一种节能型天然气吸附储存容器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种节能型天然气吸附储存容器及其工作方法，属于天然气吸附技术领域。
背景技术
能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，到目前为止，尽管非化石燃料有了进一步发展，但化石燃料在一次能源中依然占据主导地位。天然气主要成分为甲烷，作为当今煤和石油以外的第三大能源，具有清洁、高效、储量丰富等优点。天然气的储存是天然气工业不可或缺的重要组成部分,如何实现其高效储存，已成为人类关注的焦点问题之一。
天然气的储存方式主要有液化、压缩、吸附和天然气水合物储存四种方式。其中，液化储存和压缩储存虽已得到广泛应用，但液化储存仍存在液化成本、储罐制造成本高和分层旋涡的安全隐患；压缩储存的压力为20MPa以上的高压，也具有一定的危险性。而天然气水合物储存工艺技术还不大成熟。天然气吸附储存技术是在吸附储罐中装入天然气吸附剂，利用吸附剂巨大的比表面积和丰富的微孔结构，实现常温、中低压下的高效存储。随着高比表面积吸附剂的开发，天然气的吸附存储方式可望达到CNG方式相近的能量密度，在天然气调峰和车用燃料中有广泛应用前景。
然而，天然气吸附过程中的放热效应和脱附过程中的吸热效应会严重影响对天然气的吸附与脱附效率，以及储气量与释放量。必须在吸附容器中设置换热装置，以在吸附时及时将热量带出容器，在脱附时及时将热量引入容器。对此，已有吸附储存工艺中多以水为冷/热媒，虽然其工艺技术简单，但传热效率较低，换热系统庞大，工作现场必须有水资源供应。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构紧凑，占用空间小的节能型天然气吸附储存容器及其工作方法，可有效改善吸附、脱附伴随的热效应问题，实现对天然气的高效吸附储存。
本发明采用以下方案实现：一种节能型天然气吸附储存容器，包括带有桶盖的容器桶，容器桶内部填充有吸附剂，所述容器桶外周部设置有夹套，所述夹套内部填充有相变储热材料；所述容器桶侧壁穿设有多根水平设置的热管，所述热管朝外一端插入夹套内的相变储热材料中、朝内一端插入容器桶内的吸附剂中，所述容器桶底部设置有半导体调温组件，所述桶盖上穿设有天然气进气管和天然气出气管。
进一步的，所述容器桶底部设置有保温层并且位于中部开设有用以安装半导体调温组件的安装孔；所述半导体调温组件包括半导体制冷片，容器桶内底部设置有位于半导体制冷片上侧的内导温板，容器桶外底部设置有位于半导体制冷片下侧的外导温板。
进一步的，还包括与半导体制冷片电性连接的电源，所述内导温板和半导体制冷片之间以及外导温板和半导体制冷片之间分别夹设有绝缘层，所述内导温板上侧设置有伸入容器桶内的内翅片，外导温板下侧设置有向下延伸的外翅片；所述热管两端封闭，热管内部填充有汽液相变介质。
进一步的，所述容器桶上开口外侧设置有用以连接桶盖的法兰，容器桶底部设置有支撑容器桶的支撑座；天然气进气管和天然气出气管朝内一端设置有过滤器，天然气进气管上安装有进气截止阀，天然气出气管上安装有出气截止阀。
本发明另一技术方案：一种如上所述节能型天然气吸附储存容器的工作方法，储存天然气时，先往容器桶内填充吸附剂后用桶盖密封，容器桶内达到3~5MPa吸附储存天然气的压力，然后天然气通过天然气进气管进入到容器桶进行吸附，吸附过程放热，热量通过热管内汽液相变介质的相变传递给夹套内相变储热材料存储起来，同时调整半导体制冷片和电源连接的正、负极，使半导体制冷片朝上一端为冷端给容器桶内部降温，从而改善吸附放热问题；需要使用天然气时，天然气从天然气出气管出气，容器桶内的天然气脱附，脱附过程吸热，夹套内的相变储热材料释放热量通过热管内汽液相变介质的相变传递给容器桶内，同时反接半导体制冷片和电源连接的正、负极，使半导体制冷片朝上一端为热端将热量传递给容器桶内部，从而改善脱附吸热问题。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明能型天然气吸附储存容器结构紧凑，占用空间小，传热效率高，有效利用了相变储热材料和热管内汽液相变介质双相变的特点以及半导体制冷/制热技术来改善吸附、脱附伴随的热效应问题；提高天然气的吸附与脱附效率，实现对天然气的高效吸附储存，同时可以在无水源或缺水的环境下使用。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例构造示意图；
