ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2228485

СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ ГАЗА, ВЕЩЕСТВО, ПОГЛОЩАЮЩЕЕ ГАЗ, И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Имя изобретателя: ОКАЗАКИ Тосихиро (JP); НАКАМУРА Наоки (JP); КОНДО Такуя (JP); СУГИЯМА Масахико (JP) 
Имя патентообладателя: ТОЙОТА ДЗИДОСЯ КАБУСИКИ КАЙСЯ (JP)
Патентный поверенный: Высоцкая Нина Николаевна
Адрес для переписки: 103735, Москва, ул. Ильинка, 5/2, ООО "Союзпатент", пат.пов. Н.Н.Высоцкой
Дата начала действия патента: 1999.06.30 

Способ аккумулирования газа включает три стадии. Первая стадия - выдерживание в емкости аккумулируемого газа и адсорбента при низкой температуре, ниже температуры сжижения данного аккумулируемого газа. При этом аккумулируемый газ адсорбируется в адсорбент в сжиженном состоянии. Вторая стадия - введение в сосуд для выдерживания при низкой температуре газообразной или жидкой среды с температурой замораживания, которая является более высокой, чем вышеупомянутая температура сжижения аккумулируемого газа для замораживания данной среды. При этом газ, который был адсорбирован в данный адсорбент в сжиженном состоянии, инкапсулируется данной замороженной средой. И третья стадия - выдерживание данной емкости при температуре более высокой, чем температура сжижения, но ниже температуры замораживания. В качестве газопоглотителя может быть использовано вещество, выбранное из группы, состоящей из антроценсодержащих планарных молекул, фталоцианинсодержащих циклических молекул, парациклофансодержащих циклических молекул и кронэфирсодержащих циклических молекул. Газопоглощающее вещество может дополнительно содержать сферические молекулы. Использование изобретения позволит повысить плотность аккумулирования газа при адсорбции без использования низких температур и применить газопоглощающее вещество с высокой эффективностью аккумулирования.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к способу и установке для аккумулирования газа, а именно метан, бутан и другие подобные газы, путем поглощения в веществе, поглощающему газ на основе адсорбции, а также к способ его получения.

Важно знать! Перевозка газов, а особенно таких, как метан, бутан и подобные взрывоопасные газы, является одним из самых сложных видов автомобильных грузоперевозок, так как сопряжена с повышенной опасностью. В большинстве своем газы при определенных условиях представляют серьезную угрозу, так как легко воспламеняются либо взрываются при несоблюдении условий транспортировки. Кроме этого, некоторые газы, не обладающие взрывоопасными свойствами, представляют собой потенциальную угрозу для окружающей среды при попадании в атмосферу и могут привести к летальному исходу людей, оказавшихся в эпицентр их выброса. Именно поэтому в классификаторе опасных грузов газы занимают вторую позицию, и их перевозка требует повышенных мер безопасности, а также четкого соблюдения инструкций во время погрузочных работ и транспортировки.

Известно, что автомобильная перевозки газов на большие расстояния гораздо выгоднее, нежели перевозка железнодорожным транспортом. Предлагаемые компанией "ГазСервисКомпозит" системы мобильной перевозки газов построены на базе композитных баллонов, работающих под давлением до 250 атмосфер и предназначенных для сжатого (компримированного) природного газа (CNG), что обеспечивает безопасную и бесперебойную доставку сжиженного газа в самые короткие сроки.

Важная проблема по аккумулированию газа, такого как природный газ, заключается в том, чтобы газ, который обладает низкой плотностью при обычных температуре и давлении, можно эффективно аккумулировать при высокой плотности. Даже такие компоненты природного газа, как бутан, метан и подобные газы, могут быть сжижены при обычном давлении благодаря сжатию при относительно низком давлении сжатого природного газа (CNG), а вот метан и подобные ему газы нелегко сжижать с помощью давления при обычной температуре.

