Способ хранения природного газа в слое адсорбента Российский патент 2023 года по МПК F17C11/00 

Изобретение относится к способу хранения природного газа, метана, водорода и их смесей в газовых резервуарах и баллонах типовых конструкций, в том числе, к повышению безопасности эксплуатации автотранспорта, работающего на компримированном газовом топливе, за счет его адсорбции в микропористом материале высокой насыпной плотности. Может быть использовано в системах хранения, распределения и транспортировки газового топлива, в том числе в топливных системах автомобильного транспорта, в качестве аккумуляторов газа.

Экологические проблемы современности делают проблему перевода автомобильного транспорта на альтернативные источники энергии все более актуальной.

Одним из возможных вариантов решения этой проблемы является перевод автотранспорта на газовые источники топлива: природный газ, метан, водород или их смеси. Для этого, как правило, используются технологии компримирования природного газа до высоких давлений (КПГ). В промышленности наиболее распространенными являются газовые баллоны с давлением 15 МПа, однако количество аккумулируемого в них газа является недостаточным для эксплуатации автомобиля. Так, например, газовый баллон объемом 40 л с рабочим давлением 15 МПа вмещает около 6 м³ природного газа, что эквивалентно, в первом приближении, 6 л бензина. Этого очевидно недостаточно для создания полноценной альтернативы бензину или дизельному топливу, поэтому производители газотопливных систем обычно идут по пути увеличения объема газового баллона и рабочего давления в нем. В связи с этим в настоящий момент в газотопливных системах автомобилей наибольшее распространение получили газовые баллоны объемом 90 л с рабочим давлением 25 МПа, в которых вмещается до 22 м³ природного газа.

Однако использование высоких давлений в автомобильных газотопливных системах создает ряд сдерживающих факторов, препятствующих развитию данного направления.

Основной проблемой является обеспечение пожаро- и взрывобезопасности таких систем хранения, прежде всего в случае возникновения нештатной ситуации, например, аварии, которая может привести к разгерметизации газового баллона и, как следствие, взрыву. В этой связи развитие энергоэффективных, пожаро-взрывобезопасных систем хранения и транспортировки, обладающих повышенной емкостью, высокой плотностью аккумулированного газа, является крайне актуальной задачей.

Наиболее перспективным решением данной задачи является создание систем хранения адсорбированного природного газа (АПГ). По количеству активного объема газа - т.е. газа, который система хранения может передать потребителю, например, в двигатель внутреннего сгорания, системы АПГ могут вместить 160-200 нм³ метана в 1 м³ газового баллона, что несколько меньше, чем при использовании КПГ (200-240 нм³/м³). Однако функционируют они в области малых и средних давлений (от 3 до 10 МПа против 20-25 МПа для КПГ). Кроме того, АПГ за счет меньшего давления (по сравнению с КПГ), нанодиспергированного, связанного состояния природного газа в микропорах адсорбента, а также за счет повышенной теплоемкости обеспечивают существенное снижение пожаро-взрывобезопасности по сравнению с традиционными системами хранения и транспортировки КПГ.

Увеличение количества вмещаемого газа в системе АПГ связывают со следующими направлениями:

- созданием высокоэффективных адсорбентов, способных аккумулировать и выдавать потребителю максимально большое количество газового топлива, при этом под каждое газовое топливо и условия работы адсорбера (интервалы рабочих температур и давлений) необходимо подбирать специальный адсорбент, обладающий прецизионной пористой структурой, подходящей для данных условий работы, например, RU 2148204, 2319893, 2650012. К недостаткам данного направления можно отнести низкую адаптацию адсорбента, ввиду его селективности, к изменению состава и свойств хранимого топлива или внешних условий;

- повышением насыпной плотности адсорбента, а именно созданием блоков адсорбента, например, RU 2625671, 2301701. В данном направлении необходимо соблюсти баланс геометрии и размеров создаваемых блоков, для обеспечения эффективной эксплуатации адсорберов при рабочих технологических параметрах;

- созданием сосудов для хранения газов специальной конструкции, обладающих повышенным объемом, но благодаря своей геометрии и габаритным характеристикам, снижающим полезный объем багажного отделения автомобиля. Например, специализированный сварной адсорбер, US 5577630, 5323953, 4946056 или RU 2648387, 2339870, 2177107. Недостатки нестандартных конструкций, обусловленных обеспечением безопасной эксплуатации при высоких рабочих давлениях, например, таких как емкость для хранения газов (RU 2339870), состоящая из пучка полых капилляров, или многокамерные сосуды для аккумулирования и хранения сжатого газа при разных условиях компрессии (RU 2177107), связаны с необходимостью замены существующего оборудования газотопливной системы, что влечет повышенные капитальные и эксплуатационные затраты.

