[发明专利]一种中低压吸附天然气用钢瓶的制造方法及天然气充装和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及到中低压吸附式储存天然气用钢瓶以及向该钢瓶内充装天然气的方法 和使用钢瓶内天然气的方法。

背景技术

天然气作为一种清洁能源，燃烧后无废渣、废水产生，具有使用安全、热值高、洁 净等优点。天然气来源广泛，已被广泛应用于发电、化工原料、民用及商业燃气、车用 能源等领域。然而，由于在标准温度和压力下的超临界特性，天然气此时具有非常低的 密度，这就使得天然气相比常规的液态燃料拥有很低的体积能量密度。因此需要采取一 定的技术措施来达到正常大量使用天然气的目的。国家“十五”计划中明确提出了扩大 天然气的使用力度，但其利用速度和发展规模都将受制于产地与市场间的天然气储运环 节。目前，天然气的储存和运输方式可分为：压缩天然气(CNG)、管输天然气(PNG)、 液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)和水合天然气(NGH)。目前在全球范围内，管输 天然气是天然气运输的最主要方式，适用于长距离运输。压缩天然气的储存压力高达20 Mpa，可应用于CNG汽车、小区供气及城市天然气管网调峰等方面。我国CNG技术已 发展20多年，形成了成熟的产业发展模式，随着燃料油价格的上涨，其优势会与日俱 增。但CNG技术存在多级压缩的高功耗、高压充装设备的投资大、高压气瓶的质量重、 成本高及安全性能有待进一步完善等问题。LNG是将天然气在低于其沸点(-161℃)的温 度下将天然气液化进行低温储存的技术，其对于储存容器的设计和补给过程要求非常 高，仅适用于部分车用运输行业。NGH作为一种新的天然气安全储运技术逐渐得到关 注，但其对储运条件要求很高，其由水合物状态释放天然气的工业应用开发仍在试验阶 段。相比而言，在较低压力状态下通过物理吸附作用获得较高储存能量密度的ANG技 术在吸附与制造技术、安全性能方面都有着CNG所无法比拟的优势，作为一种灵活适 应和开发下游市场、降低单一储运方式的呆滞性和风险性、丰富天然气产业链方面都表 现出其巨大的发展潜能。

吸附储存天然气(ANG)技术是在容器中装入高比表面积的天然气专用吸附剂，利用 其巨大的内表面积和丰富的微孔结构，在常温、中压(6.0MPa)下将天然气吸附储存的技 术。ANG的最大优点在于较低压力下即2.5～6.0MPa，仅为CNG的1/4～1/5，即可获 得接近于高压下CNG的储存能量密度。当容器中压力低于外界时，气体被吸附在吸附 剂固体微孔的表面，得以储存；当外界的压力低于容器中压力时，气体从吸附剂固体表 面脱附而出供应外界。这种吸附现象属于物理吸附。

美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等国早在上世纪七八十年代便开展了该技术 的研究，国内致力于该技术的开发历史相对滞后。吸附储运技术主要包括吸附剂的制备 及其相关技术研究，其中吸附剂的制备主要包含两个技术要素：粉体吸附剂的制备和成型 技术；相关技术主要包括吸附剂使用寿命及其影响因素、吸附容器的开发等。相比较而 言，吸附剂的制备与成型技术以及相关使用性能研究已相对成熟，但对于吸附容器的开 发，随着近几年工业应用需求的增加，才逐渐开展起来。ANG的储存压力比CNG低， 其容器的设计压力也较低，质量较轻。在国内CNG容器有统一标准，已实现批量生产 和大规模应用，但吸附容器仍处于研究阶段。吸附容器有其自身特点，即要充分考虑吸 附热效应和吸附剂的再生。对于吸附剂再生问题，主要考虑其再生技术要求，一般是在 真空下把容器温度升高150℃左右即可。对于吸附热效应问题，应从以下两个方面考虑： ①在车用燃料的储存方面，可充分利用ANG储气压力低的特点，开发出既利于合理利 用汽车有效空间也利于散热的薄壁异型容器，但受到材料和加工水平的限制，目前国 内尚无开发此类容器的能力；②在规模储运或燃气调峰方面，可在既有的CNG容器设 计基础上，在其内部安装适宜的调温盘管即可满足ANG的要求。因此，在CNG容器设 计制造技术的基础上进行ANG容器的制造是一条较为合理的发展思路。目前，国外发达 国家由于容器制造水平较高，ANG容器仍在市场占有较大份额；而仅将吸附技术用于发 展轻质、异形车载ANG容器；目前尚没有关于吸附式天然气钢瓶制造方法的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种中低压吸附式天然气 用钢瓶的制造方法。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种使用中低压吸附式天然气钢瓶充装 天然气的方法。

本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种中低压吸附式天然气钢瓶内天然气 的使用方法。