Первый способ, который обычно применяли в качестве способа аккумулирования таких газов, которые трудно сжижать с помощью давления при почти обычной температуре, представляет собой сжижение при поддержании низкой температуры, как и для случая LNG (сжиженного природного газа) и ему подобных. При таком способе сжижения газа представляется возможным аккумулировать его 600-кратный объем при обычных температуре и давлении. Однако, что касается, например, LNG, необходимость поддержания криогенной температуры в -163ºС или ниже неизбежно ведет к усложнению оборудования и удорожанию эксплутационных расходов.

Альтернативой изученному является способ аккумулирования газа путем адсорбции (ANG: адсорбированный природный газ) без специального давления и низкой температуры.

В рассмотренной японской патентной публикации за № 9-210295 предлагается адсорбционный способ аккумулирования газа, такого как метан и этан, в пористом материале, таком как активированный уголь, при почти обычной температуре, в присутствии основного соединения, такого как вода, и данная публикация поясняет, что крупное по объему аккумулирование газа возможно благодаря комбинированному эффекту адсорбционной способности и эффекту псевдовысокого давления данного пористого материала и формации включения соединений в указанное основное соединение.

Однако даже данный предлагаемый способ не способен создать плотность аккумулирования, сопоставимую с той, которая достигается при способах аккумулирования с использованием криогенной температуры, для газа, такого как LNG.

Было предложено применить активированный уголь в качестве газопоглощающего материала (вещества) для аккумулирования газов, которые не сжижаются при относительно низких давлениях до 10 атм, таких как водород и природный газ (см., например, выкладку на выдачу патента в Японии за № 9-86912). Активированный уголь может быть изготовлен на основе кокосовой скорлупы, древесных волокон, каменного угля и т.д. и т.п., но он обладает сниженной эффективностью аккумулирования (аккумулирование объема газа на единицу объема емкости) в сравнении с традиционными способами аккумулирования газа, такого как сжатый природный газ (CNG) и сжиженный природный газ (LNG). Это происходит потому, что среди различных размеров пор активированного угля только поры ограниченного размера эффективно функционируют в качестве участков адсорбции. К примеру, метан адсорбируется только в микропорах (2 нм или меньше), тогда как поры других размеров (мезопоры: приблизительно 2-50 нм; макропоры: 50 нм и больше) незначительно способствуют адсорбции метана.

Известен патент Российской Федерации RU2148204 от 27.04.2000 г. - УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ГАЗА, СПОСОБ ХРАНЕНИЯ ГАЗА, АГЕНТ ДЛЯ АДСОРБЦИИ И УДЕРЖИВАНИЯ МЕТАНА, КОМПЛЕКС ДИКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ С МЕДЬЮ

Устройство для хранения газа согласно изобретения может быть использовано в автомобиле на газообразном топливе, имеющем двигатель внутреннего сгорания, работающий на газе, поступающем из устройства для хранения газа. В автомобиле на газообразном топливе чем меньше объем бака для топливного газа, тем лучше. В таком случае устройство для хранения газа согласно изобретению удовлетворяет этому требованию, а в автомобиле на газовом топливе, в котором используется это компактное устройство для хранения газа, можно сберечь большое пространство для размещения иных частей автомобиля, чем бак для хранения газообразного топлива. Конкретнее в этом автомобиле на газообразном топливе можно в сравнительно небольшом объеме при относительно низком давлении хранить большое количество топливного газа с тем, чтобы этот автомобиль мог за один раз пробегать большее расстояние несмотря на наличие в нем компактного топливного бака. Это усовершенствование будет способствовать популярности автомобилей на газообразном топливе, что в конце концов будет содействовать ограничению загрязнения окружающей среды благодаря использованию автомобиля чистой энергии.

В рассмотренном патенте установка не обеспечивает очень высокую плотность аккумулирования газа в результате адсорбции и требует обеспечения очень низких температур в емкости.

Главная цель настоящего изобретения состоит в разработке способа аккумулирования газа и установки, которая может обеспечить очень высокую плотность аккумулирования в результате адсорбции, без использования низких температур.

