Способ заправки природным газом адсорбционного аккумулятора — SU 1472739 (original) (raw)
ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1472 7 С 11/00, 5/А ческо Шилов, Б.З.Луорян,СССР977.31784 в аккугаза накумулято орбции ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(7 1) Отделение Института хифизики АН СССР(54)(57) СПОСОБ ЗАПРАВКИ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ АДСОРБЦИОННОГО АККУМУЛЯТОРА, включающий закачку природного газа под давлением при охлаждении аккуИзобретение относится к хранению природного газа, в частности к способам заправки аккумуляторов при родным газом, используемых в качестве топливного бака на транспортных средствах, например автомобиляхНа фиг.1 представлена принципиальная схема заправки; на фиг.2 - температурные зависимости разогрева адсорбента от условий и времени заправки, на фиг.3 - зависимости степенизаполнения адсорбционного аккумулятора природным газом от условий и времени заправки.П р и м е р 1. Для заправки берут аккумулятор природного газа.мулятора, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения производительности, охлаждение аккумулятора осуществляют предварительнойпродувкой его природным газом, который дросселируют на входе в аккумулятор, и количество продуваемогогаза соответствует К объемам аккумулятора, при этом К определяетсяследующим математическим выражением(фиг.1), представляющий собой цилинд рический бак 4 диаметром 400 мм и емкостью 400 л, выполненный из нержавеющей стали и заполненный активированным углем 2 марки АРТ фракцией до 2000 мкм, удельной поверхностью 900 м 2 /г и средней теплотой адсорбции метана Я=195 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 1472739роля и автоматического управленияпроцессом заправки на баке 1, нагнетающем и отходящем трубопроводах 8и 9 установлены термопары 10-13:и датчики 14-16 давления, соединенные с блоком контроля и управлениясистемы заполнения (не показаны)При открытых вентилях 5 и 7 природный газ подают по нагнетающему трубопроводу 8 под давлением Р=25 атм,дросселируют газ посредством шайбы 4,продувают через слой активированногоугля 2 и сбрасывают в отходящий(обратный) трубопровод 9 под давлением 1,5 атм, т.е, Р-перепад давлений на входе и выходе аккумуляторасоставляет 23,5 атм. За 5 мин пропускают 2,9 м природного газа (К == 7,3). 10 15 После прохождения теплового импульса, регистрируемого термопарами 11 и 12, вентиль 7 закрывают 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 случае заправки аккумулятора в глухой бак (без дросселирования и продувки) время заправки составляет 2,5 ч (фиг,3). 50 55 В аккумуляторе при таком способе заправки в начальный момент времени происходит локальный разогрев адсорбера, регистрируемый термопарами. 25 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 послойный (локальный) разогрев адсорбента перемещается вдоль оси аккумулятора от входа к выходу со скоростью движения фронта закачиваемого природного газа,35В примере время прохождения теплового импульса вдоль оси аккумулятора равно 4,8 минЛокальный разогрев адсорбера и перемещение разогрева вдоль оси аккумулятора обеспечивает регенерацию адсорбера от вредных примесей, адсорбированных в результате предыдущей заправки. Аналогично примеру 1 была произведена заправка аккумуляторов природным газом, заполненных адсорбентами, у которых средняя теплота Я,выделяющаяся при адсорбции, равна131 кал/г и 244 кал/г. Используемаяполезная адсорбционная емкость соответственно составляла: 19,2 кг//400 л и 21,8 кг/400 л, а мощностьтепловыделения при времени заправки400 с - соответственно 27 и 56 кВт.В таблице представлена зависимосгь объема пропускаемого природного газа по отношению к объему ак- .кумулятора (кратность обмена) дляадсорбентов с различной средней теплотой выделения при адсорбции и взависимости от Р - давления на входе в аккумулятор и йР - перепададавления на входе и выходе.Поскольку процесс заправки исключает перегрев аккумулятора, тоотпадает необходимость в использовании при заправке теплообменной арматуры, что также позволяет упростить процесс заправки аккумулятора,снизить его металлоемкость и сделать процесс заправки дешевле засчет снижения энергозатрат на подачу хладагента в аккумулятор, Перекрытие потока природного газа навыходе и продолжение закачки до рабочего давления являются конечнымиоперациями 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 высокуюэффективность и производительность,поскольку позволяет контролироватьусловия проведения заправки и исключает дополнительные операции подачи хладагента,Основой для получения эмпирической зависимости коэффициента обмена К от ключевых параметров процесса являются физические зависимости, выявленные экспериментально. В чаПерепад давления, ДР, атм 5 10 20 Перепад давления, ДР, атм 5 10 20 34,220,512,8 12,58,2 8,0 7,7 511 50 4 е 8 610 .162540 33,920,412, 7 12,3 81 79 75 5,1 4,9 .4,7 33,420,012,5 1280 77 71 5,0 4,7 4,4 514727 стности было определено, что коэффициент обмена К при заполнении аккумулятора с адсорбентом уменьшается с увеличением плотности газа. Оп 5 ределив эту зависимость и введя постоянные величины в эмпирическую формулу, в качестве основного технологического параметра введена обратно пропорциональная зависимость коэффи 396циента К от исходного рабочего давления на входе в аккумулятор. Кроме того, экспериментально установлено, 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 формулу введен параметр ДР/Я.1472739 ВО 2 цВРефа, мнФиа 8 ПредласаемьоЮ са Ю 90,О 60 2 чаВремя, минФиа Х Составитель Г.ОльшанскаяРедактор Т.Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска аказ 1696/39 Тираж 431 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,агарина, 101