專利名稱：基于多孔材料吸附的氣體儲能增強方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種氣體壓縮存儲技術領域的方法，具體是一種基于多孔材料吸
附的氣體儲能增強方法。
背景技術：
隨著能源短缺和氣候變化越來越影響到人類的生活和生存，開發(fā)能夠替代石油的清潔能源已成為人類面臨的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。通過壓縮氣體儲存的能量驅動發(fā)動機是新能源領域的一個發(fā)展方向，目前收到了廣泛的關注。這種壓縮氣體驅動的氣動發(fā)動機可以極大節(jié)約能源，而且發(fā)動機排出的是空氣，可以真正實現(xiàn)零排放，在環(huán)保方面有很大優(yōu)勢。這種技術還具有成本低廉、投資少、使用壽命長等優(yōu)勢，是一項符合我國能源戰(zhàn)略政策的高端技術，
更是造福人類的一項偉大工程。然而，要想這項技術得到廣泛應用一個最大挑戰(zhàn)必須克服，即儲存罐中的壓縮氣體如何為發(fā)動機提供足夠的動力實現(xiàn)氣動發(fā)動機長時間運轉。由于壓縮氣體驅動的氣動發(fā)動機的動力幾乎完全來源于壓縮氣體儲存的能量，提高儲氣罐中壓縮氣體的能量是最直接和最有效的改善發(fā)動機動力性能的手段。 壓縮氣體具備的有效能量的大小可由以下公式表示E = mRT(lnP/P°) ， E為壓縮氣體所具有的有效能量，m為氣體質(zhì)量，P為氣體壓力，P°為環(huán)境壓力，R為氣體常數(shù)，T為環(huán)境溫度。很明顯可以通過增加氣體質(zhì)量或者氣體壓力來提高壓縮氣體的有效能量。目前常用的手段是提高壓縮氣體的壓力來增加氣體的有效能量。但這種手段一個顯而易見的缺點是對儲氣罐材料性能要求非常嚴格。為了得到更高壓力氣體，需要增加儲氣罐壁厚以保證儲氣罐安全，這樣顯著提高了儲氣罐的自重，在使用過程中要額外消耗氣體的有效能量。更重要的是在高壓下儲氣罐材料安全性能難以保證，使得通過提高壓力增加氣體有效能量收到很大限制。 經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，利用壓縮空氣儲能是很實用的能量儲存手段。周友行等人(裝備制造技術，2008年，第1期，103頁)提出，利用捕獲到風能將空氣壓縮儲存在密閉空間內(nèi)，在需要用時才利用壓縮空氣，控制其內(nèi)能的釋放速度推動發(fā)電機發(fā)電，可解決發(fā)電和用電不同步的矛盾。由于這種方法是通過提高壓縮氣體壓力的方法和增加儲氣容器的容量來提高壓縮空氣的能量，正如前面所述該方法儲氣容量收到很大的限制且對儲氣容器的抗壓性能要求很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種基于多孔材料吸附的氣體儲能增強方法，在不用提高壓力的前提下，通過增加儲氣罐內(nèi)壓縮氣體的質(zhì)量提高氣體有效能量。本發(fā)明利用對氣體有高吸附能力的鉻氧化合物、5A、13x、 HF、 HFW、 RK和XH等類型多孔材料來達到增加儲氣罐內(nèi)氣體質(zhì)量。本發(fā)明的多孔材料與未用多孔材料比較對氣體的吸附量最大可達到兩倍以上，同時由于多孔材料自身重量輕，對儲氣罐的自身重量影響很小，可充分利用增加的壓縮空氣能量推動發(fā)動機運轉。目前公開報道鉻氧化合物、5A、13x、HF、HFW、RK和XH等類型的多孔材料主要用于氣體分離和二氧化碳的吸附，還沒有報道用這些多孔材料用于氣體儲能的應用中。 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟 將鉻氧化合物吸附劑或硅酸鹽多孔材料吸附劑加入到儲氣罐中，吸附劑加入量為儲氣罐總容量的30%至100%，然后向儲氣罐中充入5_20個大氣壓的氣體即可實現(xiàn)壓縮氣體能量的提高。 所述的鉻氧化合物吸附劑為氧化鉻和對苯二甲酸組成的多孔材料吸附劑，其BET表面積為4200m7g，孔徑3 3. 4nm。 所述的鉻氧化合物吸附劑具體采用以下方式制備 步驟一、稱取水合硝酸鉻、氫氟酸和對苯二甲酸和去離子水，并以摩爾質(zhì)量
i:i:i: 265的比例配比并混合均勻，制成鉻氧混合液；步驟二、將鉻氧混合液置于22(TC下進行水熱反應，制成鉻氧化合物。所述的硅酸鹽多孔材料吸附劑為市場購買的5A、13x、 HF、 HFW、 RK或XH類型分子