Вторая цель настоящего изобретения состоит в создании газопоглощающего материала (вещества) с более высокой эффективностью аккумулирования, чем активированный уголь.

В соответствии с первой целью настоящего изобретения, для достижения вышеуказанной первой цели, предусматривается разработать способ аккумулирования газа, включающий:

  • помещение аккумулируемого газа и адсорбента в емкость при низкой температуре, ниже соответствующей температуры сжижения данного аккумулируемого газа, так, чтобы указанный газ, предназначенный для аккумулирования, адсорбировался в указанный адсорбент в сжиженном состоянии,

  • введение в указанную емкость для аккумулирования при низкой температуре газообразной или жидкой среды при температуре охлаждения, которая является более высокой, чем вышеуказанная температура сжижения указанного аккумулируемого газа, для замораживания указанной среды, так, чтобы данный аккумулируемый газ, который был адсорбирован в данный адсорбент в сжиженном состоянии, включался в данную среду, которая была заморожена, и

  • помещение данного сосуда при температуре более высокой, чем соответствующая температура сжижения и ниже соответствующей температуры замораживания.

В соответствии с первой целью настоящего изобретения предусматривается, кроме того, установка для аккумулирования газа, отличающаяся включением:

  • источника подачи газа, который подает газообразный или сжиженный газ,

  • емкости аккумулирования газа,

  • адсорбента, заключенного в данную емкость,

  • устройства для помещения указанного содержимого данной емкости при низкой температуре, ниже соответствующей температуры сжижения данного газа,

  • газообразной или жидкой среды с температурой замораживания, которая более высока, чем соответствующая температура сжижения данного газа,

  • устройства для помещения указанного содержимого данной емкости при температуре более высокой, чем соответствующая температура сжижения, но более низкой, чем соответствующая температура замораживания,

  • устройства для введения данного газа из указанного источника подачи газа в данную емкость и устройства для введения данной среды в данную емкость.

В соответствии с первой целью настоящего изобретения предусматривается, кроме того, создать транспортное средство для перевозки установки аккумулируемого сжиженного топливного газа, которое включает:

  • заправочную станцию жидкого топливного газа,

  • емкость для аккумулирования топливного газа, размещенную на транспортном средстве для перевозки,

  • абсорбент, заключенный в данную емкость,

  • устройство для выдерживания указанного содержимого данной емкости при низкой температуре, ниже соответствующей температуры сжижения данного газа,

  • газообразную или жидкую среду с температурой замораживания, которая является более высокой, чем соответствующая температура сжижения данного топливного газа,

  • устройство для выдерживания указанного содержимого данной емкости при температуре более высокой, чем соответствующая температура сжижения и более низкой, чем указанная температура замораживания,

  • устройство для введения данного топливного газа из указанной заправочной станции топливного газа в указанную емкость и устройство для введения указанной среды в данную емкость.

В соответствии со второй целью настоящего изобретения для достижения вышеупомянутой второй цели предусматривается создать газопоглощающее вещество, включающее любые из двух, планарные молекулы или циклические молекулы. Оно может также включать сферические молекулы.

У данного газопоглощающего вещества настоящего изобретения данный газ адсорбируется между плоскостями указанных планарных молекул или в ядрах указанных циклических молекул. Целесообразно, чтобы размер ядра циклических молекул был несколько больше, чем данный размер газовых молекул.

пример конструкции аппарата для аккумулирования газа.

На Фиг.1 показан чертеж, представляющий, в соответствии с настоящим изобретением, пример конструкции аппарата для аккумулирования газа.

На Фиг.2 представлен график, демонстрирующий сравнение примера настоящего изобретения и сравнительного примера, выраженный в значениях температурно-зависимого характера десорбции газа метана, адсорбированного и сжиженного при криогенной температуре.

примеры теоретических моделей газопоглощающих веществ

На Фиг.3(1)-3(2), в соответствии с настоящим изобретением, представлены схематические рисунки, изображающие конструктивные примеры теоретических моделей газопоглощающих веществ.

