一种低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法技术

本发明专利技术涉及低温制冷和气体储运领域，具体涉及一种低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法，使用该低温高压气体储存方法及由该低温高压气体储罐设计方法设计出的储罐，可以对待储存气体进行压缩、预冷后进行储运，极大降低了气体储运成本。特别是对于氢气，若以高于13MPa的压力和接近35K的温度进行储运，则此时氢气的密度高于液氢的密度；若以接近20MPa的压力和接近80K的温度进行储运，则氢气密度接近50g/L，这一密度高于70MPa下的常温加注密度(40g/L)且在运输里程为300‑950km时相对高压氢储运和液氢储运具有明显的经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法
本专利技术涉及低温制冷和气体储运领域，具体而言，涉及一种低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法。
技术介绍
氢气、甲烷等燃烧值高的清洁能源，近年来需求与日俱增。特别是氢气，除传统的航空航天和低温超导领域外，被广泛应用于石油化工、冶金电子、运载工具中的燃料电池等领域，甲烷则被越来越广泛的应用于电厂发电、居民供暖等领域，氮气、液氮甚至液化空气等也被用于新型零排放汽车等。目前的气体储运方法包括常压、低压(低于2MPa)液态储运和常温(250-300K)、高压(高于2MPa，通常为20MPa)储运以及固体材料吸附储运等。其中液态储运的优点在于单次运输量大(在使用相同总重的运载工具情况下)，运输效率高，因而运输成本低，但其缺点在于液化成本高，特别是诸如氦气、氢气、氖气等液化温度低且在空气和天然气中含量又少的气体，其液化成本更高，如氢气的液化成本高于10元/kg，氦气更是高于100元/kg，这样的成本明显高于传统的汽油等燃料的成本，对于民用汽车的燃料电池和助推剂是难以承受的，而且要想将气体液化，需要的设备也多，其初步投资同样是巨大的，更重要的是对于氢气等易燃易爆气体，低温液体由于蒸发而使气体弥散在空气内而带来安全隐患。常温高压储运的优点在于压缩成本低，设备只需要压机及其冷却系统而不需要制冷系统，其初步投资也小很多且不存在因蒸发而带来的安全隐患，但缺点在于储运密度低，单次运输量小(在使用相同总重的运载工具情况下)，运输效率低，因而运输成本高，如常温高压氢气储运，将每1kg的氢气运输100km的运输费就要2元左右，这样运输500km的运费也要超过10元左右。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法，以至少解决现有气体储运成本较高的技术问题。根据本专利技术的一实施例，提供了一种低温高压气体储存方法，包括以下步骤：对待储存气体进行压缩，将储存气体的储存压力大于2Mpa；对储存气体进行预冷，将储存气体的储存温度介于4-150K之间。或方法包括以下步骤：对待储存气体进行预冷；对预冷后的储存气体进行压缩，将储存气体的储存压力大于2Mpa；对压缩后的储存气体进行二次预冷，将储存气体的储存温度介于4-150K之间。进一步地，对储存气体进行预冷可采用但不限于R134a，LNG或液氮。进一步地，该方法还包括：分离预冷后的储存气体，将一部分进行储藏，将其余部分膨胀至压缩前压力并进行回流；对回流气体冷却后进行复温，形成制冷循环。进一步地，该方法还包括以下步骤：将恢复到常温和压缩前压力的回流气体与补充的气体进行汇合，重复压缩、预冷、分离膨胀和复温步骤，形成制冷循环。根据本专利技术的另一实施例，提供了一种低温高压气体储罐设计方法，包括以下步骤：根据需求选择储罐的设计温度和设计压力，设计温度不高于所需的气体储藏温度，设计压力不低于所需的气体储藏压力的1.15倍；根据需求选择储罐的储藏体积和储罐的长度，以设计储罐的内部形状；根据所需储运的气体选择储罐的材料，查询得到设计温度下和常温下该材料的许用应力与断裂韧性，选择常温下该材料的许用应力、设计温度下该材料的许用应力和设计温度下该材料的断裂韧性中的最小值为储罐的许用应力；根据选择的储罐的设计压力、储罐的内部形状及储罐的许用应力计算出储罐的厚度；根据设计温度设计出储罐的绝热部分。进一步地，该方法还包括：对储罐在常温和设计温度下进行低温承压试验和气密性试验。