Наиболее технически простым, апробированным, безопасным и легко интегрируемым в существующие технические решения способом хранения газов является его аккумулирование в газовых баллонах типовых конструкций, заполненных микропористыми адсорбентами. Отличие от систем КПГ в данном случае связано с наличием в газовом баллоне микропористого адсорбента, что позволяет хранить количество полезного газа такое же, как и в системах КПГ, но при более низких давлениях (до 10 МПа).

Однако техническая реализация подобных систем обладает рядом особенностей. Газовые баллоны, как правило, имеют штуцер небольшого диаметра, через который сложно загрузить адсорбент, и в который впоследствии вкручивается вентиль для подачи и сброса газа. Ввиду чего при создании адсорбционных материалов акцент делается на их адсорбционной способности по аккумулируемому газу, а не на комплексе свойств, включающих также их насыпную плотность, размеры и форму гранул, обеспечивающие максимально полное заполнение объема системы хранения, что также оказывает существенное влияние на эффективность ее использования.

Например, известен патент RU 2148204, где для адсорбции и хранения газа используют адсорбционно-удерживающее вещество, которое в качестве основного компонента включает в себя металлоорганический комплекс с одномерной канальной структурой. Данный адсорбционный материал содержит комплекс дикарбоновой кислоты, растворенной в органическом растворителе, с раствором, содержащим, по крайней мере, одну соль, выбранную из группы солей меди, молибдена, хрома, родия, вольфрама или палладия. Такой металлоорганический комплекс адсорбирует и удерживает необходимый газ, содержащий метан в качестве основного компонента, и эта адсорбция может происходить в условиях повышенного давления и нормальной температуры.

Недостатком известного способа является использование металлоорганического комплекса, имеющего одномерную канальную структуру, как правило, получаемого в виде порошка, или «спрессованного соответствующим образом» (без указания условий прессования и характеристик гранул), ввиду чего, при загрузке в газовый баллон либо не обеспечивается должная плотность адсорбента, либо доля пространства, не занятого адсорбентом, может быть высока, что существенно снижает эффективность аккумулирования газов. Известно также, что большинство металлоорганических комплексов чувствительны к механическим нагрузкам, в том числе и циклическим, поэтому применение таких материалов в системах аккумулирования со временем будет приводить к деградации материала и снижению эффективности работы аккумулятора газа.

Выходом из подобной ситуации является использование сформованных в блоки адсорбентов, которые позволяют максимально плотно заполнить объем системы хранения, что, во-первых, позволяет избежать проблемы истирания и уноса адсорбента в процессе эксплуатации, и во-вторых, увеличивает объем аккумулированного газа.

Известен патент RU 2745599, в котором с целью увеличения объемной вместимости в системах хранения и высвобождения газа применяют пористый газосорбирующий монолит. Недостатком способа является использование адсорбента в виде твердого жесткого монолита, что подразумевает отсутствие возможности его извлечения из резервуара без демонтажа последнего, исключая замену адсорбента и многократное использование резервуара.

Наиболее близким аналогом по сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является способ хранения газа при помощи адсорбции в промышленных газовых баллонах, патент RU 2616140, в котором баллоны заполняют микропористым адсорбционным материалом, сформованным в виде шестигранных призм. При этом призмы укладываются таким образом, чтобы соприкосновение между соседними блоками осуществлялось по их граням, для минимизации свободного пространства между призмами. При должной укладке обеспечивается максимально плотная упаковка адсорбента в баллоне, не менее 95% пористого материала.