На Фиг.4 представлен график, изображающий сравнение эффективности объема аккумулирования V/V0 для различных структурных моделей, приведенных на Фиг.3, и традиционных установок для аккумулирования газа.

формулы типичных планарных молекул структурные формулы типичных циклических молекул

На Фиг.5 изображены структурные формулы типичных планарных молекул.

На Фиг.6 изображены структурные формулы типичных циклических молекул.

   

На Фиг.7 изображена структурная формула типичной сферической молекулы.

На Фиг.8 представлена совокупность концептуальных рисунков, изображающих вариантное образование слоя планарных молекул и рассеивание сферических молекул.

На Фиг.9 представлен график, изображающий полученные результаты измерения адсорбции метана при различных давлениях, для газопоглощающего вещества в соответствии с настоящим изобретением и обычным газопоглощающим веществом.

В соответствии с главной целью настоящего изобретения газ, который находится в сжиженном состоянии при низкой температуре, заключается в капсулу с помощью замороженной среды, что предусматривает замораживающее аккумулирование при температуре более высокой, чем данная необходимая криогенная температура для сжижения.

Газ для аккумулирования вводили в емкость аккумулирования в газообразном или сжиженном состоянии. У газа для аккумулирования, который вводили в газообразном состоянии, вначале нужно понизить температуру до криогенной для сжижения, а затем заключать в капсулу в сжиженном состоянии в замороженную среду, где его можно хранить замороженным при температуре более высокой, чем эта криогенная температура.

Используемая замороженная среда представляет собой вещество, которое является газообразным или жидкостью, и обладает более высокой замораживающей температурой, чем температура сжижения соответствующего газа, предназначенного для аккумулирования, и не взаимодействует с этим газом, предназначенным для аккумулирования, данным адсорбентом или данной емкостью при данной температуре аккумулирования.

Благодаря применению среды с температурой замораживания (температура плавления, температура возгонки), близкой к комнатной температуре, представляется возможным осуществить аккумулирование при почти комнатной температуре, поддерживая, вместе с тем, высокую плотность, проявляемую при криогенной температуре.

Характерными примерами такой среды являются вещества с температурой замораживания (обычно, "температура плавления") в диапазоне от -20 до +20ºC, как, например, у воды (Тm=ºC), додекана (-9,6ºC), диметилфталата (0ºC), диэтилфталата (-3ºC), циклогексана (6,5ºC) и диметилкарбоната (0,5ºC).

Используемый адсорбент может традиционно представлять собой газовый адсорбент, типичными из которых являются различные неорганические или органические адсорбенты, такие как активированный уголь, цеолит, силикагель и т.п.

Газ для аккумулирования может представлять собой любой газ, который может быть сжижен и адсорбирован при криогенной температуре, сопоставимый с традиционным сжиженным природным газом или жидким азотом, или водородом, гелием, могут использоваться азот и углеводородные газы. Типичные примеры углеводородных газов включают метан, этан, пропан и т.п.

Конструкционные примеры для теоретических моделей газопоглощающих веществ в соответствии со второй целью настоящего изобретения представлены на Фиг.3. Исходя из диаметра углеродного атома 0,77 и расстояния связи С-С в 1,54 представляется возможным сконструировать бреши идеального размера для адсорбции молекул газа-мишени. В иллюстрируемом примере размер бреши в 11,4 использовался как идеальный для адсорбции метана.

На Фиг.3(1) приведена ячеистая структурная модель, имеющая квадратный поперечно-решетчатый вид со сторонами в 11,4 и объемом поры в 77,6%.

На Фиг.3(2) приведена щелевая структурная модель, имеющая слоистые щели с шириной в 11,4 и объемом поры в 88,1%.

На Фиг.3(3) приведена нанотрубчатая структурная модель (например, 53 углеродных трубки, одиночная стенка), обладающая конструкцией из пучка углеродных нанотрубок с диаметром 11,4 и объемом поры в 56,3%.

