JP4605926B2 - Adsorption-type natural gas vehicle fuel storage system - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に吸着材が充填され、天然ガスを吸着貯蔵する圧力容器を有する吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、天然ガスを貯蔵するタンクとしては、天然ガスを圧縮ガスの状態で貯蔵するものが知られている。しかしながら、このような圧縮ガスの状態で天然ガスを貯蔵する場合には、天然ガスを高圧に圧縮する必要がある上、貯蔵量も多くできないという問題点があった。そこで、天然ガスを吸着材に吸着させ、比較的低圧で、かつ大量の天然ガスを貯蔵できる吸着式天然ガスタンクが提案されている。例えば、特開昭61-258961には、吸着材を使用した吸着式貯蔵方法の車載用途への応用例が開示されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の吸着材を使用した天然ガスの貯蔵方法において、繰り返し吸脱着を行うと、天然ガス中のC2以上の成分（エタン、プロパン、ブタンなど）が吸着材の細孔内に蓄積し、貯蔵性能の低下を引き起こす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、天然ガスの吸脱着を繰り返し行った場合にも優れた貯蔵性能を有する吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置を提供することを主な目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような技術の現状を留意しつつ、研究を重ねた結果、天然ガスの貯蔵用圧力容器を主にメタン以外の成分用の吸着材を充填するより小型の吸着容器（本文明細書中では、「第一の吸着容器」ということがある）と主にメタン用の吸着材を充填する容器（本文明細書中では、「第二の吸着容器」ということがある）とに分割し、ガスの脱着時に加熱することができる加熱手段を設けることにより、上記の目的を達成することを見出した。
【０００６】
すなわち、本発明は、下記の吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置を提供することにある。
項１． 圧力容器に充填した吸着材により天然ガスを吸着する圧力容器を有する吸着式貯蔵装置において、主にメタン以外の成分を吸着するための第一の吸着容器と主にメタンからなる残りのガスを吸着するための第二の吸着容器とを天然ガスの導入方向に順次設け、さらにガスの脱着時に第二の吸着容器から第一の吸着容器へ流れるガスを加熱することができる加熱手段を設けたことを特徴とする吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置。
項２． さらにガスの脱着時に第一の吸着容器および/または第二の吸着容器を加熱することができる加熱手段を設けたことを特徴とする項１に記載の吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置。
項３． 圧力容器に充填した吸着材により天然ガスを吸着する圧力容器を有する吸着式貯蔵装置において、主にメタン以外の成分を吸着するための第一の吸着容器と主にメタンからなる残りのガスを吸着するための第二の吸着容器とを天然ガスの導入方向に順次設け、さらにガスの脱着時に第一の吸着容器および/または第二の吸着容器を加熱することができる加熱手段を設けたことを特徴とする吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置。
項４． 第一の吸着容器と第二の吸着容器との間に背圧弁を設けたことを特徴とする項１〜３のいずれかに記載の吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置。
項５． (i)第二の吸着容器のガス受け入れ口および払い出し口が、同一側面に設けられ、払い出し口は側面のほぼ中央に設けられており、(ii)払い出し口が、第二の吸着容器内に配設された複数個の開口を有する配管と連絡され、(iii)ガス脱着時の第二の吸着容器内でのガス流の少なくとも一部を横方向に変えることにより、第二の吸着容器内の温度低下を抑制するようにしたことを特徴とする項１〜４のいずれかに記載の吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置。
項６． 第一の吸着容器および/または第二の吸着容器の内部が、セル壁により複数のセルに分割されたことを特徴とする項１〜４のいずれかに記載の吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置。
項７． セル壁に、セル加熱用の媒体を流すことができる流路を設けたことを特徴とする項６に記載の吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、圧力容器に充填した吸着材により天然ガスを吸着する圧力容器を有する吸着式貯蔵装置において、主にメタン以外の成分を吸着するための第一の吸着容器と主にメタンからなる残りのガスを吸着するための第二の吸着容器とを天然ガスの導入方向に順次設け、さらにガスの脱着時に加熱することができる加熱手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
以下図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００９】
図１に、本発明による吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置の一例を概略図として示す。本発明の装置は、ガスの導入方向に順次第一の吸着容器および第二の吸着容器を設ける。
【００１０】
図１では、ガス導入ラインとガス払い出しラインの一部が共通のラインとなっているが、ガス導入ラインとガス払い出しラインは、別々に設けてもよい。
【００１１】
