14)截留，經(jīng)二次冷卻器15進一步降溫后灌入天然氣儲罐16。由于吸附熱效應(yīng)，快速灌氣將使儲罐中的吸附床溫度升高，因此讓天然氣在儲罐16與二次冷卻器15之間進行小循環(huán)，或者進行包括凈化器再生步驟的大循環(huán)，直至氣溫降到常溫、罐內(nèi)壓力達到預(yù)定值為止。為使凈化器中的吸附劑再生，將從充氣罐溢出的高溫天然氣逆向通過凈化器的吸附床，借此為其加溫，脫附的氣體則仍進入壓縮機入口，直至溫度指示儀指示的脫附氣溫度達到一定值后，將脫附氣引入另一條管線單獨處理。吸附床被熱氣體吹掃一定時間后，再生完畢，兩個凈化器切換。
本發(fā)明的優(yōu)點是1．對于同樣容積的儲罐，在中等壓力水平下達到高壓壓縮的儲氣量；2．采用中壓壓縮機和中壓容器達到高壓壓縮機和高壓容器相同的儲氣量；3．克服吸附熱效應(yīng)對快速灌氣罐裝容量的影響；4．保證天然氣儲罐的罐裝容量恒定，使其再生周期大大延長。5．在需要快速放氣情況下，亦可達到必要的放氣速率。
實施例一種高表面活性炭對甲烷的吸附存儲性能如附圖3所示。其中曲線1是不同壓力下單純壓縮的儲氣量，曲線2是實驗測得的25℃的吸附等溫線，曲線3為儲罐的總儲氣能力，它是吸附劑的吸附量和吸附劑顆粒內(nèi)外空隙中的壓縮儲氣量之和。假如灌氣壓力為5MPa，儲罐容積為100升(φ360×1000)，如果不填充吸附劑，只能裝2.7公斤天然氣，但若填充具有如附圖3所示性能的吸附劑，則罐裝容量提高到12.6公斤，為單純壓縮儲氣量的4.7倍。若換算為標準體積，一個儲氣罐釋放的天然氣量約為16.5立方米，對于一個三口之家，大約可用一個月。
權(quán)利要求
1．一種吸附天然氣及其它主要由碳-1和碳-2成份組成的氣體的儲罐，采用金屬材料或非金屬材料，或復(fù)合材料制造而成，其特征在于在罐體內(nèi)中央設(shè)有一支循環(huán)管，管的下端是喇叭口，喇叭口外包有金屬網(wǎng)和濾布，罐內(nèi)填充高比表面積的活性炭、活性炭纖維，或它們的改性制品，并在所填充的吸附劑內(nèi)，埋設(shè)電熱絲，儲罐中吸附劑層之上設(shè)置篩網(wǎng)和濾布。
2．一種適用于按權(quán)利要求1所說的吸附天然氣儲罐的灌裝工藝，它主要是由壓縮機、壓縮機出口冷卻器、氣液分離器、凈化器、二次冷卻器和儲罐所組成，其特征在于天然氣中強吸附組分被凈化器截留；灌氣時產(chǎn)生的吸附熱通過在儲罐與二次冷卻器之間的小循環(huán)，或者進行包括凈化器再生步驟的大循環(huán)予以移除；在大循環(huán)中，溫度較高的氣體將兩組凈化器中的一組再生；灌裝氣體壓力為3～10MPa。
3．按權(quán)利要求1所說的天然氣吸附儲罐，在必要時可通過中央循環(huán)管的惰氣吹掃，或通過活性炭中埋設(shè)的電熱絲，升溫再生，使儲氣容量保持恒定，并在快放氣時通電升高吸附劑溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種吸附天然氣儲罐及灌裝技術(shù)。儲罐內(nèi)填充儲氣吸附劑,設(shè)有中央循環(huán)管和電加熱元件。充氣站設(shè)置吸附凈化器和冷卻器,通過低溫天然氣再循環(huán)解決快速灌氣的溫升問題,并用較高溫度的天然氣使凈化器再生。通過儲罐內(nèi)的電加熱元件和中央循環(huán)管,可在必要時采用惰氣吹掃、抽空或變溫方法,使儲罐的儲氣容量保持恒定。
文檔編號F17C11/00GK1236075SQ9910829
公開日1999年11月24日 申請日期1999年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月8日
發(fā)明者周理 申請人:天津大學(xué)