На Фиг.4 показан объем эффективного аккумулирования V/V0 для газопоглощающих веществ различных структурных моделей, представленных на Фиг.3, в сравнении со способами традиционного аккумулирования.

Типичные планарные молекулы, используемые для создания поглощающего материала (вещества), в соответствии с настоящим изобретением включают коронен, антрацен, пирен, нафто(2,3-а)пирен, 3-метилконантрен, виолантрон, 7-метилбенз(а)антрацен, дибенз(a,h)антрацен, 3-метилкорантрацен, дибено(b,def)хризен, 1,2;8,9-дибензопентацен, 8,16-пиранантрендион, коранурен и овален. Их структурные формулы представлены на Фиг.5.

Обычные циклические молекулы включают фталоцианин, 1-аза-15-крон 5-эфир, 4,13-диаза-18-крон 6-эфир, дибензо-24-крон 8-эфир и 1,6,20,25-тетрааза(6,1,6,1,)парациклофан. Их структурные формулы представлены на Фиг.6.

Используемые типичные сферические молекулы представляют собой фулларены, которые включают С60, С70, С76, С84 и т.д. и т.п. как числа углеродных атомов в данной молекуле. В качестве характерного примера на Фиг.7 показана структурная формула для С60.

Когда сферические молекулы включены, в частности, между планарными молекулами, они функционируют в качестве прокладок, формируя прокладки в 2,0-20, которые имеют подходящий размер для адсорбции молекул газа, такого как водород, метан, пропан, СО2, этан и т.п. Для примера, фулларены обладают диаметром в 10-18 и являются особенно удачными для образования микропоровых структур, подходящих для адсорбции метана. Сферические молекулы добавляли в количестве около 1-50% для достижения спейсерного эффекта.

Предпочтительной формой газопоглощающего вещества в соответствии с настоящим изобретением является порошковая форма, и подходящая емкость может быть заполнена порошковым материалом из сферических молекул, порошковым материалом из циклических молекул, смесью обоих порошков или любым одним из трех видов порошка в смеси с порошковым материалом из сферических молекул.

Обработка емкости ультразвуковыми колебаниями предпочтительна для увеличения плотности наполнения, которые, вместе с тем, повышают степень диспергированности, что помогает предотвратить агрегацию этих молекул.

Другой предпочтительной формой газопоглощающего материала, в соответствии с настоящим изобретением, является форма перемежающихся слоев планарных молекул и сферических молекул. Данный вариант предпочтителен для указанных сферических молекул, которые распыляются при пульверизации. Такое перемежающееся образование слоев планарных молекул/сферических молекул осуществляется с помощью обычной методики послойного образования, такой как вакуумное распыление электронным лучом, молекулярно-лучевая эпитаксия (МВЕ) или лазерная абляция.

На Фиг.8 схематически изображен последовательный процесс по альтернативному послойному образованию. Вначале на стадии (1) указанные спейсерные молекулы (сферические молекулы) распыляются на субстрат. Это можно осуществить, например, путем размещения, достигаемого распылением данных спейсерных молекул в дисперсной среде (летучий растворитель, такой как этанол, ацетон и т.п.). Данный слой спейсерных молекул может быть образован с помощью метода образования вакуумного слоя, такого как МВЕ, лазерной абляцией или подобной ей, с использованием быстрого вакуумного напыления при скорости образования слоя (1 /сек или меньше), которая ниже скорости образования уровня для мономолекулярного слоя. Затем на стадии (2) планарные молекулы накапливаются с помощью метода формирования соответствующего слоя так, чтобы отдельные планарные молекулы выстраивали мостик поперек множества сферических молекул. Это формирует слой планарных молекул способом, который сохраняет открытое пространство с поверхностью данного субстрата. На стадии (3) эти спейсерные молекулы распределяются тем же способом, что и на стадии (1) на слое планарных молекул, образованных на стадии (2). Затем на стадии (4) слой планарных молекул образуется таким же образом, что и на стадии (2). Эти стадии затем повторяются с образованием газопоглощающего материала (вещества) нужной толщины.

