專利名稱：：一種中低壓吸附天然氣用鋼瓶的制造方法及天然氣充裝和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到中低壓吸附式儲存天然氣用鋼瓶以及向該鋼瓶內(nèi)充裝天然氣的方法和使用鋼瓶內(nèi)天然氣的方法。
背景技術(shù)：
：天然氣作為一種清潔能源，燃燒后無廢渣、廢水產(chǎn)生，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)點。天然氣來源廣泛，已被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、化工原料、民用及商業(yè)燃氣、車用能源等領(lǐng)域。然而，由于在標準溫度和壓力下的超臨界特性，天然氣此時具有非常低的密度，這就使得天然氣相比常規(guī)的液態(tài)燃料擁有很低的體積能量密度。因此需要采取一定的技術(shù)措施來達到正常大量使用天然氣的目的。國家"十五"計劃中明確提出了擴大天然氣的使用力度，但其利用速度和發(fā)展規(guī)模都將受制于產(chǎn)地與市場間的天然氣儲運環(huán)節(jié)。目前，天然氣的儲存和運輸方式可分為壓縮天然氣(CNG)、管輸天然氣(PNG)、液化天然氣(LNG)、吸附天然氣(ANG)和水合天然氣(NGH)。目前在全球范圍內(nèi)，管輸天然氣是天然氣運輸?shù)淖钪饕绞剑m用于長距離運輸。壓縮天然氣的儲存壓力高達20Mpa，可應(yīng)用于CNG汽車、小區(qū)供氣及城市天然氣管網(wǎng)調(diào)峰等方面。我國CNG技術(shù)已發(fā)展20多年，形成了成熟的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，隨著燃料油價格的上漲，其優(yōu)勢會與日倶增。但CNG技術(shù)存在多級壓縮的高功耗、高壓充裝設(shè)備的投資大、高壓氣瓶的質(zhì)量重、成本高及安全性能有待進一步完善等問題。LNG是將天然氣在低于其沸點(-ierc)的溫度下將天然氣液化進行低溫儲存的技術(shù)，其對于儲存容器的設(shè)計和補給過程要求非常高，僅適用于部分車用運輸行業(yè)。NGH作為一種新的天然氣安全儲運技術(shù)逐漸得到關(guān)注，但其對儲運條件要求很高，其由水合物狀態(tài)釋放天然氣的工業(yè)應(yīng)用開發(fā)仍在試驗階段。相比而言，在較低壓力狀態(tài)下通過物理吸附作用獲得較高儲存能量密度的ANG技術(shù)在吸附與制造技術(shù)、安全性能方面都有著CNG所無法比擬的優(yōu)勢，作為一種靈活適應(yīng)和開發(fā)下游市場、降低單一儲運方式的呆滯性和風險性、豐富天然氣產(chǎn)業(yè)鏈方面都表現(xiàn)出其巨大的發(fā)展?jié)撃?。吸附儲存天然?ANG)技術(shù)是在容器中裝入高比表面積的天然氣專用吸附劑，利用其巨大的內(nèi)表面積和豐富的微孔結(jié)構(gòu)，在常溫、中壓(6.0MPa)下將天然氣吸附儲存的技術(shù)。ANG的最大優(yōu)點在于較低壓力下即2.56.OMPa，僅為CNG的1/41/5，即可獲得接近于高壓下CNG的儲存能量密度。當容器中壓力低于外界時，氣體被吸附在吸附劑固體微孔的表面，得以儲存；當外界的壓力低于容器中壓力時，氣體從吸附劑固體表面脫附而出供應(yīng)外界。這種吸附現(xiàn)象屬于物理吸附。美國、加拿大、英國、澳大利亞、日本等國早在上世紀七八十年代便開展了該技術(shù)的研究，國內(nèi)致力于該技術(shù)的開發(fā)歷史相對滯后。吸附儲運技術(shù)主要包括吸附劑的制備及其相關(guān)技術(shù)研究，其中吸附劑的制備主要包含兩個技術(shù)要素粉體吸附劑的制備和成型技術(shù)；相關(guān)技術(shù)主要包括吸附劑使用壽命及其影響因素、吸附容器的開發(fā)等。