本発明の貯蔵対象ガスには、付臭前の天然ガスだけでなく、都市ガスとして使用するために既に付臭された天然ガスも含まれる。貯蔵対象である天然ガスが付臭前後のいずれであるに係わらず、必要に応じて、第一の容器内の吸着材として、付臭剤を吸着させた吸着材を用いることができる。
【００１２】
用いる付臭剤は、当該分野において都市ガスに臭気を与える付臭剤として通常用いられているものであれば特に制限されない。付臭剤として、例えば、ジメチルサルファイド(DMS)、t-ブチルメルカプタン(TBM)、テトラハイドロチオフェン(THT)などのサルファー系化合物などを例示することができる。
【００１３】
第一の吸着容器内の吸着材に吸着させる付臭剤の量は、特に制限されないが、吸着材の重量に対して、通常0.001〜5％程度、好ましくは0.01〜1％程度である。
【００１４】
第一および/または第二の吸着容器には、必要に応じて、ガスの脱着を促進するために、吸着材の加熱手段としてヒーター１、ヒーター２などを設けることができる。熱媒体としては、自動車の排ガスまたはエンジンの冷却水などを使用することができる。
【００１５】
また、ガスの脱着時に、必要に応じて、第一の吸着容器内に吸着されているガス成分の脱着を促進するために、第二吸着容器から第一吸着容器へ流れるガスを加熱するヒーター３などの加熱手段を設けることができる。この加熱手段は、第二吸着容器から第一吸着容器へのガス払い出しラインに設けることができる。このように、吸着容器内の吸着材と直接に接することができる吸脱着ガスを熱媒体とすると、より効果的である。
【００１６】
本発明の装置は、必要に応じて、第一の吸着容器と第二の吸着容器との間に第一の吸着容器の圧力を調整できる背圧弁を設けても良い。例えば、図１に示すように、ガス導入ラインの第一の吸着容器と第二の吸着容器との間に背圧弁を設けることができる。
【００１７】
本発明の装置は、ガス導入ラインとガス払い出しラインが別々に設けられている場合には、必要に応じて、第一の吸着容器よりも後流のガス払い出しライン上に、第一の吸着容器の圧力を調整できる背圧弁を有していても良い。
【００１８】
背圧弁を全く有しない態様の場合には、第一の吸着容器と第二の吸着容器との間に、バルブ２を設けておくことが好ましい。
【００１９】
第一の吸着容器には、メタン以外の成分を吸着できる吸着材が充填されている。第一の吸着容器における吸着材として、活性炭、ゼオライト、シリカゲルなどの多孔体；有機金属錯体などが例示される。有機金属錯体として、フマル酸銅；1,4-トランス-シクロヘキサンジカルボン酸銅；スチルベンジカルボン酸銅；テレフタル酸銅；ターフェニルジカルボン酸銅；ビフェニルジカルボン酸銅；トランジカルボン酸銅；シンナミックジカルボン酸銅；フマル酸銅またはテレフタル酸銅またはシンナミックジカルボン酸銅またはビフェニルジカルボン酸銅とトリエチレンジアミンとの３次元錯体などを例示できる。これらの吸着材は、単独で使用してもよく、或いは2種以上を併用してもよい。吸着材の比表面積は、できるだけ大きいことが好ましい。実用的には、通常約500m2/g以上であり、1000〜3000m2/gであることが好ましい。吸着材の平均細孔径は、通常5〜25Å程度であり、より好ましくは7〜20Å程度である。吸着材の細孔容積は、通常0.5〜2ml/g程度であり、好ましくは0.6〜1.5ml/g程度である。なお、本発明における吸着材の比表面積は、BET法による測定値であり、平均細孔径は、HK法による測定値であり、細孔容積は、アルゴン吸着データの相対圧がHK法による平均細孔径が20Åに対応する値から算出した値である。
【００２０】
第二の吸着容器には、メタンを吸着できる吸着材が充填されている。第二の吸着容器における吸着材としては、活性炭、ゼオライト、シリカゲルなどの多孔体；有機金属錯体などが例示される。有機金属錯体として、フマル酸銅；1,4-トランス-シクロヘキサンジカルボン酸銅；スチルベンジカルボン酸銅；テレフタル酸銅；ターフェニルジカルボン酸銅；ビフェニルジカルボン酸銅；トランジカルボン酸銅；シンナミックジカルボン酸銅；シンナミックジカルボン酸銅、フマル酸銅またはテレフタル酸銅またはシンナミックジカルボン酸銅またはビフェニルジカルボン酸銅とトリエチレンジアミンとの３次元錯体などを例示できる。これらの吸着材は、単独で使用してもよく、或いは2種以上を併用してもよい。吸着材の比表面積としては、できるだけ大きいことが好ましい。実用的には、通常約400m2/g以上であり、1000〜3500m2/gであることが好ましい。メタン吸着材の平均細孔径は、通常5〜20Å程度である。吸着材の細孔容積は、通常0.2〜2ml/g程度である。
【００２１】
第一の吸着容器と第二の吸着容器において用いる吸着材は、同一であってもよく、または異なっていてもよい。第一吸着容器と第二吸着容器との間に背圧弁を設けない態様においては、第一の吸着容器と第二の吸着容器とでは、異なる種類の吸着材を用いるか、または同種であっても平均細孔径の異なる吸着材を用いるのが好ましい。第一の吸着容器には、第二の吸着容器に充填する吸着材よりも平均細孔径の大きい吸着材を充填するのが好ましい。
【００２２】
本発明においては、必要に応じて、第一の吸着容器および/または第二の吸着容器を複数個設置してもよい。第一の吸着容器および/または第二の吸着容器を複数個設置する場合には、それぞれを並列に設置することができる。例えば、第二吸着容器が並列に複数個接続され、第一吸着容器と第二吸着容器が直列に接続された実施態様を例示することができる。
【００２３】
２種の吸着材のそれぞれの使用量(第一の吸着容器および第二の吸着容器それぞれの充填体積)は、使用する吸着材の種類(吸着能力)などを考慮して、適宜決定することができる。第一吸着容器と第二吸着容器との吸着材の充填体積の比は、特に制限されないが、通常1：10〜1：1程度、好ましくは1：5〜1：1程度、より好ましくは1：3〜1：1である。なお、第一または第二吸着容器を複数個付設する場合は、全ての第一または第二吸着容器における吸着材の充填体積の和とする。
【００２４】
第一の吸着容器および第二の吸着容器の形状は、特に制限されず、同一であってもよく、相異なっていてもよい。これらの容器の形状として、例えば、円筒形、パイプ形、球形、角筒形などを例示することができる。
【００２５】