篩中的一種或其混合，其表面積為300 1000m7g。 所述的充入氣體為空氣、氮氣或氧氣中的任意一種。 本發(fā)明所述的多孔材料吸附劑對空氣、氮氣或者氧氣有較好的吸附能力，可以在不提高氣體壓力的條件下增加儲氣罐中的氣體質(zhì)量兩倍以上，顯著提高壓縮氣體的有效能
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。 實施例1 取5A分子篩18克，分子篩直徑1. 6毫米，密度0. 46，抗壓強度大于45牛/厘米。把分子篩加入到27毫升的高壓氣瓶中，通入空氣，保證壓力在10、15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為0.8克，1. 1克和1.3克。根據(jù)公式E二mRT(lnP/P0)計算得到氣體具有的有效能量分別為316. 5焦耳，511. 8焦耳，669. 1焦耳。
對比例1 取27毫升的高壓氣瓶中，通入空氣，保證壓力在10、15、20個大氣壓，測得的高壓氣瓶中空氣質(zhì)量分別為0. 3克，O. 5克和0. 7克，計算得到氣體具有的有效能量分別為118. 7焦耳，232. 6焦耳，360. 2焦耳。
實施例2 取RK29分子篩17克，分子篩直徑1. 6毫米，密度0. 64，抗壓強度大于35牛/厘米。把分子篩加入到27毫升的高壓氣瓶中，通入空氣，保證壓力在10、15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為0. 7克，O. 9克和1. 1克。根據(jù)公式E = mRT(lnP/P°)計算得到氣體具有的有效能量分別為276. 9焦耳，418. 7焦耳，566. 1焦耳。
實施例3 取HF404B分子篩24克，分子篩直徑2. 5毫米，密度0. 75，抗壓強度大于80牛/厘米。把分子篩加入到27毫升的高壓氣瓶中，通入空氣，保證壓力在10、 15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為0. 7克，O. 9克和1. 1克。根據(jù)公式E = mRT(lnP/P°)計算得到氣體具有的有效能量分別為276. 9焦耳，418. 7焦耳，566. 1焦耳。
實施例4 取13X-HP分子篩18克，分子篩直徑2. 0毫米，密度0. 62，抗壓強度大于20牛/厘米。把分子篩加入到27毫升的高壓氣瓶中，通入空氣，保證壓力在10、15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為0.4克，0.5克和0.7克。根據(jù)公式E二mRT(lnP/P0)計算得到氣體具有的有效能量分別為158. 2焦耳，232. 6J焦耳，360. 2J焦耳。
實施例5 取HFW325分子篩18克，分子篩直徑2. 0毫米，密度0. 64，抗壓強度大于25牛/厘米。把分子篩加入到27毫升的高壓氣瓶中，通入空氣，保證壓力在10、 15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為0. 7克，O. 9克和1. 1克。根據(jù)公式E = mRT(lnP/P°)計算得到氣體具有的有效能量分別為276. 9焦耳，418. 7焦耳，566. 1焦耳。
實施例6 取HF5120分子篩17克，分子篩直徑1. 5 1. 7毫米，密度0. 46，抗壓強度大于45牛/厘米。把分子篩加入到27毫升的高壓氣瓶中，通入氧氣，保證壓力在10、15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為0.7克，1. 1克和1.5克。根據(jù)公式E二mRT(lnP/P0)計算得到氣體具有的有效能量分別為276. 9焦耳，511. 8焦耳，772. 0焦耳。
實施例7 取100毫升的高壓氣瓶中，加入5A分子篩約50毫升，分子篩直徑1. 6毫米，密度0. 46，抗壓強度大于45牛/厘米。通入氮氣和氧氣，保證壓力在10、 15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為1. 6克，2. 5克和3. 0克。根據(jù)公式E = mRT(lnP/P°)計算得到氣體具有的有效能量分別為632. 8焦耳，1163焦耳，1544焦耳。
