一种新型吸附天然气储罐

1.一种新型吸附天然气储罐，其特征在于，包括一罐体，在所述罐体中设置有用于存储吸附天然气的吸附床，所述吸附床包括由多层翅片构成的翅片换热器以及在相邻层翅片之间填充的吸附剂，在所述罐体中还设置有用于充放天然气的中心管，所述中心管插入设置在吸附床中，在所述罐体中还设置有用于对吸附剂进行换热的冷却管。
2.根据权利要求1所述的新型吸附天然气储罐，其特征在于，所述罐体顶部设置有冷却水进口，所述冷却水进口下方连接有进水汇集管，所述进水汇集管连接有多根进水冷却管，所述进水冷却管插入到吸附床中，并在底部通过U型弯连接对应的出水冷却管，所述出水冷却管均连接到一出水汇集管中，所述出水汇集管连接至设置在罐体顶部的冷却水出口。
3.根据权利要求1所述的新型吸附天然气储罐，其特征在于，所述中心管插入在吸附床的部分的管壁上设置有多个开孔，所述开孔的直径为1~10mm。
4.根据权利要求3所述的新型吸附天然气储罐，其特征在于，相邻开孔的间隔为
5~100nm。
5.根据权利要求1所述的新型吸附天然气储罐，其特征在于，所述相邻层的翅片之间的间距为10~200mm。
6.根据权利要求1所述的新型吸附天然气储罐，其特征在于，所述吸附床外侧采用不锈钢丝网进行固定。
7.根据权利要求1所述的新型吸附天然气储罐，其特征在于，所述罐体底部留有预定的空间，所述空间大小为罐体内部体积的5%~15%。
8.根据权利要求1所述的新型吸附天然气储罐，其特征在于，所述罐体顶部包括一上密封法兰盘以及下密封法兰，所述上密封法兰盘与下密封法兰之间通过螺钉固定，并在上密封法兰盘与下密封法兰之间设置有密封垫。
9.根据权利要求2所述的新型吸附天然气储罐，其特征在于，所述进水汇集管以及出水汇集管均横向设置在吸附床上方。
10.根据权利要求1所述的新型吸附天然气储罐，其特征在于，所述中心管设置在罐体的中心位置。

一种新型吸附天然气储罐\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及天然气储运技术领域，尤其涉及一种新型吸附天然气储罐。\n背景技术\n[0002] 吸附天然气（Adsorbed Natural Gas，ANG）存储技术作为替代压缩天然气（CNG）存储技术，以用于能量储运而吸引了众多研究者的关注，ANG的设计具有更高的能量密度，相比CNG技术其存储压力大大降低。ANG存储系统借助于吸附技术的优势将天然气存储在相对低压（3-6 MPa）的轻质储罐内，储罐内冲填有多孔的吸附剂。ANG技术可以实现灵活的储罐外形设计，其储存压力使用并不昂贵的单级压缩机就可以很容易地实现。\n[0003] ANG存储系统中的天然气是吸附于多孔吸附剂上，易于受到吸附和脱附过程中热效应的影响。由于吸附是一个等温过程，相比等温吸附过程而言充气过程中吸附剂温度升高，由此导致气体存储能力下降，因此，天然气在充气时不得不尽量降低流量，以使其充气过程接近于等温吸附，因此而延长了充气时间。同样地，放气时吸附剂温度会降低，从而增加吸附物的残留量，由此在降压过程中减少了气体储运量。一般解决办法是增加一套装置使其在充气时制冷，在放气时加热。\n[0004] 目前的方法主要是增强从ANG罐壁到储罐中心的换热，通过在储罐中插入一根多孔管（气体扩散器）至吸附剂床中心而实现。气体分子质量输送的阻力通过在径向而非轴向改变气体扩散方向而被大大的减小了。但是，由于吸附剂热性能（如导热系数，比热容）较差，在ANG储罐充放气过程中热效应并没有明显得到提高。\n[0005] 另外，也有对吸附材料进行改进的方法，Biloe等研究了高热导率的吸附剂合成材料，这种材料是将活性炭和高导热材料（如膨胀天然石墨ENG）加以合成。尽管吸附剂合成后其热导率提高了30倍，但是由于粘合材料占据了吸附剂床的一定空间，该技术减少了相同储罐容积的气体吸附量。Mota和Jasionowski等则在吸附剂床中引入了一种相变材料（水合盐），通过消耗吸附热和供应解析热的方式增强了热容量。但是，这种材料要求其比熔点接近环境温度，而ANG储罐的操作条件各异，各地环境温度差别较大。此外，该方法的缺点还在于相变材料也占据了储罐总容量的相当一部分体积，因此影响了储罐整体的吸附容量。\n[0006] 因此，现有技术还有待于改进和发展。\n实用新型内容\n[0007] 鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种新型吸附天然气储罐，旨在解决现有的吸附天然气储运技术中易受热效应影响、吸附容量有待提高的问题。