本発明の装置などを用いることにより、主にメタン以外の成分を第一吸着容器において吸着させた後、主にメタンからなる残りのガスを第二吸着容器において吸着させることにより天然ガスを吸着貯蔵することができる。以下、本発明の装置を用いた天然ガスの吸着貯蔵方法の一例を詳述する。第一の吸着容器と第二の吸着容器との間に背圧弁を設けた態様における吸着貯蔵方法について、図１を参照しながら述べる。
【００２６】
まず、導入された天然ガスは、ガス導入ラインおよびバルブ１を経て、第一の吸着容器内に導入される。この時点では、第一の吸着容器と第二の吸着容器との間に必要に応じて設けられた背圧弁に付属するバルブ2、バルブ3およびバルブ4は、閉じられている。背圧弁は、所定圧に設定されており、第一の吸着容器内の圧力が所定圧に達すると背圧弁に付属するバルブ2が開き、第一吸着容器内を所定圧に保持しながら、メタン以外の成分がある程度吸着された天然ガスが、第二の吸着容器に導入される。天然ガスを導入する場合の第一の吸着容器と第二の吸着容器との間に設けられた背圧弁の設定圧力は、第一の吸着容器の貯蔵圧に応じて適宜設定することができ、通常貯蔵圧力の1/2〜貯蔵圧力程度、好ましくは貯蔵圧力程度である。貯蔵圧力は、貯蔵容器の能力に応じて適宜設定することができるが、通常1〜20MPa程度である。貯蔵圧力が1MPa以上5MPa未満の場合には、平均細孔径が5〜12Å程度で細孔容積が0.2〜1.2ml/g程度の吸着材を第二の吸着容器に用いるのが好ましい。また、貯蔵圧力が5MPa以上20MPa以下の場合には、平均細孔径が7〜20Å程度で細孔容積が0.7〜2ml/g程度の吸着材を第二の吸着容器に用いるのが好ましい。
【００２７】
第一の吸着容器内の吸着材への吸着時の温度および圧力は、特に制限されない。温度は、吸着熱により上昇するので、通常、常温〜100℃程度(好ましくは常温〜60℃程度)である。圧力は、約1MPa以上(好ましくは3.5〜20MPa程度)である。
【００２８】
第二の吸着容器内の吸着材への吸着時の温度および圧力は、特に制限されない。温度は、吸着熱により上昇するので、通常、常温〜100℃程度(好ましくは常温〜60℃程度)である。圧力は、約1MPa以上(好ましくは3.5〜20MPa程度)である。
【００２９】
なお、吸着容器内の吸着材へのガス吸着時に吸着容器を冷却する手段を、本発明の装置内に設けてもよいし、ガスステーション（天然ガス充填所）の設備により吸着容器を冷却するようにしてもよい。
【００３０】
第二の吸着容器への天然ガス吸着が終了した時点で、バルブ１およびバルブ２を閉じ、天然ガスをそのまま貯蔵する。
【００３１】
天然ガスの脱着操作時は、バルブ２とバルブ４を閉じたままバルブ３を開き、必要に応じて第一の吸着容器内に充填した吸着材をヒーター１により加熱して、第一の吸着容器に吸着されているガスの脱着を行い、ガス払い出しラインから第一の吸着容器内のガスを系外に放出する。
【００３２】
次いで、バルブ４を開いて、第二の吸着容器内に充填した吸着材に吸着されたメタンを主成分とするガスを脱着させ、必要に応じてヒーター２とヒーター３により加熱し、バルブ４、第一の吸着容器およびバルブ３を経て、ガス払い出しラインから天然ガスを所定の用途に供する。脱着操作に際しては、必要に応じて第一の吸着容器よりも後流のガス払い出しライン上に設けられた背圧弁による圧力設定により、第一の吸着容器内の圧力を一定に保ちながら、第二の吸着容器内のガスの脱着を行うことが好ましい。第一の吸着容器よりも後流のガス払い出しライン上に設けた背圧弁の圧力は、ガス払い出し時には、通常0.1MPa〜払い出し後の貯蔵圧力程度、好ましくは0.1〜0.2MPa程度に設定する。
【００３３】
第一の吸着容器にヒーターを付設していない場合は、バルブ２を閉じたままバルブ３を開き、第一の吸着容器に吸着されているガスを脱着させる。この時、第一の吸着容器の開口部に近い空間部に充填された吸着材により高濃度に吸着されたメタン以外の成分ガスの一部が脱着される。
【００３４】
次いで、バルブ４を開き、必要に応じて設けられた背圧弁による圧力設定により、第一の吸着容器内の圧力を一定に保ちながら、第二の吸着容器内に吸着されているガスがバルブ4、第一の吸着容器およびバルブ3を経て、ガス払い出しラインから天然ガスが払い出される。この払い出されたガスをエンジンに送って燃焼させることにより、走行駆動力を得ることができる。
【００３５】
なお、上記のように、第一の容器と第二の容器との間に背圧弁を設けた場合には、天然ガス導入時において、第一の吸着容器内の圧力が設定圧力に達するまで背圧弁のバルブ2を閉じることにより、第一の吸着容器の圧力を制御することができる。このように制御することにより、第一の吸着容器におけるメタン以外の成分の吸着性能が向上し、第二の吸着容器へのメタン以外の成分の流出を防止することができる。
【００３６】
また、第一の吸着容器よりも後流のガス払い出しライン上に背圧弁を設けた場合には、ガス脱着時において、第一の吸着容器の圧力を低圧に保つことができる。これにより、第一の吸着容器に吸着されているメタン以外の成分の脱着を促進することができる。
【００３７】
従って、背圧弁を設けることにより、より一層、高い貯蔵性能を長期間維持することができ、定常状態での天然ガス貯蔵性能を大幅に向上することができる。
【００３８】
図２に、本発明による吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置の第二の吸着容器の一例を概略図として示す。
【００３９】
この第二の吸着容器においては、(i)第二の吸着容器のガス受け入れ口および払い出し口が、同一側面に設けられ、払い出し口は側面のほぼ中央に設けられており、(ii)払い出し口が、第二の吸着容器内に配設された複数個の開口を有する配管と連絡され、(iii)ガス脱着時の第二の吸着容器内でのガス流の少なくとも一部を横方向に変えることにより、第二の吸着容器内の温度低下を抑制するようにしている。
【００４０】
ガスの受け入れ口は、払い出し口と同じ側面のどの位置に設けても良い。
【００４１】
この第二の吸着容器においては、払い出し口が第二の吸着容器内に配設された配管と連絡され、この配管に多数の穴が開けられている。この払い出し口に連絡された配管は、第二の吸着容器の中心を基準として、中心から外周に至る距離(円筒形の場合には、半径に相当する)の10％程度以下の中心部に近い位置に配設しておくことが好ましい。また、配管の断面積は、第二の吸着容器の大きさなどを考慮して定めればよいが、所定脱着ガス量を確保できる範囲内で、より小さい方が好ましい。また、配管に設ける開口の大きさおよび数も、所定脱着ガス量を確保できる範囲内で、適宜選択することができる。
