吸收吸附性贮存多组分气体的方法和装置

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本发明涉及在一个装有吸收吸附物质的存贮容器中，吸收吸附性存贮多组分气体，如添味天然气或其它多组分气体燃料的方法和装置。更确切地说，本发明涉及这样一种存贮多组分气体的方法和装置，无论在存贮容器中吸收吸附性存贮之前或之后，这种多组分气体中至少有一种组分与其它组分相比其相对浓度水平基本保持在一个预定的最小值。需要指出，这里说的“吸收吸附剂”和“吸收吸附性”等词是指使用吸附物质或吸收物质。\n近来，在气体燃料存贮应用中，以及从其它气体的存贮中发现，利用高表面积吸收物质（吸附剂或吸收剂）可以在较低压力下显著地提高存贮能力，这样导致了用于便于携带和不便于携带的消耗气体燃料的装置的气体燃料的各种可运载和不可运载的应用的发展。这类应用的例子在美国专利4，531，558，4，523，548和4，522，159。以及在1985年11月13日提交的797，438号美国专利申请中被公开并更详细地讨论了。与本发明一样，所有这些都转让给同一个受让人，并且它们中所公开内容在这里结合起来参考。\n尽管上面提到的用于气体燃料存贮的系统和装置已被证明有很大的优越性，但利用吸收吸附物质存贮往往导致添味剂或其它添加物或组分的去除，这些添加组分加到这样的气体燃料中是为了安全目的或 其它必要理由或者是在特殊应用中需要的，这种添味添加物或在多组分天然气中其它组分的不希望的去除，往往是由于这些添味剂，添加物或其它所希望的组分包含重的，长链化合物，与气体燃料或其它气体相比它们优先被吸收吸附物质所吸收或吸附。所以，虽然这些优先被吸收吸附的物质在提供给存贮装置的天然气或其它气体中具有预定的最小数量或浓度，但是因为它们较容易被存贮箱或存贮容器中的吸收吸附物质所吸收，所以在把所贮存的气体从容器放出使用时、它们会被从气体中去除或减少到不合要求的低浓度水平。\n因此需要这样一种吸收吸附性气体存贮装置和方法，在这种装置和方法中无论是在把多组分气体吸收吸附性地存贮到存贮容器之前还是之后，都使多组分气体中某些易于被吸收的添加物或组分的最低数量或浓度水平得到保持。\n根据本发明，提供了一种方法和装置，这种方法和装置用于向一个装有吸收吸附物质的空器存入和从中可选择地放出多组分气体，同时基本保持气体中某种组分的最低数量或最低浓度。在这个方法和装置中，气体的第一组分，即最易于被吸收吸附物质吸收的组分，在多组分气体中占有预定的最小数量或最低浓度水平，它大大低于第二组分的数量。首先，在容器中的吸收吸附物质在第一预定压力下用预贮数量的第一组分吸收吸附性饱和，然后将欲存贮的多组分气体在压力下导入容器，同时容器被加压至第二预定压力，这一压力高于上面提到的第一预定压力。这样就把多组分气体的第一组分和第二组分都吸收吸附性地存贮到了有吸收吸附物质的容器中。\n当被存贮和加压的多组分气体被选择地从容器中释放时，容器中的吸收吸附物质解吸收吸附性地放出多组分气体，在解吸收吸附性地释放已存贮的气体的过程中容器中的压力下降时，第一组分至少处于 上面所述的预定数量或浓度。实际上，由于在第一预定压力水平下吸收吸附物质被用所要求的第一组分预贮饱和，因此在把所贮存的多组分气体从容器中释放并用于气体消耗系统或其它应用时，这种易吸收的第一组分最低的理想浓度水平仍得到保持。\n在本发明的实施例中，上面提到的吸收吸附物质吸收吸附性饱和时的第一预定压力，基本与大气压力相等，但是在特殊应用中也可以是其它压力值。所以当多组分气体被导入存贮容器以便吸收吸附性存贮时，压力升到比等于大气压力的第一预定压力高的第二预定压力。被导入吸收吸附物质使之吸收吸附性饱和的第一组分预贮量最好是气态的。然而，由于第一组分往往具有低于第一预定饱和压力的汽化压力，这样的组分也可以在液态下导入，而吸收吸附物质以气体状态吸收保存第一组分。\n在本发明的推荐形式中，在吸收吸附物质放入存贮容器之后，使吸收吸附物质以上述方式吸收饱和。然而，如果认为有必要或在特殊应用场合，也可以在吸收吸附物质放入存贮容器之前或与存贮容器联接之前使之进行吸收吸附性饱和。\n本发明其他的目的，优点和特征，从后面结合附图所作的阐述和提出的权利要求中将变得明朗。\n图1显示了根据本发明的一个典型的气体贮存装置及方法。