Используемый планарно-молекулярный слой может состоять из любых вышеупомянутых планарных молекул или слоистых веществ, таких как графит, нитрид бора и т.п. Могут также использоваться материалы с многослойной структурой, такие как металлы и керамика.

Пример 1
В соответствии с настоящим изобретением аппаратура, конструкция которой показана на Фиг.1, использовалась для аккумулирования газа метана по следующей методике.

Вначале 5 г активированного угольного порошка (размер частиц, приблизительно, 3-5 мм) загружали в капсулу для образцов (объем 10 см3), имеющую герметичную конструкцию, и внутри капсулы давление было снижено с помощью ротационного насоса до 1·10-6 МРа.

Затем в эту капсулу вводили метан из баллона с метаном с приведением внутреннего капсульного давления до 0,5 МРа.

Данную капсулу в этом состоянии погружали в жидкий азот в сосуде Дюара и выдерживали в нем в течение 20 минут при температуре данного жидкого азота (-196ºC). Эта операция сжижала весь газ метан в данной капсуле и адсорбировала его в данный активированный уголь.

Данную капсулу непрерывно держали погруженной в данном жидком азоте, а водяной пар, образованный в резервуаре с водой (температура 20-60ºC), вводили в искомую капсулу. Это приводило к немедленному замораживанию водяного пара в лед благодаря температуре жидкого азота так, что сжиженный и адсорбированный газ метан был заморожен и инкапсулирован в образовавшийся лед.

В сравнительном примере стадии по сжижению и адсорбции газа метана осуществляли в соответствии с той же методикой, что и в Примере 1, но водяной пар не вводили.

На Фиг.2 показан характер десорбции метана при указанных температурах в капсулах, аккумулирующих метан, в соответствии с Примером 1, а в сравнительном примере температуре позволяли естественным образом повышаться до комнатной. В приведенном чертеже на горизонтальной оси отложены показания температуры, а на вертикальной оси, соответственно, отложены показания давления, указанные температура и давление в данной капсуле измеряли с помощью термоэлемента и манометра, которые показаны на Фиг.1.

<Процесс адсорбции и сжижения: для Примера 1 и сравнительного примера (· на Фиг.2)>

Если капсулу с введенным метаном погружали в жидкий азот, адсорбция происходит по мере падения температуры внутри этой капсулы, снижающейся из-за линейного падения давления в ней, и когда начинается сжижение, внутрикапсульное давление падает быстро, до 0 МРа, несмотря на то, что температура жидкого азота достигает -196ºC.

<Процесс десорбции: Сравнение между Примером 1 и сравнительным примером>

В сравнительном примере (0 на Фиг.2), в котором водяной пар не вводят после достижения температуры жидкого азота, полученная результирующая температура повышает вероятность создания условия, при котором уже незначительное увеличение температуры до -180ºC начинает запускать процесс десорбции метана и инициирует увеличение давления.

В противоположность этому в приводимом примере (на Фиг.2) отличие состоит в том, что, в соответствии с настоящим изобретением, водяной пар вводится по достижении температуры жидкого азота, чтобы выполнить инкапсулирование замораживанием, наличие десорбции детектируется по увеличению объема сжатия, осуществляемого только после повышения температуры до -50ºC, а основная часть метана остается в адсорбированном состоянии и не десорбируется даже при 0ºC.

Пример 2
Аккумулирование газа осуществляли в соответствии с настоящим изобретением по той же методике, что и в Примере 1, за тем исключением, что в капсулу, по достижении температуры жидкого азота, вместо водяного пара из водной емкости вводили воду в жидком состоянии.

В результате обнаруживали тот же характер десорбции, что и в Примере 1, как это показано на Фиг.2, а низкое давление поддерживалось почти при 0ºC.