【００４２】
天然ガスの脱着に際しては、脱着熱により、第二の吸着容器内の温度が低下する。図２に示す第二の吸着容器においては、脱着されたガスは、吸着容器中心近傍に配設した配管の多数の穴を経てガス払い出しラインから吸着容器外に取り出されるので、吸着容器内での脱着ガスは、吸着容器の壁近傍から中心部近傍に向って水平乃至横方向に移動する。吸着容器の壁近傍に吸着されていたガスは、吸着容器外部との熱交換により、常温に近い温度を有しているので、吸着容器中心部近傍の吸着材は、この比較的高温のガスにより加熱される。その結果、吸着材の温度低下による脱着量の減少という問題点が大幅に抑制される。
【００４３】
図２に示す第二の吸着容器によれば、吸着容器内での熱移動により、吸着容器内の吸着材からのガスの脱着が促進されるので、吸着容器の貯蔵能力の低下が効果的に抑制され、定常状態でのガス貯蔵性能が大幅に向上する。
【００４４】
図３に、本発明による吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置の第一の吸着容器および/または第二の吸着容器の内部構造の一例を示す。図３は、第一の吸着容器および/または第二の吸着容器を横割りにした概略横断面図である。
【００４５】
この第一および/または第二の吸着容器の内部は、セル壁により複数のセルに分割されている。すなわち、吸着容器が、吸着材を収容する小さな部屋であるセルの集合体で構成されている。セル壁は、吸着容器の構成材と共に軽量で熱伝導率の高いアルミニウム材などで構成されるのが好ましい。セル壁の所定位置には、ガスの脱着時にセル加熱用の熱媒体を流すことができる流路を設けることができる。この流路には、ガスの吸着時にセル冷却用の熱媒体を流すこともできる。
【００４６】
このように、吸着容器を複数のセルに分割すると、伝熱距離が短くなり、熱効率がよくなると共に温度の均一化が図れる。また、熱媒体流路に熱媒体を送ることにより、吸着材へのガスの吸脱着に対応して効果的に熱交換ができ、吸脱着性能が向上する。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、主にメタン用と主にメタン以外の成分ガスとをそれぞれ個別の容器内に収容された吸着材に吸着させることにより、天然ガス中のエタン、プロパン、ブタン等の重質分の分離吸着および脱着を容易に行うことができる。このため、天然ガスの吸脱着操作を繰り返しても、高い貯蔵性能を長期間維持することができ、定常状態での天然ガス貯蔵性能が大幅に向上する。
【００４８】
また、本発明によれば、吸着材を充填した貯蔵装置の天然ガス貯蔵性能を改善することができるので、貯蔵装置全体を小型化し得るとともに、天然ガスの貯蔵効率を高めることができる。
【００４９】
また、本発明によれば、第一の吸着容器を設置することにより、天然ガス以外の不純物の除去を行うことができる。不純物の固定吸着のために、吸着性能が低下した場合には、第一の吸着容器内の吸着材のみを入れ替えることにより、吸着貯蔵装置の吸着性能の回復を容易に行うことができる。
【００５０】
また、本発明によれば、ガスの脱着時に第二の吸着容器から第一の吸着容器へ流れるガスを加熱することができる加熱手段や、ガスの脱着時に第一の吸着容器および/または第二の吸着容器を加熱することができる加熱手段を設けることにより、ガスの脱着を促進することができる。従って、吸着容器からのガス脱着時の温度低下による脱着性能の低下を抑制し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明による吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置の第二の吸着容器の一例を示す模式図である。
【図３】本発明による吸着式天然ガス自動車用燃料貯蔵装置の第一の吸着容器および/または第二の吸着容器の内部構造の一例を示す概略横断面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel storage device for an adsorption-type natural gas automobile having a pressure vessel that is filled with an adsorbent and stores and adsorbs natural gas.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a tank for storing natural gas, a tank for storing natural gas in a compressed gas state is known. However, when natural gas is stored in such a compressed gas state, there is a problem that the natural gas needs to be compressed to a high pressure and the storage amount cannot be increased. Therefore, an adsorption-type natural gas tank has been proposed in which natural gas is adsorbed on an adsorbent and can store a large amount of natural gas at a relatively low pressure. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-258961 discloses an application example of an adsorption-type storage method using an adsorbent for in-vehicle use.