相比較而言，吸附劑的制備與成型技術(shù)以及相關(guān)使用性能研究已相對成熟，但對于吸附容器的開發(fā)，隨著近幾年工業(yè)應(yīng)用需求的增加，才逐漸開展起來。ANG的儲存壓力比CNG低，其容器的設(shè)計壓力也較低，質(zhì)量較輕。在國內(nèi)CNG容器有統(tǒng)一標準，已實現(xiàn)批量生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用，但吸附容器仍處于研究階段。吸附容器有其自身特點，即要充分考慮吸附熱效應(yīng)和吸附劑的再生。對于吸附劑再生問題，主要考慮其再生技術(shù)要求，一般是在真空下把容器溫度升高15(TC左右即可。對于吸附熱效應(yīng)問題，應(yīng)從以下兩個方面考慮①在車用燃料的儲存方面，可充分利用ANG儲氣壓力低的特點，開發(fā)出既利于合理利用汽車有效空間也利于散熱的薄壁異型容器，但受到材料和加工水平的限制，目前國內(nèi)尚無開發(fā)此類容器的能力；②在規(guī)模儲運或燃氣調(diào)峰方面，可在既有的CNG容器設(shè)計基礎(chǔ)上，在其內(nèi)部安裝適宜的調(diào)溫盤管即可滿足ANG的要求。因此，在CNG容器設(shè)計制造技術(shù)的基礎(chǔ)上進行ANG容器的制造是一條較為合理的發(fā)展思路。目前，國外發(fā)達國家由于容器制造水平較高，ANG容器仍在市場占有較大份額；而僅將吸附技術(shù)用于發(fā)展輕質(zhì)、異形車載ANG容器；目前尚沒有關(guān)于吸附式天然氣鋼瓶制造方法的相關(guān)報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種中低壓吸附式天然氣用鋼瓶的制造方法。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種使用中低壓吸附式天然氣鋼瓶充裝天然氣的方法。本發(fā)明所要解決的再一個技術(shù)問題是提供一種中低壓吸附式天然氣鋼瓶內(nèi)天然氣的使用方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該中低壓吸附式天然氣用鋼瓶的制造方法，其特征在于包括下述步驟①按國標GB5100焊接鋼瓶的殼體，并且該殼體的公稱容積不大于75L;②在振動頻率為80-200赫茲的狀態(tài)下將比表面積為1500m23000m2顆粒狀多孔炭質(zhì)吸附劑充入所述的殼體內(nèi)，吸附劑的填充密度為0.20.3Kg/L;③在所述殼體的入口處安裝防止充、放氣過程中吸附劑被天然氣帶出殼體的過濾裝置，然后擰入閥門；④按國標GB/T19206-2003加入加臭劑，然后擰緊閥門，即制得能用于中低壓吸附式天然氣用鋼瓶。所述的過濾裝置為篩網(wǎng)，其孔徑不大于15iim。所述加臭劑的濃度大于等于4g/L?！N中低壓吸附式天然氣鋼瓶的充裝方法，其特征在于包括下述步驟①打開閥門，在基準溫度0-4(TC時，在公稱工作壓力下以0.52.0m3/h的充裝速率將天然氣勻速充入所述的鋼瓶內(nèi)；其中所述的公稱工作壓力為2.54.OMpa;②關(guān)閉閥門，將充裝了天然氣的鋼瓶靜置812小時，即得到充裝了天然氣的鋼瓶。其特征在于充裝過程中可在鋼瓶外采用冷水或冰水噴淋的方法來維持所述的基準溫度。其特征在于所述的天然氣中甲烷濃度大于等于86%，多碳組分的濃度小于5%。其特征在于所述殼體在重復(fù)充裝天然氣時，鋼瓶內(nèi)的殘余壓力應(yīng)小于等于0.05MPa，重復(fù)充裝壓力為所述公稱工作壓力的0.050.15倍。所述充裝了天然氣的鋼瓶在以大于等于2.OmVh、且小于10m3/h的速率連續(xù)放氣時，需在040°C的溫度條件下進行。所述充裝了天然氣的鋼瓶在15-25t:的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，其一次連續(xù)放氣量大于等于所述鋼瓶內(nèi)天然氣充裝量的60%。