进一步地，该方法还包括：根据所需储运的气体采用空分漏率标准或氦气制冷、氦气液化气的漏率标准进行漏率标准测量。进一步地，采用冷激复温方式测量储罐的冷漏。进一步地，储罐的形状包括圆筒形、球形；储罐的材料包括钢、钛合金、铝合金、碳纤维复合材料；储罐的绝热方式包括真空绝热、泡沫绝热。本专利技术实施例中的低温高压气体储存方法及低温高压气体储罐设计方法，使用该低温高压气体储存方法及由该低温高压气体储罐设计方法设计出的储罐，可以对待储存气体进行压缩、预冷后进行储运，极大降低了气体储运成本。特别是对于氢气，若以高于13MPa的压力和接近35K的温度进行储运，则此时氢气的密度高于液氢的密度；若以接近20MPa的压力和接近80K的温度进行储运，则氢气密度接近50g/L，这一密度高于70MPa下的常温加注密度(40g/L)且在运输里程为300-950km时相对高压氢储运和液氢储运具有明显的经济性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术低温高压气体储存方法的流程图；图2为本专利技术低温高压气体储存方法的优选流程图；图3为本专利技术低温高压气体储罐设计方法的流程图；图4为本专利技术低温高压气体储罐设计方法的优选流程图；图5为本专利技术低温高压气体储罐的结构示意图；图6为本专利技术为获得80K/20MPa高压冷氢所需的原则性制冷流程图；图7为本专利技术为70MPa加注时80K/20MPa高压冷氢、常温高压氢和液氢储运的经济性对比。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。实施例1根据本专利技术一实施例，提供了一种低温高压气体储存方法，参见图1，包括以下步骤：S101:对待储存气体进行压缩，将储存气体的储存压力大于2Mpa；S102:对储存气体进行预冷，将储存气体的储存温度介于4-150K之间。具体为：气体为低温储运，其储运温度介于4-150K之间；气体为高压储运，其储运压力大于2MPa；储运的温度和压力要求需同时满足，既同时满足储运温度介于4-150K之间和储运压力大于2MPa；本专利技术实施例中的低温高压气体储存方法,使用该低温高压气体储存方法，可以对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温高压气体储存方法，其特征在于，包括以下步骤：/n对待储存气体进行压缩，将所述储存气体的储存压力大于2Mpa；/n对所述储存气体进行预冷，将所述储存气体的储存温度介于4-150K之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温高压气体储存方法，其特征在于，包括以下步骤：
对待储存气体进行压缩，将所述储存气体的储存压力大于2Mpa；
对所述储存气体进行预冷，将所述储存气体的储存温度介于4-150K之间。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对待储存气体进行压缩，将所述储存气体的储存压力大于2Mpa；
对压缩后的所述储存气体进行预冷，将所述储存气体的储存温度介于4-150K之间；
或所述方法包括以下步骤：
对待储存气体进行预冷；
对预冷后的所述储存气体进行压缩，将所述储存气体的储存压力大于2Mpa；
对压缩后的所述储存气体进行二次预冷，将所述储存气体的储存温度介于4-150K之间。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用R134a，LNG或液氮对所述储存气体进行预冷。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
分离预冷后的所述储存气体，将一部分进行储藏，将其余部分膨胀至压缩前压力并进行回流；
对回流气体冷却后进行复温，形成制冷循环。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将恢复到常温和压缩前压力的回流气体与补充的气体进行汇合，重复压缩、预冷、分离膨胀和复温步骤，形成制冷循环。


6.一种低温高压气体储罐设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟平，龚领会，张梅梅，贾启明，李金峰，张召，苏慧坤，周远，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11