\n图2表示了一组压力与各种被吸收吸附物质吸附或吸收的不同气体的贮量之间的关系曲线。\n图3是一个放大的局部图，表示了本发明的另一个实施例。\n为了具体说明，图1到图3描述了根据本发明的一种典型的气态燃料吸收吸附存贮装置和方法。一个这一领域的行家联系附图和后面的权利要求，可以从下面的讨论中很快地认识到，本发明的原理不仅 适合于图示的装置，同样也适合于气体吸收吸附性存贮系统装置。在这里，应该强调的是，附图描述了本发明用于一种存贮添味天然气的应用，在天然气中以预定的最低浓度水平加入添味剂，以便在天然气从管道或其他气体系统泄漏或不正常逸出时能被察觉。但是本发明并不局限于这一专门的应用。\n参照图1，一个存贮容器10，其中包括一种吸收吸附物质12，它用于吸收吸附性地贮存被导入存贮容器10的多组分气体。尽管吸收吸附物质12，最好是由一种吸收吸附物质组成，如活性炭，沸石，硅胶或粘土，但是也可以使用其它的被本领域中的行家所熟知的吸附剂或吸收剂。\n存贮容器10应具有一个进/出气装置14，它上面有一个压力计16，一个关闭阀18和一个进/出气接口20。进/出气装置14使存贮器能与供气管路或供气管32的气源30的气流联接或断开，供气管32具有一个关闭阀34和一个供气联接器36。供气联接器36可以与接口20联接或断开，使供气源30和存贮器10接通。\n类似地，一个添味剂源40或其它的多组分气体中一种组分的供给源，具有一个添味剂供给管路或供给管42，其上带有一个关闭阀44和一个添味供给接口46。添味剂供给接口46同样适合与接口20联接或断开，以使添味剂源40和存贮器10接通。通常与天然气一起使用的添味剂是二甲基硫化物（dimethylsulfide）（DMS），tetrahydrothiothene（THT），tertiary    butyl    mercaptan（TBM）或它们的化合物或混合物，但其它已知的添味剂，包括其它的硫醇（mercaptans）或硫化物也可以使用。\n同样地，该装置可以任选、但最好包括一个真空或减压装置22，它带有一个真空管路或真空管24，一个关闭阀26，和一个真空源接口28。真空源接口可以可拆卸地与接口20联接，以便随意选择但最好在吸收吸附物质12预贮饱和状态之前将容器10减压，关于吸收吸附物质12的预贮饱和状态在后面将进一步说明。\n另外，吸收吸附物质12可选择地，但最好在上面提到的、在预贮添味剂饱和状态之前的减压过程中由加热器38加热。这种加热可以释放任何不需要的沾染物或其他被吸收吸附物质12事先吸附的其他物质，这样就增加了有效贮存能力。\n由于从源40来的添味剂或其它多组分气体的预定组分往往是较重的、长链物质，与天然气（主要是甲烷）或其它多组分气体相比，在各种存贮压力下，吸收吸附物质12等温地吸收的添味剂数量（体积或质量）要比甲烷多得多。同样，随着存贮压力的上升，所能吸收的纯添味剂的数量的变化比所能吸收的添味剂与甲烷混合气即来自30的添味天然气的数量的变化大得多。这一现象图示于图2，其中显示了纯添味剂、添味天然气和甲烷的等温曲线，并相应地用数字448，50和52表示。\n由于上面讨论过的优先吸收吸附存贮现象，导致从源30导入存贮器10的添味天然气中的添味剂被优先吸入到吸收吸附物质12中，而且在将贮存的添味天然气释放给天然气消耗设备或其它天然气系统时，又被保留在吸收吸附物质中。这种现象是不希望出现的。因为需要和希望添加低浓度水平的添味剂是为了能够察觉在天然气消费系统中的泄漏以及其它不正常的天然气逸出现象，添味剂的浓度水平一般是在百万分之二到百万分之十的范围内。\n为此，根据本发明，最好先将存贮器10减压或抽真空（利用把 真空装置22与容器10联接）至一个低于大气压的低压，最好是达到或接近零绝对压力。同时，如前面所说的，最好在减压过程中加热吸收吸附物质12。然后将添味剂源接口46可拆卸地与接口20联接，打开关闭阀18和44，使纯添味剂在压力作用下从源40导入存贮容器10。\n把添味剂从源40引入的预贮充压操作，最好在近似等于大气压的压力下进行，并且使存贮容器10的吸收吸附物质12在基本为大气压力的情况下达到吸收吸附性饱和，这个饱和状态不是完全饱和状态，而是使吸收吸附物质处于在升高的压力下能继续吸收一定量添味天然气的部分饱和状态。