[0003]
However, in the natural gas storage method using the conventional adsorbent, when repeated adsorption and desorption is performed, components of C2 or higher in the natural gas (ethane, propane, butane, etc.) accumulate in the pores of the adsorbent. , Causing a decrease in storage performance.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the main object of the present invention is to provide an adsorption-type natural gas vehicle fuel storage device having excellent storage performance even when natural gas is repeatedly adsorbed and desorbed.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of repeated research while paying attention to the current state of the technology as described above, the present inventor has found that a pressure vessel for storing natural gas is mainly a smaller adsorption vessel filled with an adsorbent for components other than methane ( In the present specification, sometimes referred to as “first adsorption vessel”) and a container mainly filled with an adsorbent for methane (in this specification, sometimes referred to as “second adsorption vessel”) It has been found that the above-mentioned object can be achieved by providing a heating means that can be divided into two and heated at the time of desorption of the gas.
[0006]
That is, the present invention is to provide the following fuel storage device for an adsorption type natural gas vehicle.
Item 1. In an adsorption-type storage device having a pressure vessel that adsorbs natural gas with an adsorbent filled in the pressure vessel, the first adsorption vessel for mainly adsorbing components other than methane and the remaining gas mainly consisting of methane are adsorbed. And a second adsorbing vessel in order in the natural gas introduction direction, and further provided with a heating means capable of heating the gas flowing from the second adsorbing vessel to the first adsorbing vessel when the gas is desorbed A fuel storage device for an adsorption type natural gas vehicle characterized by the above.
Item 2. The fuel storage device for an adsorption type natural gas vehicle according to claim 1, further comprising heating means capable of heating the first adsorption container and / or the second adsorption container at the time of desorption of gas.
Item 3. In an adsorption-type storage device having a pressure vessel that adsorbs natural gas with an adsorbent filled in the pressure vessel, the first adsorption vessel for mainly adsorbing components other than methane and the remaining gas mainly consisting of methane are adsorbed. A second adsorbing vessel for supplying the first adsorbing vessel in the natural gas introduction direction, and heating means capable of heating the first adsorbing vessel and / or the second adsorbing vessel when the gas is desorbed. A fuel storage device for natural gas vehicles.
Item 4. Item 4. The fuel storage device for an adsorption natural gas vehicle according to any one of Items 1 to 3, wherein a back pressure valve is provided between the first adsorption vessel and the second adsorption vessel.
Item 5. (i) The gas receiving port and the dispensing port of the second adsorption container are provided on the same side surface, the dispensing port is provided in the approximate center of the side surface, and (ii) the dispensing port is located in the second adsorption container. (Iii) by changing at least part of the gas flow in the second adsorption vessel during gas desorption in the lateral direction, Item 5. The fuel storage device for an adsorbing natural gas vehicle according to any one of Items 1 to 4, wherein a temperature drop of the gas is suppressed.
Item 6. Item 5. The fuel storage for an adsorptive natural gas vehicle according to any one of Items 1 to 4, wherein the inside of the first adsorption container and / or the second adsorption container is divided into a plurality of cells by cell walls. apparatus.
Item 7. Item 7. The fuel storage device for an adsorption-type natural gas vehicle according to Item 6, wherein a flow path through which a cell heating medium can flow is provided on the cell wall.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to an adsorption-type storage device having a pressure vessel that adsorbs natural gas by an adsorbent filled in a pressure vessel, and a first adsorption vessel mainly for adsorbing components other than methane and a remainder mainly composed of methane. A second adsorption container for adsorbing the gas is sequentially provided in the natural gas introduction direction, and heating means capable of heating at the time of desorption of the gas is provided.
[0008]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 schematically shows an example of a fuel storage device for an adsorption type natural gas vehicle according to the present invention. The apparatus of the present invention sequentially provides a first adsorption container and a second adsorption container in the gas introduction direction.
[0010]
In FIG. 1, a part of the gas introduction line and the gas discharge line is a common line, but the gas introduction line and the gas discharge line may be provided separately.
[0011]
The storage target gas of the present invention includes not only natural gas before odorization but also natural gas already odorized for use as city gas. Regardless of whether the natural gas to be stored is before or after odor, an adsorbent adsorbed with an odorant can be used as the adsorbent in the first container as necessary.