Недостатком данного изобретения является трудоемкость реализации процесса укладки шестигранных призм в максимально плотную упаковку внутри газового баллона. Достаточно, чтобы одна призма была ориентирована неверно в двумерном пространстве (слое), тогда незаполненный адсорбентом объем вокруг призмы составит, по предварительным геометрическим оценкам, не менее 70% от ее объема. При нарушении ориентации призмы в трехмерном пространстве, в объеме адсорбента, когда нарушается порядок нескольких слоев, величина пустого пространства вокруг призмы вырастет не менее чем в 2 раза от ее объема. Геометрия блоков не позволяет осуществлять автоматизированную укладку, обеспечение максимально плотного заполнения возможно только при использовании ручного контроля во время укладки шестигранных призм, что делает стадию загрузки адсорбента в газовый баллон трудоемкой и длительной.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа хранения природного газа в газовых резервуарах и баллонах типовых конструкций, нивелирующего недостатки аналогов и прототипа, с использованием блочного адсорбента оптимальной геометрии и размера, с автоматизированной укладкой блочного адсорбента высокой насыпной плотности через загрузочный штуцер, таким образом, чтобы блоки адсорбента заполняли объем газового баллона не менее чем на 80%, а также с возможностью многократного использования газового баллона, реализуемой в случае необходимости замены адсорбента.

Техническим результатом заявленного изобретения является:

- снижение давления хранимого компримированного газа внутри газового резервуара или баллона;

- упрощение и ускорение способа загрузки адсорбента для хранения газов в газовых резервуарах или баллонах, используемых в топливных системах автомобильного транспорта;

- повышение безопасности эксплуатации газовых баллонов за счет минимизации свободного от адсорбента объема (обеспечения заполнения объема адсорбентом не менее чем на 80%);

- обеспечение возможности замены адсорбента в процессе эксплуатации газового баллона без его демонтажа и разрушения;

- увеличение срока эксплуатации газовых резервуаров или баллонов за счет снижения нагрузки на их стенки за счет использования при более низком рабочем давлении.

Технический результат достигается за счет того что в способе хранения природного газа в слое адсорбента, включающем заполнение по меньшей мере одного газового резервуара или баллона адсорбентом высокой насыпной плотности, обладающим развитой внутренней поверхностью, сформированной микропорами, согласно способу, адсорбент содержит нанопоры с эффективным диаметром до 2 нм и объемом не менее 0,5 см³/г, и выполнен в виде кубических блоков, диагональ грани каждого кубического блока соотносится с диаметром загрузочного штуцера газового резервуара или баллона как 0,8-0,9/1, заполнение газового резервуара или баллона адсорбентом проводят поэтапно через загрузочный штуцер, таким образом, что на первом этапе блоки адсорбента загружают в количестве, необходимом для заполнения днища, на последующих этапах - загружают по 3-5 слоев до полного заполнения газового резервуара или баллона, по окончании каждого этапа проводят вибрацию газового резервуара или баллона с амплитудой, составляющей 10-30% от длины ребра куба, в течение 1-5 минут, далее проводят сушку и регенерацию адсорбента путем разогрева газового резервуара или баллона до 110°С с одновременным вакууммированием, либо путем прокачки через адсорбент азота, подогретого до температуры 80-110°С, после чего в газовый резервуар или баллон закачивают газ для хранения и герметизируют.

Технический результат достигается также за счет того, что в выше описанном способе хранения природного газа в слое адсорбента поверхность блоков адсорбента перед загрузкой в газовый резервуар или баллон обрабатывают полимерным связующим, размер молекул которого больше эффективного диаметра микропор адсорбента.

Технический результат достигается за счет того, что в выше описанных способах хранения природного газа в слое адсорбента пустоты между блоками адсорбента и стенками газового резервуара или баллона поэтапно заполняют адсорбентом в виде лабильной композиции, при этом лабильная композиция представляет собой смесь порошка или микросфер микропористого адсорбента с вязко текучим латексным связующим.