實施例8 取HF-512H分子篩17克，分子篩直徑0. 8毫米，密度0. 72，抗壓強度大于40牛/厘米。把分子篩加入到27毫升的高壓氣瓶中，通入空氣，保證壓力在10、15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為0.9克，1. 1克和1.4克。根據(jù)公式E二mRT(lnP/P0)計算得到氣體具有的有效能量分別為356. 0焦耳，511. 8焦耳，720. 5焦耳。
實施例9 取水合硝酸鉻8克，O. 02摩爾的氫氟酸，3. 3克的對苯二甲酸，96毫升的水，加入到反應釜中，在220攝氏度下反應8小時，產(chǎn)物過濾，洗滌，干燥，得到鉻氧化物的多孔材料，BET表面積達到4200平方米/克。取2. 7克這種多孔材料，加入到27毫升的高壓氣瓶中，通入空氣，保證壓力在10、15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為0.6克，0.8克和1. 1克。根據(jù)公式E = mRT(lnP/P°)計算得到氣體具有的有效能量分別為237. 4焦耳，372. 2焦耳，566. 1焦耳。這種材料堆積密度很低為0. 1克/毫升，加入氣瓶不會顯著增加氣瓶的質(zhì)量。
實施例10 取5A分子篩9克，分子篩直徑1. 6毫米，密度0. 46，抗壓強度大于45牛/厘米。把分子篩加入到27毫升的高壓氣瓶中，再加入1. 3克實施例8中得到的鉻氧化物多孔材料。通入空氣，保證壓力在10、15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為0.7克，1. 1克和1.3
5克。根據(jù)公式E二mRT(lnP/P0)計算得到氣體具有的有效能量分別為276. 9焦耳，511. 8焦耳，669. 1焦耳。
實施例11 取100毫升的高壓氣瓶中，加入5A分子篩約30毫升，分子篩直徑1. 6毫米，密度0. 46，抗壓強度大于45牛/厘米。通入氮氣和氧氣，保證壓力在10、 15、20個大氣壓，測得氣體質(zhì)量分別為1.2克，2. l克和2.4克。根據(jù)公式E二mRT(lnP/P0)計算得到氣體具有的有效能量分別為474. 6焦耳，977焦耳，1235. 2焦耳。
權利要求
一種基于多孔材料吸附的氣體儲能增強方法，其特征在于，將鉻氧化合物吸附劑或硅酸鹽多孔材料吸附劑加入到儲氣罐中，吸附劑加入量為儲氣罐總容量的30％至100％，然后向儲氣罐中充入5-20個大氣壓的氣體即實現(xiàn)壓縮氣體能量的提高。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于多孔材料吸附的氣體儲能增強方法，其特征是，所述的 鉻氧化合物吸附劑為氧化鉻和對苯二甲酸組成的多孔材料吸附劑，其BET表面積為4200平 方米/克，孔徑3 3.4納米。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于多孔材料吸附的氣體儲能增強方法，其特征是，所述 的鉻氧化合物吸附劑制備方法如下步驟一、稱取水合硝酸鉻、氫氟酸和對苯二甲酸和去離子水，并以摩爾質(zhì)量i:i:i: 265的比例配比并混合均勻，制成鉻氧混合液；步驟二、將鉻氧混合液置于22(TC下進行水熱反應，制成鉻氧化合物。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于多孔材料吸附的氣體儲能增強方法，其特征是，所述的 硅酸鹽多孔材料吸附劑為5A、 13x、 HF、 HFW、 RK或XH類型分子篩中的一種或其混合，其表面 積為300 1000平方米/克。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于多孔材料吸附的氣體儲能增強方法，其特征是，所述的 充入氣體為空氣、氮氣或氧氣中的任意一種。
全文摘要
一種氣體壓縮存儲技術領域的基于多孔材料吸附的氣體儲能增強方法，通過將鉻氧化合物吸附劑或硅酸鹽多孔材料吸附劑加入到儲氣罐中，吸附劑加入量為儲氣罐總容量的30％至100％，充入5-20個大氣壓的氣體即可實現(xiàn)氣體儲能增強。本發(fā)明對氣體的吸附量是未用多孔材料時的兩倍以上，同時由于多孔材料自身重量輕，對儲氣罐的自身重量影響很小，可充分利用增加的壓縮空氣能量推動發(fā)動機運轉。
文檔編號B01D53/02GK101716447SQ200910311899
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權日2009年12月21日
發(fā)明者張亞非, 魏良明 申請人:上海交通大學