[0012]
The odorant to be used is not particularly limited as long as it is usually used as an odorant for giving odor to city gas in the field. Examples of the odorant include sulfur compounds such as dimethyl sulfide (DMS), t-butyl mercaptan (TBM), and tetrahydrothiophene (THT).
[0013]
The amount of the odorant adsorbed on the adsorbent in the first adsorption container is not particularly limited, but is usually about 0.001 to 5%, preferably about 0.01 to 1% with respect to the weight of the adsorbent.
[0014]
The first and / or second adsorption vessel may be provided with a heater 1, a heater 2, etc. as heating means for the adsorbent, if necessary, in order to promote gas desorption. As the heat medium, exhaust gas from an automobile, engine coolant, or the like can be used.
[0015]
Further, when desorbing the gas, the heater 3 for heating the gas flowing from the second adsorption container to the first adsorption container in order to promote the desorption of the gas component adsorbed in the first adsorption container as necessary. A heating means such as can be provided. This heating means can be provided in a gas discharge line from the second adsorption container to the first adsorption container. Thus, it is more effective to use the adsorption / desorption gas that can be in direct contact with the adsorbent in the adsorption container as the heat medium.
[0016]
The apparatus of this invention may provide the back pressure valve which can adjust the pressure of a 1st adsorption | suction container between a 1st adsorption | suction container and a 2nd adsorption container as needed. For example, as shown in FIG. 1, a back pressure valve can be provided between the first adsorption container and the second adsorption container of the gas introduction line.
[0017]
In the case where the gas introduction line and the gas discharge line are provided separately, the apparatus of the present invention has a first adsorption container on the gas discharge line downstream from the first adsorption container, if necessary. You may have the back pressure valve which can adjust the pressure of.
[0018]
In the case of an embodiment having no back pressure valve, it is preferable to provide the valve 2 between the first adsorption container and the second adsorption container.
[0019]
The first adsorption container is filled with an adsorbent capable of adsorbing components other than methane. Examples of the adsorbent in the first adsorption container include porous bodies such as activated carbon, zeolite, silica gel, and organometallic complexes. As organometallic complexes, copper fumarate; copper 1,4-trans-cyclohexanedicarboxylate; copper stilbene dicarboxylate; copper terephthalate; copper terphenyl dicarboxylate; copper biphenyl dicarboxylate; copper copper dicarboxylate; And a three-dimensional complex of copper fumarate, copper terephthalate, copper copper dicarboxylate or copper biphenyl dicarboxylate and triethylenediamine, and the like. These adsorbents may be used alone or in combination of two or more. The specific surface area of the adsorbent is preferably as large as possible. In practice, it is usually about 500 meters 2 / g or more, preferably a 1000~3000m 2 / g. The average pore diameter of the adsorbent is usually about 5 to 25 mm, more preferably about 7 to 20 mm. The pore volume of the adsorbent is usually about 0.5 to 2 ml / g, preferably about 0.6 to 1.5 ml / g. Note that the specific surface area of the adsorbent in the present invention is a value measured by the BET method, the average pore diameter is a value measured by the HK method, and the pore volume is the average pressure measured by the HK method with the relative pressure of the argon adsorption data. It is a value calculated from a value corresponding to a pore diameter of 20 mm.
[0020]
The second adsorption container is filled with an adsorbent capable of adsorbing methane. Examples of the adsorbent in the second adsorption container include porous bodies such as activated carbon, zeolite, silica gel, and organometallic complexes. As organometallic complexes, copper fumarate; copper 1,4-trans-cyclohexanedicarboxylate; copper stilbene dicarboxylate; copper terephthalate; copper terphenyl dicarboxylate; copper biphenyl dicarboxylate; copper copper dicarboxylate; A three-dimensional complex of a copper dicarboxylic acid, a copper fumarate, a copper terephthalate, a copper copper dicarboxylate or a copper biphenyl dicarboxylate and triethylenediamine; These adsorbents may be used alone or in combination of two or more. The specific surface area of the adsorbent is preferably as large as possible. In practice, it is usually about 400 meters 2 / g or more, preferably a 1000~3500m 2 / g. The average pore diameter of the methane adsorbent is usually about 5 to 20 mm. The pore volume of the adsorbent is usually about 0.2 to 2 ml / g.
[0021]
The adsorbents used in the first adsorption container and the second adsorption container may be the same or different. In an embodiment in which a back pressure valve is not provided between the first adsorption container and the second adsorption container, the first adsorption container and the second adsorption container use different types of adsorbents or the same kind. Also, it is preferable to use adsorbents having different average pore diameters. The first adsorption container is preferably filled with an adsorbent having an average pore diameter larger than that of the adsorbent filled in the second adsorption container.
[0022]
In the present invention, a plurality of first adsorption containers and / or second adsorption containers may be installed as necessary. When a plurality of first adsorption containers and / or second adsorption containers are installed, each can be installed in parallel. For example, an embodiment in which a plurality of second adsorption containers are connected in parallel and the first adsorption container and the second adsorption container are connected in series can be exemplified.
[0023]
The amount of each of the two kinds of adsorbents used (the filling volume of each of the first adsorbing container and the second adsorbing container) can be appropriately determined in consideration of the type of adsorbent used (adsorption capacity) and the like. it can. The ratio of the filling volume of the adsorbent between the first adsorption container and the second adsorption container is not particularly limited, but is usually about 1:10 to 1: 1, preferably about 1: 5 to 1: 1, more preferably 1. : 3 to 1: 1. In addition, when attaching several 1st or 2nd adsorption containers, it is set as the sum of the filling volume of the adsorbent in all the 1st or 2nd adsorption containers.