Для максимально плотной упаковки кубические блоки должны быть уложены таким образом, чтобы соприкосновение между соседними блоками осуществлялось по их граням, для минимизации свободного пространства между ними. Для обеспечения равномерной укладки кубических блоков, заполнение газового резервуара или баллона производится поэтапно. Количество этапов зависит от высоты сосуда. На первом этапе загружают количество кубических блоков, необходимое для заполнения нижней части. На следующих этапах загружают количество кубических блоков, необходимое для заполнения последующих слоев.

После каждого этапа проводится процедура уплотнения блоков адсорбента внутри газового резервуара или баллона вибрацией с амплитудой, составляющей 0,1-0,3 ребра куба, в течении 1-5 минут.

Для оптимальной упаковки блоков необходимо учитывать пустоты, связанные с граничными эффектами по стенкам газовых резервуаров или баллонов, преимущественно имеющих цилиндрическую форму. Так, для идеализированного газового баллона с двумя полусферами сверху и снизу, доля пустот, связанных с граничными эффектами ϕ_г, в первом приближении, составит:

где ϕ_г - доля пустот, связанных с граничными эффектами упаковки блоков адсорбента, L - длина грани кубического блока, мм; D - внутренний диаметр газового баллона, мм; V₀ - объем газового баллона, мм³.

Множитель в скобках учитывает сферические торцевые поверхности газового баллона, на которых тоже возникают пустоты. Таким образом, для метанового баллона, применяемого для легкового автомобильного транспорта, с внутренним диаметром баллона 317 мм, величина пустот будет равна: 8,2 и 12,3% для кубических блоков адсорбента с гранью 10 и 15 мм, соответственно.

Для повышения эффективности аккумулирования природного газа необходимо обеспечить уменьшение объема пустот, связанных с краевыми эффектами. Это возможно сделать, с одной стороны, за счет оптимизации длины грани блока относительно диаметра баллона, с другой стороны, путем заполнения пустот адсорбентом в процессе укладки, например, используя лабильную композицию адсорбента.

Лабильная композиция представляет собой вязко текучую смесь, состоящую из порошка или микросфер микропористого адсорбента, смешанного с жидким связующим. В качестве адсорбента используют микропористый адсорбент, содержащий нанопоры с эффективными диаметрами менее 2 нм и объемом пор не менее 0,5 см³/г. В качестве связующего применяют 5-15% водную дисперсию синтетического или природного латекса высокой плотности. После высушивания дисперсия латекса представляет собой твердый пористый материал с выраженными высокоэластичными свойствами, обеспечивающими амортизацию и сохранность блоков адсорбента при механической нагрузке и вибрации в процессе эксплуатации газовых баллонов. Благодаря низкой адгезии адсорбента к связующему, упругости и невысокой механической прочности последнего, такая композиция при обеспечении плотной загрузки адсорбента сохраняет определенную дискретность и не является жестким монолитом, чем обеспечивается возможность извлечения адсорбента из резервуара или баллона.

Использование лабильной композиции позволяет задействовать объем пустот, возникающих преимущественно в связи с краевыми эффектами упаковки, повышает плотность упаковки блоков адсорбента в газовом резервуаре или баллоне за счет их фиксации у стенок днища и обечайки, повышает срок полезного использования адсорбента за счет амортизирующих свойств синтетического латекса, выдерживающего высокие давления и циклические нагрузки и способствующего снижению истирания блоков адсорбента от удара и трения в процессе эксплуатации.

Использование кубической формы блоков обеспечивает их загрузку в загрузочные штуцеры газовых резервуаров или баллонов любого типа, компактное размещение, возможность замены адсорбента по мере его износа в ходе эксплуатации, для длительного и эффективного использования таких адсорбционных материалов в стандартных конструкциях газовых резервуаров или баллонов практически любого размера.

Кубические блоки образуют относительно плотную и прочную объемную структуру, в которой разрушение одного блока не приводит к разупорядочиванию всей структуры, поскольку каждый блок фиксируется шестью вокруг него, и не менее четырех блоков располагается вблизи стенок газового резервуара или баллона. Разрушение одного из них не «освобождает» фиксируемый блок.