\n[0008] 本实用新型的技术方案如下：\n[0009] 一种新型吸附天然气储罐，其中，包括一罐体，在所述罐体中设置有用于存储吸附天然气的吸附床，所述吸附床包括由多层翅片构成的翅片换热器以及在相邻层翅片之间填充的吸附剂，在所述罐体中还设置有用于充放天然气的中心管，所述中心管插入设置在吸附床中，在所述罐体中还设置有用于对吸附剂进行换热的冷却管。\n[0010] 所述的新型吸附天然气储罐，其中，所述罐体顶部设置有冷却水进口，所述冷却水进口下方连接有进水汇集管，所述进水汇集管连接有多根进水冷却管，所述进水冷却管插入到吸附床中，并在底部通过U型弯连接对应的出水冷却管，所述出水冷却管均连接到一出水汇集管中，所述出水汇集管连接至设置在罐体顶部的冷却水出口。\n[0011] 所述的新型吸附天然气储罐，其中，所述中心管插入在吸附床的部分的管壁上设置有多个开孔，所述开孔的直径为1~10mm。\n[0012] 所述的新型吸附天然气储罐，其中，相邻开孔的间隔为5~100nm。\n[0013] 所述的新型吸附天然气储罐，其中，所述相邻层的翅片之间的间距为10~200mm。\n[0014] 所述的新型吸附天然气储罐，其中，所述吸附床外侧采用钢丝网进行固定。\n[0015] 所述的新型吸附天然气储罐，其中，所述罐体底部留有预定的空间，所述空间大小为罐体内部体积的5%~15%。\n[0016] 所述的新型吸附天然气储罐，其中，所述罐体顶部包括一上密封法兰盘以及下密封法兰，所述上密封法兰盘与下密封法兰之间通过螺钉固定，并在上密封法兰盘与下密封法兰之间设置有密封垫。\n[0017] 所述的新型吸附天然气储罐，其中，所述进水汇集管以及出水汇集管均横向设置在吸附床上方。\n[0018] 所述的新型吸附天然气储罐，其中，所述中心管设置在罐体的中心位置。\n[0019] 有益效果：本实用新型将翅片换热器应用在吸附天然气储罐中，配合冷却管，以及设置在翅片之间填充的吸附剂，使得储罐中天然气吸附及脱附操作过程受吸脱附热效应影响较小，以及充放气过程快捷便利，吸附容量高，实现了天然气的快速吸附储运，本实用新型具有储运密度大、能效高等优点，有效提高了吸附天然气的储运效率，可大规模应用于天然气中短距离储运领域中。\n附图说明\n[0020] 图1为本实用新型一种新型吸附天然气储罐较佳实施例的结构示意图。\n[0021] 图2为图1所示示意图中A-A面的剖视图。\n[0022] 图3为本实用新型的新型吸附天然气储罐中活性炭压片成型后的结构示意图。\n具体实施方式\n[0023] 本实用新型提供一种新型吸附天然气储罐，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。\n[0024] 请参阅图1，图1为本实用新型一种新型吸附天然气储罐较佳实施例的结构示意图，如图所示，其包括一罐体24，在该罐体24中设置有用于存储吸附天然气的吸附床（图中未示出），此吸附床包括翅片换热器，翅片换热器由多层用于导热的翅片21构成，在相邻层翅片21之间填充有吸附剂22，吸附剂22可以采用压片成型，通过压片成型为需要的形状安装在翅片21之间，整体构成吸附床，从而使吸附床整体可更换式安装，便于吸附剂充填更换也便于罐体内部检修。\n[0025] 在罐体21中还设置有用于充放天然气的中心管15，该中心管15的充放气口设置在顶端，所述中心管15插入设置在吸附床中，例如如图1所示的竖向插入在吸附床中，该中心管15的作用是对储罐中充入天然气或从储罐中放出天然气，另外，在所述罐体24中还设置有冷却管，该冷却管的作用是增强吸附床在充放天然气中的热传递，减小吸附热效应，增强储罐吸附效率，即增强与吸附床的换热，冷却管中可通过通入循环水来进行热交换，例如循环冷水或循环热水。\n[0026] 下面结合附图2和附图3来对本实用新型的结构进行具体的说明。\n[0027] 如图1所示，在所述罐体24顶部设置有冷却水进口14，所述冷却水进口14下方连接有进水汇集管16，该进水汇集管16水平设置，用来将循环水分别流入到进水冷却管20，进水冷却管20设置有多根，并均连接到该进水汇集管16上，进水冷却管20插入到吸附床中，这样从冷却水进口14流入的循环水通过进水汇集管16流入到各进水冷却管20中，与吸附床进行换热。在进水冷却管20底部，其通过U型弯25（即U型管）连接出水冷却管19，一进水冷却管20与一出水冷却管19连接，这样多根出水冷却管19也从储罐底部延伸至吸附床的上方，并在吸附床上方与一出水汇集管18连接，出水汇集管18再连接设置在罐体24顶部的冷却水出口17，实现循环水的循环。这样出水冷却管19与进水冷却管20交叉排列在翅片式换热器中，联合翅片式换热器，大大降低天然气在储罐内吸附和脱附过程中的热效应。