[0024]
The shapes of the first adsorption container and the second adsorption container are not particularly limited, and may be the same or different. Examples of the shape of these containers include a cylindrical shape, a pipe shape, a spherical shape, and a rectangular tube shape.
[0025]
By using the apparatus of the present invention and the like, components other than methane are mainly adsorbed in the first adsorption vessel, and then the remaining gas mainly composed of methane is adsorbed and stored in the second adsorption vessel. can do. Hereinafter, an example of the natural gas adsorption storage method using the apparatus of the present invention will be described in detail. An adsorption storage method in a mode in which a back pressure valve is provided between the first adsorption container and the second adsorption container will be described with reference to FIG.
[0026]
First, the introduced natural gas is introduced into the first adsorption vessel through the gas introduction line and the valve 1. At this time, the valve 2, the valve 3 and the valve 4 attached to the back pressure valve provided as necessary between the first adsorption container and the second adsorption container are closed. The back pressure valve is set to a predetermined pressure, and when the pressure in the first adsorption container reaches the predetermined pressure, the valve 2 attached to the back pressure valve is opened, and while maintaining the inside of the first adsorption container at the predetermined pressure, methane Natural gas in which components other than those are adsorbed to some extent is introduced into the second adsorption vessel. The set pressure of the back pressure valve provided between the first adsorption container and the second adsorption container when introducing natural gas can be appropriately set according to the storage pressure of the first adsorption container, Usually, it is about 1/2 to the storage pressure, preferably about the storage pressure. The storage pressure can be appropriately set according to the capacity of the storage container, but is usually about 1 to 20 MPa. When the storage pressure is 1 MPa or more and less than 5 MPa, an adsorbent having an average pore diameter of about 5 to 12 mm and a pore volume of about 0.2 to 1.2 ml / g is preferably used for the second adsorption container. When the storage pressure is 5 MPa or more and 20 MPa or less, it is preferable to use an adsorbent having an average pore diameter of about 7 to 20 mm and a pore volume of about 0.7 to 2 ml / g for the second adsorption container.
[0027]
The temperature and pressure at the time of adsorption to the adsorbent in the first adsorption container are not particularly limited. Since the temperature rises due to the heat of adsorption, it is usually from room temperature to 100 ° C. (preferably from room temperature to 60 ° C.). The pressure is about 1 MPa or more (preferably about 3.5 to 20 MPa).
[0028]
The temperature and pressure at the time of adsorption to the adsorbent in the second adsorption container are not particularly limited. Since the temperature rises due to the heat of adsorption, it is usually from room temperature to 100 ° C. (preferably from room temperature to 60 ° C.). The pressure is about 1 MPa or more (preferably about 3.5 to 20 MPa).
[0029]
In addition, a means for cooling the adsorption container at the time of gas adsorption to the adsorbent in the adsorption container may be provided in the apparatus of the present invention, or the adsorption container may be cooled by the equipment of the gas station (natural gas filling station). It may be.
[0030]
When the natural gas adsorption to the second adsorption container is completed, the valve 1 and the valve 2 are closed and the natural gas is stored as it is.
[0031]
During the operation of desorbing natural gas, the valve 3 is opened while the valve 2 and the valve 4 are closed, and the adsorbent filled in the first adsorption container is heated by the heater 1 as necessary. The gas adsorbed on the gas is desorbed, and the gas in the first adsorption container is released out of the system from the gas discharge line.
[0032]
Next, the valve 4 is opened, the gas mainly composed of methane adsorbed on the adsorbent filled in the second adsorption container is desorbed, and heated by the heater 2 and the heater 3 as necessary. Through the first adsorption container and the valve 3, natural gas is supplied from the gas discharge line to a predetermined application. During the desorption operation, the pressure in the first adsorption vessel is kept constant by setting the pressure by the back pressure valve provided on the gas discharge line that is downstream from the first adsorption vessel as necessary. It is preferable to desorb the gas in the adsorption container. The pressure of the back pressure valve provided on the gas discharge line downstream from the first adsorption container is normally set to 0.1 MPa to about the storage pressure after discharge, preferably about 0.1 to 0.2 MPa at the time of gas discharge.
[0033]
When the heater is not attached to the first adsorption container, the valve 3 is opened while the valve 2 is closed, and the gas adsorbed in the first adsorption container is desorbed. At this time, a part of the component gases other than methane adsorbed at a high concentration by the adsorbent filled in the space near the opening of the first adsorption container is desorbed.
[0034]
Next, the valve 4 is opened, and the gas adsorbed in the second adsorption container is kept in the valve 4 while keeping the pressure in the first adsorption container constant by setting the pressure by the back pressure valve provided as necessary. The natural gas is discharged from the gas discharge line through the first adsorption container and the valve 3. A running driving force can be obtained by sending the discharged gas to the engine and burning it.
[0035]
As described above, when a back pressure valve is provided between the first container and the second container, the back pressure is increased until the pressure in the first adsorption container reaches the set pressure when natural gas is introduced. By closing the valve 2 of the pressure valve, the pressure of the first adsorption container can be controlled. By controlling in this way, the adsorption performance of components other than methane in the first adsorption vessel can be improved, and the outflow of components other than methane to the second adsorption vessel can be prevented.