Истирание блоков в процессе эксплуатации может вызывать пылеобразование. С целью снижения вероятности разрушения и пыления блоков адсорбента от вибрации в процессе эксплуатации и при загрузке газовых резервуаров или баллонов допускается также обрабатывать поверхность блоков полимерным связующим, используемым при формировании блоков, или близким к нему по свойствам. При этом связующее не должно проникать внутрь микропор, для этого оно должно состоять из молекул большего размера, чем диаметр микропор.

При большой высоте газового резервуара или баллона подачу блоков адсорбента в загрузочный штуцер проводят через рукав диаметром до 95% от диаметра загрузочного штуцера, из эластичной ткани, длина части рукава, погруженного внутрь газового резервуара или баллона, не менее его высоты. Рукав поднимают по мере заполнения газового резервуара или баллона адсорбентом. При этом он обеспечивает целостность блоков адсорбента за счет их торможения при скольжении внутри рукава.

Сущность изобретения поясняется подробным описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее изобретение примеров его выполнения, а также прилагаемыми иллюстрациями и таблицей:

Таблица - Состав и физико-механические свойства образцов адсорбента.

Фиг. 1 - Модель укладки в газовый баллон цилиндро-сферической формы микропористого адсорбента, сформованного в блоки кубической формы.

Фиг. 2 - Микрофотография поверхности блока адсорбента: а) без лабильной композиции, образец №8 Таблицы; б) с лабильной композицией, образец №10 Таблицы.

Пример 1.

Изготавливали блоки адсорбента, синтезированного на основе торфа, с добавлением связующего - 5%-ной водной дисперсии синтетического латекса марки БС-30 по ГОСТ 11808. Смесь адсорбента со связующим формовали в кубические блоки с длиной грани 15 мм при давлении 30 МПа. Полученные блоки загружали в газовый баллон объемом 60 л, с внутренним диаметром 317 мм и внутренним диаметром загрузочного штуцера 16,5 мм (по зубьям резьбы). Загрузку блоков в баллон проводили поэтапно, из расчета укладки по 5 слоев блоков адсорбента. Каждый этап загрузки завершали вибрацией с амплитудой 0,1 ребра куба (около 1,5 мм) длительностью 5 мин. После заполнения баллона производили сушку и регенерацию адсорбента путем разогрева баллона с адсорбентом до 110°С, с одновременной продувкой горячим сухим воздухом и последующей его откачкой форвакуумным насосом через азотную ловушку.

В таком баллоне расчетный объем пустот составил 14,8%, и пустоты вблизи стенок дополнительно не заполнялись. Массу адсорбента, которая составила 27,6 кг, определяли путем взвешивания баллона до и после заполнения. С учетом того, что насыпная плотность блоков адсорбента равна около 500 кг/м³, определили, что объем адсорбента в баллоне составил 55,0 л (или около 92%). Состав и свойства получаемых блоков адсорбента приведены в Таблице (образец №1).

Пример 2.

Изготавливали блоки адсорбента, синтезированного на основе скорлупы кокоса и сформованного при использовании в качестве связующего 20%-ной водной дисперсии синтетического латекса марки СКС-65 по ГОСТ 10564. Адсорбент формовали в кубические блоки с длиной грани 13,2 мм при давлении 15 МПа. Полученные блоки загружали в металлокомпозитный газовый баллон объемом 10 л, с внутренним диаметром 172 мм и диаметром загрузочного штуцера 16,5 мм (по зубьям резьбы). Загрузку проводили поэтапно, из расчета укладки по 3 слоя блоков адсорбента. Вибрацию проводили с амплитудой 0,1 ребра куба (около 1,4 мм) длительностью 1 мин для каждого этапа. После заполнения баллона производили сушку и регенерацию адсорбента путем прокачки через баллон азота, подогретого до температуры 80-110°С. В таком баллоне расчетный объем пустот составил 11,8%. Насыпная плотность блоков адсорбента равна около 620 кг/м³. Состав и свойства получаемых блоков адсорбента приведены в Таблице (образец №6).

Пример 3.

Изготавливали блоки адсорбента в соответствии с условиями примера 2. Пустоты между блоками заполняли лабильной композицией, поэтапно с заполнением баллона блоками адсорбента после укладки вибрацией. Лабильная композиция представляла собой порошок углеродного адсорбента, смешанного с 15%-ной водной дисперсией синтетического латекса БС-50. Средняя насыпная плотность лабильной композиции составила 500 кг/м³.

