Способ заправки природным газом адсорбционного аккумулятора Советский патент 1989 года по МПК F17C11/00 F17C5/06 

, 1 ,

Изобретение относится к хранению природного газа, в час.тности к способам заправки аккумуляторов природным газом, используемых в качестве топливного бака на транспортных средствах, например автомобилях.

На фиг.1 представлена принципиальная схема заправки; на фиг,2 - температурные зависимости разогрева адсорбента от условий и времени заправкиJ на фиг.З - зависимости степени заполнения адсорбционного аккумулятора природным газом от условий и времени заправки.

Пример 1. Для заправки берут аккумулятор природного газа

(фиг.1), представляющий собой цилиндрический бак 4 диаметром 400 мм и емкостью 400 л, выполненный из нержавеющей стали и заполненный активированным углем 2 марки APT фракцией до 2000 мкм, удельной поверхностью 900 и средней теплотой адсорбции метана кал/г.

На входном патрубке 3 бака установлены дроссельная шайба 4 и вентиль 5, а на выходном патрубке 6 - вентиль 7. Через вентили 5 и 7 бак 1 подсоединяют соответственно к нагнетающему трубопроводу 8 и отходящему (обратному) трубопроводу 9 системы заполнения (не показана). Для конт.4

iNd vl

СА

СЮ

роля и автоматического управления процессом заправки на баке 1, нагнетающем и отходящем трубопроводах 8 и 9 установлены термопары 10-13- : и датчики 14-16 давления, соединен- ; ные с блоком контроля и управления системы заполнения (не показаны). При открытых вентилях 5 и 7 природ- ньш газ подают по нагнетающему трубопроводу 8 под давлением атм, дросселируют газ посредством шайбы 4, продувают через слой активированного угля 2 и сбрасывают в отходящий (обратньй) трубопровод 9 под давлением 1,5 атм, т.е. Р-перепад давлений на входе и выходе аккумулятора составляет 23,5 атм. За 5 мин пропускают 2,9 м природного газа (К 7,3).

В аккумуляторе при таком способе заправки в начальньш момент времени происходит локальньй разогрев адсорбера, регистрируемьй термопарами. Величина разогрева в зависимости от скорости прокачки (кратности обмена) природного газа изменяется и может достигать 100°С. Однако разогрева всей конструкции аккумулятора при предлагаемом способе заправки не происходит, так как послойньш (локальньй) разогрев адсорбента перемещается вдоль оси аккумулятора от входа к выходу со скоростью движения фронта закачиваемого природного газа.

В примере время прохождения теп-. лового импульса вдоль оси аккумулятора равно 4,8 мин. Локальньй разогрев адсорбера и перемещение разогрева вдоль оси аккумулятора обеспечивает регенерацию адсорбера от вредных примесей, адсорбированных в результате предыдущей заправки.

I

После прохождения теплового импульса, регистрируемого термопарами 11 и 12, вентиль 7 закрьшают и продолжают закачку аккумулятора природным газом до рабочего давления 20 аТм. Полезная используемая адсорбционная емкость угля составила 20,5 кг/400 л, при этом мощность тепловыделения при времени заправки 400 с составила 43 кВт. В случа:е заправки аккумулятора в глухой бак (без дросселирования и продувки) время заправки составляет 2,5 ч (фиг.З).

1472739

Аналогично примеру 1 была произведена заправка аккумуляторов природным газом, заполненных адсорбентами, у которых средняя теплота Q, вьщеляющаяся при адсорбции равна 131 кал/г и 244 кал/г. Используемая полезная адсорбционная емкость соответственно составляла: 19,2 кг/

1Q /400 л и 21,8 кг/400 л, а мощность тепловыделения при времени заправки 400 с - соответственно 27 и 56 кВт. В таблице представлена зависи- объема пропускаемого прироД15 ного газа по отношению к объему ак- кумулятора (кратность обмена) для адсорбентов с различной средней теплотой выделения при адсорбции и в зависимости от Р давления на вхо20 де в аккумулятор и ЬР - перепада - давления на входе и выходе.

Поскольку процесс заправки ис30

35

40

ключает перегрев аккумулятора, то отпадает необходимость в использова- 25 НИИ при заправке теплообменной арматуры, что также позволяет упростить процесс заправки аккумулятора, снизить его металлоемкость и сделать процесс заправки дешевле за счет снижения энергозатрат на подачу хладагента в аккумулятор« Перекрытие потока природного газа на выходе и продолжение закачки до рабочего давления являются конечными операциями заправки, обеспечивающими повышение температуры аккумулятора при адсорбции дополнительного количества природного газа (фиг. 2).

Таким образом, сочетание относительного понижения температуры аккумулятора на начальной стадии и повышение температуры на конечных операциях заправки позволяют максимально использовать адсорбционные свойства адсорбента аккумулятора, а соотношение объемов пропускаемого природного газа обеспечивает высокую эффективность и производительность, поскольку позволяет контролировать условия проведения заправки и исключает дополнительные операции по- . дачи хладагента.

Основой для получения эмпиричес- 55 кой зависимости коэффициента обмена К от ключевых параметров процесса являются физические зависимости, вьювленные экспериментально. В ча45

50

0

5

0

ключает перегрев аккумулятора, то отпадает необходимость в использова- 5 НИИ при заправке теплообменной арматуры, что также позволяет упростить процесс заправки аккумулятора, снизить его металлоемкость и сделать процесс заправки дешевле за счет снижения энергозатрат на подачу хладагента в аккумулятор« Перекрытие потока природного газа на выходе и продолжение закачки до рабочего давления являются конечными операциями заправки, обеспечивающими повышение температуры аккумулятора при адсорбции дополнительного количества природного газа (фиг. 2).

Таким образом, сочетание относительного понижения температуры аккумулятора на начальной стадии и повышение температуры на конечных операциях заправки позволяют максимально использовать адсорбционные свойства адсорбента аккумулятора, а соотношение объемов пропускаемого природного газа обеспечивает высокую эффективность и производительность, поскольку позволяет контролировать условия проведения заправки и исключает дополнительные операции по- . дачи хладагента.

Основой для получения эмпиричес- 5 кой зависимости коэффициента обмена К от ключевых параметров процесса являются физические зависимости, вьювленные экспериментально. В ча5

0

стности было определено, что коэффициент обмена К при заполнении аккумулятора с адсорбентом уменьшается с увеличением плотности газа. Оп ределив эту зависимость и введя пос тоянные величины в эмпирическую фор мулу, в качестве основного технологического параметра введена обратно пропорциональная зависимость коэффи-

472739 .

циента К от исходного рабочего давления на входе в аккумулятор. Кроме того, экспериментально установлено, g что увеличение перепада давления на входе и выходе аккумулятора и снижение теплоты адсорбции метана также влияет на уменьшение коэффициента обмена, в связи с чем в эмпирическую

10 формулу введен параметр UP/Q.

Изобретение относится к хранению природного газа, в частности к способам заправки аккумуляторов природным газом, используемых в качестве топливного бака на транспортных средствах, например автомобилях. Цель - повышение производительности. Сущность: охлаждение аккумулятора осуществляют предварительной продувкой его природным газом, который дросселируют на входе в аккумулятор, и количество продуваемого газа соответствует К объемам аккумулятора. 3 ил.

1гЗТР-з

/

S

сриеЛ

-%13

16

W

ЗапраВка при протёке и дроссели/ювании

го

J5 20 25 30 Время, мин Физ.2

ПреЗлаеаемыи способ

§-80 I I «О

2

«I

/О

20

да W

Лрото/пип.

35

40

-44- 50 60 Врбмя мин Фие. 3

2 час vaca