[0036]
In addition, when a back pressure valve is provided on the gas discharge line that is downstream from the first adsorption container, the pressure of the first adsorption container can be kept low during gas desorption. Thereby, desorption of components other than methane adsorbed by the first adsorption container can be promoted.
[0037]
Therefore, by providing the back pressure valve, it is possible to maintain a higher storage performance for a long period of time and to significantly improve the natural gas storage performance in a steady state.
[0038]
In FIG. 2, an example of the 2nd adsorption | suction container of the fuel storage apparatus for adsorption type natural gas vehicles by this invention is shown as a schematic diagram.
[0039]
In this second adsorption container, (i) the gas receiving port and the dispensing port of the second adsorption container are provided on the same side surface, and the dispensing port is provided in the approximate center of the side surface, and (ii) the dispensing port Is connected to a pipe having a plurality of openings disposed in the second adsorption vessel, and (iii) changes at least part of the gas flow in the second adsorption vessel during gas desorption in the lateral direction. This suppresses the temperature drop in the second adsorption container.
[0040]
The gas receiving port may be provided at any position on the same side as the dispensing port.
[0041]
In the second adsorption container, the discharge port is communicated with a pipe disposed in the second adsorption container, and a number of holes are formed in the pipe. The pipe communicated to the outlet is close to the center of about 10% or less of the distance from the center to the outer periphery (corresponding to the radius in the case of a cylindrical shape) with the center of the second adsorption container as a reference It is preferable to arrange in a position. Further, the cross-sectional area of the pipe may be determined in consideration of the size of the second adsorption container, etc., but is preferably smaller within a range in which a predetermined desorption gas amount can be secured. Also, the size and number of openings provided in the piping can be appropriately selected within a range in which a predetermined desorption gas amount can be secured.
[0042]
During the desorption of natural gas, the temperature in the second adsorption container decreases due to the heat of desorption. In the second adsorption container shown in FIG. 2, the desorbed gas is taken out of the adsorption container through the gas discharge line through a large number of holes in the pipe disposed near the center of the adsorption container. The desorption gas moves in the horizontal or horizontal direction from the vicinity of the wall of the adsorption container toward the vicinity of the center. Since the gas adsorbed near the wall of the adsorption vessel has a temperature close to room temperature due to heat exchange with the outside of the adsorption vessel, the adsorbent near the adsorption vessel center is caused by this relatively high temperature gas. Heated. As a result, the problem of a decrease in the amount of desorption due to a decrease in the temperature of the adsorbent is greatly suppressed.
[0043]
According to the second adsorption container shown in FIG. 2, since the desorption of the gas from the adsorbent in the adsorption container is promoted by the heat transfer in the adsorption container, the storage capacity of the adsorption container is effectively reduced. It is suppressed and the gas storage performance in the steady state is greatly improved.
[0044]
FIG. 3 shows an example of the internal structure of the first adsorption container and / or the second adsorption container of the adsorption-type natural gas vehicle fuel storage device according to the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in which the first adsorption container and / or the second adsorption container is divided into horizontal sections.
[0045]
The inside of the first and / or second adsorption container is divided into a plurality of cells by a cell wall. That is, the adsorption container is composed of a collection of cells, which are small rooms for accommodating the adsorbent. The cell wall is preferably made of a lightweight aluminum material having high thermal conductivity together with the constituent material of the adsorption container. At a predetermined position on the cell wall, a flow path through which a heat medium for heating the cell can flow when desorbing gas can be provided. A heat medium for cell cooling can also flow through this flow path during gas adsorption.
[0046]
Thus, when the adsorption container is divided into a plurality of cells, the heat transfer distance is shortened, the thermal efficiency is improved, and the temperature can be made uniform. In addition, by sending the heat medium to the heat medium flow path, heat exchange can be effectively performed corresponding to the adsorption / desorption of gas to the adsorbent, and the adsorption / desorption performance is improved.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, heavy gases such as ethane, propane, and butane in natural gas are mainly adsorbed on adsorbents housed in separate containers mainly for methane and mainly for component gases other than methane. Separation adsorption and desorption can be easily performed. For this reason, even if the adsorption / desorption operation of natural gas is repeated, high storage performance can be maintained for a long period of time, and natural gas storage performance in a steady state is greatly improved.
[0048]
Further, according to the present invention, the natural gas storage performance of the storage device filled with the adsorbent can be improved, so that the entire storage device can be miniaturized and the storage efficiency of natural gas can be increased.
[0049]
Moreover, according to this invention, the impurities other than natural gas can be removed by installing the first adsorption container. When the adsorption performance decreases due to the fixed adsorption of impurities, the adsorption performance of the adsorption storage device can be easily restored by replacing only the adsorbent in the first adsorption container.
[0050]
Further, according to the present invention, the heating means that can heat the gas flowing from the second adsorption container to the first adsorption container at the time of gas desorption, the first adsorption container and / or the second at the time of gas desorption By providing a heating means capable of heating the adsorption container, gas desorption can be promoted. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in desorption performance due to a temperature decrease during gas desorption from the adsorption container.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an adsorbing natural gas automobile fuel storage device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a second adsorption container of the fuel storage device for an adsorption type natural gas vehicle according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the internal structure of the first adsorption container and / or the second adsorption container of the fuel gas storage device for an adsorption type natural gas vehicle according to the present invention.
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