Массу адсорбента в баллоне определяли путем взвешивания баллона до и после заполнения. Перед взвешиванием после заполнения адсорбентом баллон подвергали регенерации горячим сухим воздухом с откачкой вакуумным насосом через азотную ловушку. Масса адсорбента в баллоне составила 5,8 кг. С учетом того, что насыпная плотность блоков адсорбента равна около 620 кг/м³, определили, что объем адсорбента в баллоне 9,6 л (96%). Состав и свойства получаемых блоков адсорбента приведены в Таблице (образец №11).

Использование лабильной композиции не препятствует проникновению газа в поры адсорбента ввиду ее нитевидной структуры, что хорошо видно на фотографиях поверхности адсорбента без использования лабильной композиции (на Фиг. 2, а) и с лабильной композицией (Фиг. 2, б). При этом амортизирующие свойства латекса способствуют сохранности блоков адсорбента при механических нагрузках, возникающих в процессе эксплуатации.

Для адсорбента, используемого в мобильных системах хранения газов важным свойством является его теплопроводность, от которой зависит скорость отдачи тепла в окружающую среду (стенкам сосуда под давлением), и в конечном счете, скорость заправки автомобильной системы.

Давление прессования при формовании блоков адсорбента влияет на теплопроводность одновременно в двух направлениях: путем изменения объема газового пространства с низкой теплопроводностью (и соответственно плотности блоков) и путем изменения количества и плотности контакта блоков адсорбента между собой.

Так, адсорбент, синтезированный из отходов органического углеродсодержащего сырья (в примере 2 - скорлупа кокосовых орехов) имеет теплопроводность 0,36 Вт/м*К, насыпная плотность блоков адсорбента 650-680 кг/м³. Получен путем прессования при давлении 30 МПа. Снижение давления прессования с 30 МПа до 15 и 7,5 МПа (образцы №№5-7 Таблицы) приводит к существенному уменьшению теплопроводности соответственно на 23 и 31%. Увеличение массовой доли связующего (латекса) от 5 до 10 и 15% (образцы №№8-10 Таблицы) напротив, значительно увеличивает теплопроводность: соответственно на 48% и 68%. Особенно существенно увеличение теплопроводности при переходе от 5 до 10%, т.к. 5%-ной дисперсии латекса недостаточно для формования плотных блоков.

Адсорбент, синтезированный на основе торфа (пример 1), имеет теплопроводность 0,20 Вт/м*К и насыпную плотность блоков 500-540 кг/м³. Зависимости изменения теплопроводности от содержания латекса в целом совпадают, изменение от 5 до 10 и 15% увеличивает теплопроводность соответственно на 48% и 68%.

Снижение давления внутри газового резервуара или баллона происходит за счет использования спрессованного в блоки адсорбента с развитой внутренней поверхностью. Упрощение и ускорение способа загрузки адсорбента для хранения газов в газовых баллонах, используемых в топливных системах автомобильного транспорта обеспечивает автоматизация процесса, существенное уменьшение времени укладки блоков адсорбента, возможность быстрой загрузки адсорбента в обменные баллоны, используемые как сменные картриджи для автомобильных газотопливных систем. Повышение безопасности эксплуатации газовых баллонов происходит за счет минимизации свободного объема (обеспечивается заполнение объема адсорбентом не менее чем на 80%), что реализуется подбором оптимальной геометрии и размеров блоков адсорбента, адаптированного под преимущественно используемые при хранении газов цилиндрические газовые резервуары или баллоны. Увеличение срока эксплуатации блоков адсорбента, уменьшение их разрушения в процессе загрузки обеспечивается применением эластичного загрузочного рукава и снижения истирания адсорбента в ходе эксплуатации за счет плотной упаковки блоков адсорбента внутри газового баллона, а при необходимости, заполнения пустот лабильной композицией из упругого материала. Обеспечение возможности замены адсорбента в процессе эксплуатации газового баллона без его демонтажа и разрушения осуществляется за счет дискретности адсорбента при сохранении его оптимальной насыпной плотности и адсорбционной емкости. Увеличение срока эксплуатации газовых резервуаров или баллонов происходит за счет снижения нагрузки на их стенки за счет использования при более низком рабочем давлении.