Пример 3
Аппаратуру конструкции, изображенной на Фиг.1, применяли для аккумулирования газа метана, чтобы осуществить изобретение по нижеследующей методике. Однако данный аккумулируемый газ представлял собой сжиженный метан, поставляемый из емкости с ожиженным метаном вместо газообразного метана из баллона с метаном.

Вначале 5 г активированного угольного порошка (размер частиц приблизительно 3-5 мм) загружали в капсулу для образца (объем 10 см3), обладающую герметичной конструкцией.

Эту капсулу погружали непосредственно в сосуд Дюара, заполненный жидким азотом, и выдерживали при температуре жидкого азота (-196ºC) в течение 20 минут.

Затем в эту капсулу вводили сжиженный метан из емкости с жидким метаном. Это приводило к адсорбции данного сжиженного метана в активированный уголь, загруженный в капсулу.

Затем эту капсулу погружали в среду жидкого азота, а водяной пар, полученный в баке с водой (температура 20-60ºC), впускали в эту капсулу. Это приводило к немедленному замораживанию впущенного водяного пара в лед благодаря температуре жидкого азота, так что этот сжиженный и адсорбированный метан замораживался и инкапсулировался в образовавшийся лед.

Пример 4
В соответствии с настоящим изобретением было приготовлено газопоглощающее вещество нижеследующего состава:

Циклическая молекула: 1,6,20,25-тетраза(6,1,6,1)парациклофановый порошок.

Пример 5
В соответствии с настоящим изобретением был приготовлено газопоглощающее вещество нижеследующего состава:

Планарная молекула: 3-метилкорантраценовый порошок, содержание 90 вес.%.

Сферическая молекула: С60-вый порошок, содержание 10 вес.%.

Пример 6
Газопоглощающее вещество в соответствии с настоящим изобретением, приготовленное в Примере 5, помещали в емкость и обрабатывали ультразвуковыми колебаниями с частотой 50 Гц в течение 10 минут.

Адсорбцию метана газопоглощающими веществами, приготовленными выше в Примерах 4-6, измеряли при разных давлениях. Например, одно и то же измерение осуществляли для активированного угля (средний размер частиц: 5 мм) и CNG. Условия измерения были следующими:

температура 25ºC;

объем, заполняемый адсорбентом 10 см3.

В результате обнаружено, что, как показано на Фиг.9, газопоглощающие вещества, приготовленные в Примерах 4-6, в соответствии с настоящим изобретением осуществляли адсорбцию метана лучше, чем активированный уголь. Кроме того, в Примере 5, который был дополнен сферическими молекулами, и в Примере 6, в котором применили ультразвуковую обработку, наблюдали даже лучшую адсорбцию, чем в Примере 4. То есть в Примере 5 поддерживались подходящие бреши благодаря спейсерному эффекту сферических молекул, что проявлялось в более высокой адсорбции, чем в Примере 4. Также в Примере 6 наблюдались лучшая плотность заполнения и степень диспергированности, связанные с применением ультразвуковых волн и проявляющих, по этой причине, даже более высокую адсорбцию, чем в Примере 5.

В соответствии с главной целью настоящего изобретения разработали способ и устройство аккумулирования газа, которые способны осуществить очень высокую плотность аккумулирования благодаря адсорбции, без применения низких температур.

Поскольку данный способ настоящего изобретения не требует низких температур при аккумулировании, его можно удовлетворительно осуществлять в обычной морозильной камере, работающей около от -10 до 20ºC, и, следовательно, расходы на оборудование и эксплуатацию могут быть снижены.

Кроме того, емкость для аккумулирования и другое оборудование не нуждаются при конструировании в специальных материалах, необходимых для низких температур, и, следовательно, дают также преимущество в плане расходов на материальную часть.