其特征在于大流量連續(xù)使用天然氣時可采用多個鋼瓶并聯(lián)使用。本發(fā)明涉及到的吸附瓶與常規(guī)的天然氣儲存鋼瓶相比，具有其安全性能高、移動可靠性好、儲氣能力強、充裝重復(fù)性好、充裝工藝簡單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，填補了目前中低壓移動式天然氣儲存技術(shù)的空白。圖1本發(fā)明實施例局部剖視結(jié)構(gòu)的平面示意圖。圖2為本發(fā)明實施例涉及的天然氣充裝流程示意圖。具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例1-實施例5如圖1所示為鋼瓶的剖視結(jié)構(gòu)圖，依據(jù)國家標準GB5100《鋼制焊接氣瓶》由專業(yè)生產(chǎn)廠家焊接制造殼體l，該殼體在2(TC時的最大限定壓力為4.OMPa，水壓試驗壓力為7.5MPa(表壓)，公稱容積不大于75L。將天然氣炭質(zhì)吸附填料ll，在振動頻率為80-200赫茲的狀態(tài)下一起加入到殼體內(nèi)；吸附填料11的比表面積為150030001112、顆粒大小為0.12mm，自由堆積密度為100400Kg/m3。吸附填料充裝完畢后，在瓶體的入口處安裝上用孔徑小于等于15ym篩網(wǎng)做成的過濾裝置2，然后將閥門3擰入，該鋼瓶即制造完成。通過閥門3向瓶體內(nèi)注入加臭劑，該加臭劑應(yīng)符合GB/T19206_2003《天然氣用有機硫化合物加臭劑的要求和測試方法》的要求，且鋼瓶內(nèi)加臭劑的濃度為4-10g/L。如圖2所示為向鋼瓶內(nèi)充裝天然氣的流程示意圖，采用增壓機4可將較低壓力的天然氣增壓到吸附瓶的充裝壓力2.54.OMPa，在15-25。C下通過截止閥5、充裝管路6和流量計7進入充裝用匯流排8，通過流量計7可對天然氣的充裝速率進行控制；實施例1至實施例5的充裝速率為0.52.OmVh;采用壓力表9可讀取鋼瓶的實時充裝壓力；采用安全閥IO作為泄放裝置，在充裝壓力高于鋼瓶的最大充裝壓力時打開，可有效保護充裝安全。由于充裝過程中會產(chǎn)生吸附熱，因此需要控制充裝的溫度，溫度控制方法可選用冷水或冰水噴淋鋼瓶外壁的外部排熱法。所充裝的天然氣化學(xué)組分要求符合GB17820-1999的要求，本實施例中甲烷濃度大于86%，其多碳組分濃度小于5%。充裝完畢后瓶體靜置812小時。充裝完成后的吸附瓶，需要使用時，打開閥門，在壓力作用下天然氣即會在吸附填5料上脫附、釋放。當鋼瓶在以大于等于2.0mVh、且小于10m3/h的速率連續(xù)大流量放氣時，可采用多個鋼瓶并聯(lián)、在15°C3(TC的溫度條件下進行，并且其一次連續(xù)放氣量大于等于所述鋼瓶內(nèi)天然氣充裝量的60%。實施例1至實施例5的具體的制造參數(shù)和充裝參數(shù)如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述充裝了天然氣的鋼瓶的一次釋放量如表2所示表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種中低壓吸附式天然氣用鋼瓶的制造方法，其特征在于包括下述步驟①按國標GB5100焊接鋼瓶的殼體，并且該殼體的公稱容積不大于75L；②在振動頻率為80-200赫茲的狀態(tài)下將比表面積為1500m2～3000m2顆粒狀多孔炭質(zhì)吸附劑充入所述的殼體內(nèi)，吸附劑的填充密度為0.2～0.3Kg/L；③在所述殼體的入口處安裝防止充、放氣過程中吸附劑被天然氣帶出殼體的過濾裝置，然后擰入閥門；④按國標GB/T19206-2003加入加臭劑，然后擰緊閥門，即制得能用于中低壓吸附式天然氣用鋼瓶。