Таким образом, предлагаемый способ хранения природного газа в слое адсорбента позволяет достичь заявленный технический результат при сохранении приемлемой для экономичной эксплуатации газовых хранилищ и топливных систем автомобильного транспорта емкости хранимого газа, при одновременном снижении взрыво- и пожароопасности системы по сравнению с полыми хранилищами. Использование компактных блочных адсорбентов, подбор их оптимальной геометрии и технологии загрузки и эксплуатации в газовые баллоны типовых конструкций, возможность извлечения адсорбента при необходимости его полной или частичной замены существенно улучшают экономические показатели процесса. Предлагаемые геометрические параметры блочных адсорбентов оптимальны для наиболее распространенных газовых баллонов и цилиндрических резервуаров для хранения газов. А использование предлагаемой лабильной композиции позволяет минимизировать не занятый адсорбентом объем внутри газового баллона при сохранении его адсорбционной способности.

Изобретение относится к способу хранения природного газа, метана, водорода и их смесей, в типовых конструкциях газовых резервуаров и баллонов, к повышению количества газового топлива, аккумулируемого в газовом резервуаре или баллоне за счет адсорбции в микропористом материале высокой насыпной плотности. Предлагаемый способ включает хранение газов в слое адсорбента, сформированного в блоки кубической формы определенного размера, оптимального для каждого типоразмера газового резервуара или баллона, загружаемые через загрузочный штуцер поэтапно, по окончании каждого этапа заполнения осуществляют вибрацию газового резервуара или баллона, а после заполнения производится сушка и регенерация адсорбента. Способ позволяет осуществить безопасное аккумулирование объемов газа, достаточных для эксплуатации автомобиля, при этом способ укладки блочного адсорбента высокой насыпной плотности в газовые резервуары или баллоны через загрузочный штуцер может быть автоматизирован, а блоки адсорбента заполняют объем газового резервуара или баллона не менее чем на 80%. Способ способствует созданию энергоэффективных, пожаро-взрывобезопасных систем хранения и транспортировки газов, обладающих повышенным запасом, т.е. высокой плотностью аккумулированного газа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ хранения природного газа в слое адсорбента, включающий в себя заполнение по меньшей мере одного газового резервуара или баллона адсорбентом высокой насыпной плотности, обладающим развитой внутренней поверхностью, сформированной микропорами, отличающийся тем, что адсорбент содержит нанопоры с эффективным диаметром до 2 нм и объемом не менее 0,5 см³/г и выполнен в виде кубических блоков, диагональ грани каждого кубического блока соотносится с диаметром загрузочного штуцера газового резервуара или баллона как 0,8-0,9/1, заполнение газового резервуара или баллона адсорбентом проводят поэтапно через загрузочный штуцер таким образом, что на первом этапе блоки адсорбента загружают в количестве, необходимом для заполнения днища, на последующих этапах - загружают по 3-5 слоев до полного заполнения газового резервуара или баллона, по окончании каждого этапа проводят вибрацию газового резервуара или баллона с амплитудой, составляющей 10-30% от длины ребра куба в течение 1-5 минут, далее проводят сушку и регенерацию адсорбента путем разогрева газового резервуара или баллона до 110°С с одновременным вакууммированием либо путем прокачки через адсорбент азота, подогретого до температуры 80-110°С, после чего в газовый резервуар или баллон закачивают газ для хранения и герметизируют его.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхность блоков адсорбента перед загрузкой в газовый резервуар или баллон обрабатывают полимерным связующим, размер молекул которого больше эффективного диаметра микропор адсорбента.

3. Способ по одному из пп. 1, 2, отличающийся тем, что пустоты между блоками адсорбента и стенками газового резервуара или баллона поэтапно заполняют адсорбентом в виде лабильной композиции, при этом лабильная композиция представляет собой смесь порошка или микросфер микропористого адсорбента, смешанного с водной дисперсией синтетического латекса, используемого в качестве связующего и находящегося в вязко текучем состоянии.