В соответствии со второй целью настоящего изобретения создано газопоглощающее вещество с более высокой эффективностью аккумулирования, чем активированный уголь.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ аккумулирования газа, заключающийся в том, что выдерживают аккумулируемый газ и адсорбент в емкости при низкой температуре, ниже температуры сжижения указанного газа, который аккумулируется, и подают в емкость, заполненную адсорбентом, в газообразном или сжиженном состоянии, отличающийся тем, что аккумулируемый газ адсорбируется в адсорбент в сжиженном состоянии, вводят в емкость для выдерживания при низкой температуре газообразную или жидкую среду при температуре замораживания, которая является более высокой, чем температура сжижения аккумулируемого газа для замораживания указанной среды, так, чтобы аккумулируемый газ адсорбировался в адсорбент в сжиженном состоянии, включался в данную среду, которая была заморожена, и затем указанную емкость выдерживали при температуре более высокой, чем температура сжижения, но ниже температуры замораживания.

2. Установка для аккумулирования газа, которая состоит из источника подачи газа, который подает газообразный или сжиженный газ, емкости для аккумулирования газа, заполненной адсорбентом, устройства для выдерживания содержимого указанной емкости при низкой температуре, ниже температуры сжижения газа, отличающаяся тем, что содержит газообразную или жидкую среду с температурой замораживания, которая выше, чем температура сжижения указанного газа, устройство для выдерживания содержимого емкости при температуре более высокой, чем температура сжижения, но более низкой, чем температура замораживания, устройство для введения газа из источника его подачи в емкость и устройство для введения указанной среды в емкость.

3. Транспортное средство для перевозки установки для аккумулирования сжиженного топливного газа, состоящее из станции снабжения топливного газа, емкости для аккумулирования газа, установленной на транспортном средстве, заполненной адсорбентом, отличающееся тем, что содержит устройство для выдерживания содержимого емкости при низкой температуре, ниже температуры сжижения указанного газа, газообразную или жидкую среду с температурой замораживания, которая является более высокой, чем температура сжижения указанного топливного газа, устройство для выдерживания содержимого указанной емкости при температуре более высокой, чем указанная температура сжижения, но более низкой, чем указанная температура замораживания, устройство для введения указанного топливного газа из станции снабжения топливным газом в емкость и устройство для введения указанной среды в указанную емкость.

4. Газопоглощающее вещество, состоящее из антраценсодержащих молекул, отличающееся тем, что дополнительно включает сферические молекулы.

5. Газопоглощающее вещество, состоящее из циклических молекул, отличающееся тем, что циклические молекулы выбраны из группы, состоящей из фталоцианинсодержащих циклических молекул, парациклофансодержащих циклических молекул и кронэфирсодержащих циклических молекул, и дополнительно содержит сферические молекулы.

6. Газопоглощающее вещество по п.5, отличающееся тем, что сферические молекулы представляют собой фуллерены.

7. Способ получения газопоглощающего вещества на основе порошков, отличающийся тем, что обрабатывают ультразвуковыми колебаниями емкость, заполненную порошком из планарно-молекулярного вещества, порошком из циклически-молекулярного порошка, смесью обоих порошков, содержащихся в емкости.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что порошок из планарно-молекулярного вещества, порошок из циклически-молекулярного вещества или их смесь дополнительно смешивают в емкости с порошком из сферически-молекулярного вещества для увеличения плотности наполнения и степени диспергированности.

9. Способ получения газопоглощающего вещества, заключающийся в образовании многослойного пористого материала с перемежающимися слоями из газопоглощающих материалов, различающихся по размерам пор и с различной степенью диспергирования, отличающийся тем, что слои состоят из планарных молекул и сферических молекул, причем сферические молекулы диспергировали путем распыления.

10. Способ аккумулирования газа, заявленного в п.1, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют газопоглощающее вещество по любому из пп.4-9.

11. Установка аккумулирования газа по п.2, отличающаяся тем, что в качестве адсорбента используют газопоглощающее вещество по любому из пп.4-9.

12. Транспортное средство по п.3, отличающееся тем, что в качестве адсорбента используют газопоглощающее вещество по любому из пп.4-9.

Версия для печати
Дата публикации 22.12.2006гг


вверх