[发明专利]甲烷吸附装置和储存方法及在交通工具中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及以下内容：改进吸附气体，尤其是天然气的方式，增加吸附的气体量，和吸附式天然气的容器的设计。

背景技术

压缩天然气指的是一种把甲烷气体压缩到200个大气压以上的技术。其压力容器一般是金属容器或者纤维增强复合材料容器。

吸附式天然气(Adsorbed Natural Gas)通常指的是低压情况下(35个大气压)把甲烷压缩的技术。在吸附式天然气里技术中，天然气的储存量可以通过使用吸附得到提高。一般提高的量在35个大气压下面是3倍左右。通常，吸附剂是块状形状，一般是木炭或焦炭，压缩后的活性炭颗粒，金属有机物结构，或高比表面沸石材料。许多块状吸附剂堆积在一起然后包装到一个容器里。吸附剂可以开始就是块状的，或者开始是粉末状的然后在压力或者粘接剂的作用下做成块状的。此后，把容器通过一些工艺例如焊接，封顶，密封等进行密封成不漏气的结构，这种先装填充剂再密封的方法在工艺上难度很大。甚至有些厂家把两片传统钢瓶在填充好吸附剂以后再焊接起来。因为这样，这种钢瓶承压性能很弱，只能承受低压。已经取得一些商业应用的ENERGTEK公司的吸附式天然气钢瓶使用压力为50-70大气压。因为吸附式天然气技术通常在高压压缩条件下总比低压压缩条件下储存更多的气体，而传统的吸附式天然气材料和组装技术不于在中高压条件。因此，业内需要一种新的对高低压都适用的吸附式天然气材料和装填工艺。

尽管许多吸附剂宏观上是块状，这些吸附剂通常是由微小的颗粒组成的，这些微小颗粒的基本结构一般都是微米或者纳米级别的，所以吸附剂很容易产生粉尘。这些粉尘很容易进入到输气管路里面，甚至形成管路堵塞，甚至影响后端的设备：如发动机造成发动机损伤。

所以，最好能有一个有效的过滤方法防止这些粉尘从容器里外逸出来。在某些人的工作方式中，有人使用玻璃棉等过滤材料在管路或者容器出口处进行过滤。然而，管路的直径很小，玻璃棉的过滤面积有限，如果粉尘的量大，时间长久，还是容易造成压降增高，最终还是堵塞。因此，需要一个高表面积的过滤方法来滤除粉尘。

此外，把吸附剂做成块状通常需要使用一定量的粘接剂，而这些粘接剂本身不是吸附材料，不能提供吸附能力。因此最好不使用粘接剂这样更有效利用容器空间。更不利的是，粘接剂可能会粘到吸附剂本身从而降低吸附剂的吸附能力。而且用了粘接剂以后的大块的吸附剂不利于气体从中央到外表面的进出。因此，希望能够用吸附剂本身的粉末状或者颗粒状，要做到这一点，必须有一种有效的方式防止吸附剂起灰，防止粉尘在包装，处理的工艺中进入到阀门，管路(例如防止在用等离子体处理活性炭的时候防止活性炭起灰)。

另一方面，对吸附式天然气为能源的车辆而言，吸附剂可能在使用当中起灰堵塞影响输气管或阀门。为了解决这个问题，目前其他地方使用了很多方法，但所有的方法一般不外乎用内置在容器内部的或者管路上的过滤装置，也会遇到同样的上述问题。所以对于吸附式天然气汽车而言，也需要有一种有效的过滤方法或者装置，最好能够直接用粉末或者小颗粒状的吸附剂而不需要引入大量粘接剂。据本申请人所知，现在没有报道有效的解决方案。

进一步说，许多吸附式天然气方面的努力因吸附剂的短寿命而受到挫折。影响寿命的因素一般是因为天然气中的杂质，所以气体过滤气是需要的。油类，重油类，硫化物，水等成分都会导致吸附的短寿。因此需要一种有效的除去以上杂质的过滤装置。

吸附式天然气在汽车的运用上也要考虑热管理，因为由于输气过程会因为吸附热，焦汤效应等产生温度变化，所以在减压放气的时候天然气阀门(对容器内天然气做预减压的调节器)必须被外源的热加热以防止防止被冰冻结。同时在压缩吸附的时候，装有吸附剂的容器会产生大量的热，从而导致温度升高降低吸附速度和吸附容量。所以，需要对充放气做温度控制和材料做优化，比如需要导热性能更好的吸附材料和传热好的填充剂。

还有一个困难是明显的天然气加气站数量不足，而且设备昂贵，市场上迫切需要家庭小区充气的装置。

最后，要使吸附式天然气实现市场化除了必须让吸附剂在充放气和开车的时候不起灰以外，还必须开发出无油的，无泄漏的压气机。

发明内容

本发明提供了一种天然气吸附装置和储存方法及在天然气交通工具中的应用，它可以解决现有技术存在的吸附气体量不足等问题。