图2是本发明实施例中容器桶的横向剖面图；
图中标号说明：1-法兰、2-桶盖、3-过滤器、4-天然气进气管、5-进气截止阀、6-天然气出气阀、7-出气截止阀、8-热管、9-相变储热材料、10-保温层、11-支撑座、12-内导热板、13-绝缘层、14-半导体制冷片、15-外导热板、16-电源、17-容器桶。
具体实施方式
如图1所示，一种节能型天然气吸附储存容器，包括带有桶盖2的容器桶17，容器桶17内部填充有吸附剂，所述容器桶17外周部设置有夹套，所述夹套内部填充有相变储热材料9；所述容器桶17侧壁穿设有多根水平设置的热管8，热管沿容器桶径向水平设置，所述热管两端封闭，热管内部填充有汽液相变介质；所述热管8朝外一端插入夹套内的相变储热材料9中、朝内一端插入容器桶17内的吸附剂中，所述容器桶17底部设置有半导体调温组件，所述桶盖上穿设有天然气进气管4和天然气出气管6；本发明能型天然气吸附储存容器，有效的利用了夹套内相变储热材料和热管内相变介质的相变来改善吸附、脱附伴随的热效应问题；同时在容器桶底部设置了半导体调温组件，半导体调温组件可以根据需要调整与电源连接的正、负极，进而改变半导体调温组件的冷、热端，达到在天然气吸附时快速制冷，在天然气脱附时快速制热；本发明结构紧凑，占用空间小，传热效率高，有效利用了相变储热材料和热管内汽液相变介质双相变的特点以及半导体制冷/制热技术，提高天然气的吸附与脱附效率，实现对天然气的高效吸附储存，同时可以在无水源或缺水的环境下使用。
在本实施例中，所述热管呈层级分布，共三层，每层具有四根沿周向均布的热管，即相邻两根热管之间错开90°；容器桶内的吸附剂可以采用活性炭或者其他天然气吸附剂。
在本实施例中，所述容器桶17底部设置有保温层10并且位于中部开设有用以安装半导体调温组件的安装孔；所述半导体调温组件包括半导体制冷片14，容器桶17内底部设置有位于半导体制冷片14上侧的内导温板12，容器桶外底部设置有位于半导体制冷片下侧的外导温板15。
在本实施例中，还包括与半导体制冷片14电性连接的电源16，所述内导温板和半导体制冷片之间以及外导温板和半导体制冷片之间分别夹设有绝缘层13，所述内导温板上侧设置有伸入容器桶内的内翅片，外导温板下侧设置有向下延伸的外翅片。
在本实施例中，所述容器桶17上开口外侧设置有用以连接桶盖2的法兰1，容器桶17底部设置有支撑容器桶的支撑座11；天然气进气管和天然气出气管朝内一端设置有过滤器3，天然气进气管上安装有进气截止阀5，天然气出气管上安装有出气截止阀7，吸附和脱附的时候，吸附剂会被过滤器阻挡在天然气进气管和天然气出气管外，不会造成吸附剂倒吸进进气管和出气管内而造成管道的堵塞和吸附剂的浪费。
一种如上所述节能型天然气吸附储存容器的工作方法，储存天然气时，先往容器桶内填充吸附剂后用桶盖密封，容器桶内达到3~5MPa吸附储存天然气的压力，然后天然气通过天然气进气管进入到容器桶进行吸附，吸附过程放热，热量通过热管内汽液相变介质的相变传递给夹套内相变储热材料存储起来，同时调整半导体制冷片和电源连接的正、负极，使半导体制冷片朝上一端为冷端通过内导热板上的翅片给容器桶内部降温，从而改善吸附放热问题；需要使用天然气时，天然气从天然气出气管出气，容器桶内的天然气脱附，脱附过程吸热，夹套内的相变储热材料释放热量通过热管内汽液相变介质的相变传递给容器桶内，同时反接半导体制冷片和电源连接的正、负极，使半导体制冷片朝上一端为热端通过内导热板上的翅片将热量传递给容器桶内部，从而改善脱附吸热问题。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