\n[0028] 在吸附过程中，吸附产生的热量，通过穿过翅片安装的冷却管流动的循环水（冷水）而被转移，这样吸附床就能很快被冷却至环境温度，在脱附过程中，冷却管中流动的循环水（热水）将热量转移给吸附床，从而使吸附床吸附的气体最大化的释放。\n[0029] 在本实用新型中，采用超薄的翅片和很细的冷却管，翅片与冷却管交叉排列，使得翅片和冷却管所占的有效体积很小，有效提升储罐的吸附容量。\n[0030] 所述进水汇集管16以及出水汇集管18均横向设置在吸附床上方，这样就可以将循环水从吸附床自上而下通过，达到强化换热的目的。\n[0031] 在罐体24顶部包括一上密封法兰盘11以及下密封法兰13，所述上密封法兰盘11与下密封法兰12之间通过螺钉28固定，并在上密封法兰盘11与下密封法兰13之间设置有密封垫12。在活性炭安装完毕后，并套装于储罐的罐体中之后，可法兰连接和螺钉禁固的方式完成储罐的安装。本实用新型的装置属于中压操作范围，所以可选用不锈钢材料制品，以保证强度和安全要求。\n[0032] 翅片21和冷却管（包括进水冷却管和出水冷却管）均使用紫铜等高热导率的材料加工制成，外表可采用镍鉻电镀工艺处理，增强材料表面的耐腐蚀性，与罐体24的中心管\n15和法兰的连接可采用钎焊工艺完成。其中的高热导率材料除了紫铜外，还可以是高导热铝合金、高导热铬铜合金或者高导热合金钢等材料。\n[0033] 在所述中心管15插入在吸附床的部分的管壁上设置有多个开孔，即中心管15处于吸附床的部分设置开孔，开孔的直径优选为1~10mm，开孔的间隔则优选为5~100nm。具体的开孔数量可根据管长和储气量等参数来确定。\n[0034] 其中的吸附剂22可采用高比表面活性炭材料，其比表面积大于2200m2/g其采用压片成型进行压制，即整体成型的活性炭结构，使之具有较高的表观密度，表观密度范围优选为1.0~3.0g/ml。通过采用高比表面活性炭作为吸附剂，可在中压条件下（3~6MPa）将天然气压缩使其以吸附态和压缩态两种形式储存于储罐内部吸附床上，实现天然气的高效存储和应用。\n[0035] 本实施例中，翅片21也设置成分层结构，使得活性炭采用分层结构进行布置，相邻层的翅片21之间的间距为10~200mm，这样活性炭之间的分层高度为10~200mm，其具体可根据储罐大小以及吸附容量来确定，活性炭成型为1/6扇环形状，如图3所示，其尺寸可根据储罐大小和翅片尺寸加以调整，安装时，逐片逐层安装，从而有效利用化热。\n[0036] 所述吸附床外侧采用不锈钢丝网（即不锈钢材质的钢丝网）23进行固定，并与翅片进行固定，保存储罐内充填的吸附剂的固定并避免移位，同时可增强与临近气体的换热。\n[0037] 所述罐体24底部留有预定的空间，所述空间大小为罐体24内部体积的5%~15%，保留这样的气相空间，一方面是为了保证充气的通畅性，另一方面是加强了气相空间的气体换热，有利于吸附、脱附产生的热量的快速转移。\n[0038] 进一步，中心管15可设置在罐体24的中心位置，以便将天然气均匀吸附在吸附剂上，避免吸附不均匀。并且中心管15外包覆有铜丝网26，以防止吸附剂粉末飘散或堵塞。\n在罐体24中还可设置一工艺口27，以便实时掌握罐内情况。\n[0039] 具体使用时，若进行吸附操作，则先接通气源和循环水（冷水），即可对储罐进行充气操作，充气压力为3~6MPa，循环水开始循环流动换热，循环水温度范围为10~30℃，整个充气过程大约3~5min即可完成，快速便捷，充气完成后，关闭罐体的阀门即可。\n[0040] 在储罐运送至目的地之后，可进行放气操作，具体可接通循环水和接收装置，打开罐体的阀门，根据用气流量调节阀门开度，此时，循环水的温度范围要大于40℃，确保储罐内的天然气能够充分脱附，由此完成整个储运操作过程。\n具体实施例\n[0041] 设计新型吸附天然气储罐装置为60L，其中活性炭重装体积为54L；翅片换热器均采用紫铜加工，翅片换热器体积仅占贮罐总容积的3.5%，影响可以忽略不计，部分自由气相空间强化了储罐内的气体换热。充填活性炭质量共计72.5kg，表观堆密度为1.34g/mL，充气时的循环水温度为20℃，流量为1.5kg/s，充气平衡后的压力为3.95MPa，吸附体积容量经计算可达到180V/V，脱附效率达到95%以上。\n[0042] 综上所述，本实用新型将翅片换热器应用在吸附天然气储罐中，配合冷却管，以及设置在翅片之间填充的吸附剂，使得储罐中天然气吸附及脱附操作过程受吸脱附热效应影响较小，以及充放气过程快捷便利，吸附容量高，实现了天然气的快速吸附储运。\n[0043] 应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。