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低壓吸附式天然氣用鋼瓶的制造方法，其特征在于所述的過濾裝置為篩網(wǎng)，其孔徑不大于15ym。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低壓吸附式天然氣用鋼瓶的制造方法，其特征在于所述加臭劑的濃度為4-10g/L。4.一種向中低壓吸附式天然氣鋼瓶內(nèi)充裝天然氣的方法，其特征在于包括下述步驟①打開閥門，在基準溫度0-4(TC時，在公稱工作壓力下以0.52.OmVh的充裝速率將天然氣勻速充入所述的鋼瓶內(nèi)；其中所述的公稱工作壓力為2.54.OMpa;②關(guān)閉閥門，將充裝了天然氣的鋼瓶靜置812小時，即得到充裝了天然氣的鋼瓶。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的向中低壓吸附式天然氣鋼瓶內(nèi)充裝天然氣的方法，其特征在于充裝過程中可在鋼瓶外采用冷水或冰水噴淋的方法來維持所述的基準溫度。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的向中低壓吸附式天然氣鋼瓶內(nèi)充裝天然氣的方法，其特征在于所述的天然氣中甲烷濃度大于等于86%，多碳組分的濃度小于5%。7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的向中低壓吸附式天然氣鋼瓶內(nèi)充裝天然氣的方法，其特征在于所述殼體在重復(fù)充裝天然氣時，鋼瓶內(nèi)的殘余壓力應(yīng)小于等于0.05MPa，重復(fù)充裝壓力為所述公稱工作壓力的0.050.15倍。8.—種中低壓吸附式天然氣鋼瓶內(nèi)天然氣的使用方法，其特征在于所述充裝了天然氣的鋼瓶在以大于等于2.OmVh、且小于10mVh的速率連續(xù)放氣時，需在04(TC的溫度條件下進行。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中低壓吸附式天然氣鋼瓶內(nèi)天然氣的使用方法，其特征在于所述充裝了天然氣的鋼瓶在15-25°C的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，其一次連續(xù)放氣量大于等于所述鋼瓶內(nèi)天然氣充裝量的60%。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的中低壓吸附式天然氣鋼瓶內(nèi)天然氣的使用方法，其特征在于大流量連續(xù)使用天然氣時可采用多個鋼瓶并聯(lián)使用。全文摘要本發(fā)明涉及到一種中低壓吸附式天然氣用鋼瓶的制造方法，其特征在于包括下述步驟①按國標GB5100焊接鋼瓶的殼體；②在振動頻率為80-200赫茲的狀態(tài)下將顆粒狀多孔炭質(zhì)吸附劑充入所述的殼體內(nèi)；③在所述殼體的入口處安裝防止充、放氣過程中吸附劑被天然氣帶出殼體的過濾裝置，然后擰入閥門；④按國標GB/T19206-2003加入加臭劑。本發(fā)明還涉及到該鋼瓶的充裝方法其放氣方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所提供的中低壓吸附式天然氣鋼瓶與常規(guī)的天然氣儲存鋼瓶相比，具有其安全性能高、移動可靠性好、儲氣能力強、充裝重復(fù)性好、充裝工藝簡單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，填補了目前中低壓移動式天然氣儲存技術(shù)的空白。文檔編號F17C1/14GK101699126SQ20091015442公開日2010年4月28日申請日期2009年10月27日優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日發(fā)明者何家安,劉贊,吳永生,姚虹煌,王競雄,陳虎申請人:寧波美恪乙炔瓶有限公司