然后，关上关闭阀18和44，把添味剂源接口46与接口20分开。这时，存贮容器10充入了预贮饱和水平的纯添味剂，并为从源30引入添味天然气做好了准备。\n为了将存贮容器10装入添味天然气以便吸收吸附性贮存及以后使用，把天然气源接口36可拆卸地与接口20联接，打开关闭阀18和34以便在压力作用下从源30将添味天然气引入存贮容器10。这个把添味天然气从源30压入存贮容器10的过程一直持续到在某个预定存贮压力下存入了足够量的添味天然气为止，这个预定的存贮压力大大高于吸收吸附物质12在预贮饱和状态时的大气压力，这样就把添味天然气从源30存到存贮容器10中。在这一存贮过程中，由于压力的增加，使吸收吸附物质能够吸收从源30来的添味天然气中的添味剂和甲烷。当从源30来的添味天然气在预定的存贮压力下完成吸收吸附存贮过程时，关上关闭阀18和34，把天然气源接口36从接口20上拆下。\n以后，当需要使用已存贮的添味天然气时，可将接口20可拆卸地与天然气消费装置或其它天然气系统联接，然后可以打开关闭阀 18从存贮容器10中解吸收吸附性地释放出已存贮的添味天然气。在这一释放过程中，（在在此过程中存贮容器10中的添味天然气的压力将下降），在存贮容器10中的吸收吸附物质12同时释放添味天然气中的添味剂和甲烷，如图2的等温曲线50所示。从存贮压力降到大气压力的释放过程中，添味剂的浓度水平高于或等于预定的最低浓度水平。这是因为在存贮器10中的吸收吸附物质12已经用它在大气压力下所能吸收吸附的几乎全部纯添味剂进行了饱和，因此当从存贮容器10中释放已存贮的添味天然气时，它就能解吸收吸附性地释放出添味天然气的混合物。\n应该指出，已经发现，在释放添味天然气、压力向大气压力下降的过程中，其浓度有少量的增加。一个本领域的技术人员可以马上肯定，添味天然气浓度变化是允许的，这种变化一般是在大约百万分之二到百万分之十范围内。这样，只要从源30压到存贮容器10中的添味天然气中的添味剂浓度处于合适的浓度水平，从充满的存贮容器10放出的添味天然气的添味剂浓度水平就处于或高于所希望的最低浓度水平，这种已经发现的在降到大气压力过程中稍高的浓度水平是在上面所说的允许范围之内的。\n虽然在存贮容器10中的吸收吸附物质12最好是在装入存贮容器10之后预贮饱和，但是这样的预贮吸收吸附性饱和过程也可以在吸收吸附物质与存贮容器10流体联通或流体流通联接之前进行。这样的安排如图3所示，在图3中，与存贮容器10相似的存贮容器110以与图1相似的方法事先装入吸收吸附物质，一个吸收吸附剂饱和管160流体联通地与存贮容器110联接，其中装有一定量的吸收吸附物质112，吸收吸附剂饱和管160最好是流体联通地放在存贮容器110和进/出气装置114之间，它与前面所述的进/ 出气14实际上是一样的。\n在将吸收吸附剂饱和管160如上述联接以前，最好先将其抽空至一个低于大气压的压力，然后以上述的同样方法与图1所示的相应装置联接，进行纯添味剂的吸收吸附性饱和。这样，当从源30以前述方法压入添味天然气时，压力的增加使吸收吸附剂饱和管160中的吸收吸附物质112从源40吸收更多的纯的添味剂（见图1）。当存贮容器110装满了以后，放出存贮的天然气使用时，存贮容器110和吸收吸附剂饱和管160中的压力随之下降，迫使吸收吸附剂饱和管160中的吸收吸附物质把纯添味剂释放到流出的天然气流中，这样就基本保证了在释放出的添味天然气中添味剂的最低期望浓度。\n一个本领域的技术人员马上可以认识到，装有饱和的吸收吸附物质的管116可以向一个没有预先添味的、或没有事先包含有所希望物质的气流中释放添味剂或其它所希望的物质。\n在上述的、由图1至3所示的本发明的实施例中，吸收吸附物质12或112可以用源40的预贮量添味剂吸收吸附性饱和，从源40来的用以吸收吸附饱和的纯添味剂最好是气态的或液态的，由于纯添味剂的汽化压力一般低于大气压力，这样使以液体状态引入的为了达到吸收吸附饱和状态的添味剂的至少一部分气态地被吸收吸附物质12或112吸收，液体状态的引入在特殊应用中可能是快的或方便的。\n上面的讨论，公开和描述了本发明的实例。一个本领域的行家可以从讨论中、从附图中以及从各个权利要求中马上认识到，在下面叙述的本发明的权利要求的精神和范围内可以做出各种改进和变化。