专利名称：基于多孔材料吸附的气体储能增强方法
技术领域：
本发明涉及的是一种气体压縮存储技术领域的方法，具体是一种基于多孔材料吸
附的气体储能增强方法。
背景技术：
随着能源短缺和气候变化越来越影响到人类的生活和生存，开发能够替代石油的清洁能源已成为人类面临的现实挑战。通过压縮气体储存的能量驱动发动机是新能源领域的一个发展方向，目前收到了广泛的关注。这种压縮气体驱动的气动发动机可以极大节约能源，而且发动机排出的是空气，可以真正实现零排放，在环保方面有很大优势。这种技术还具有成本低廉、投资少、使用寿命长等优势，是一项符合我国能源战略政策的高端技术，
更是造福人类的一项伟大工程。然而，要想这项技术得到广泛应用一个最大挑战必须克服，即储存罐中的压縮气体如何为发动机提供足够的动力实现气动发动机长时间运转。由于压縮气体驱动的气动发动机的动力几乎完全来源于压縮气体储存的能量，提高储气罐中压縮气体的能量是最直接和最有效的改善发动机动力性能的手段。 压縮气体具备的有效能量的大小可由以下公式表示E = mRT(lnP/P°) ， E为压縮气体所具有的有效能量，m为气体质量，P为气体压力，P°为环境压力，R为气体常数，T为环境温度。很明显可以通过增加气体质量或者气体压力来提高压縮气体的有效能量。目前常用的手段是提高压縮气体的压力来增加气体的有效能量。但这种手段一个显而易见的缺点是对储气罐材料性能要求非常严格。为了得到更高压力气体，需要增加储气罐壁厚以保证储气罐安全，这样显著提高了储气罐的自重，在使用过程中要额外消耗气体的有效能量。更重要的是在高压下储气罐材料安全性能难以保证，使得通过提高压力增加气体有效能量收到很大限制。 经过对现有技术的检索发现，利用压縮空气储能是很实用的能量储存手段。周友行等人(装备制造技术，2008年，第1期，103页)提出，利用捕获到风能将空气压縮储存在密闭空间内，在需要用时才利用压縮空气，控制其内能的释放速度推动发电机发电，可解决发电和用电不同步的矛盾。由于这种方法是通过提高压縮气体压力的方法和增加储气容器的容量来提高压縮空气的能量，正如前面所述该方法储气容量收到很大的限制且对储气容器的抗压性能要求很高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于多孔材料吸附的气体储能增强方法，在不用提高压力的前提下，通过增加储气罐内压縮气体的质量提高气体有效能量。本发明利用对气体有高吸附能力的铬氧化合物、5A、13x、 HF、 HFW、 RK和XH等类型多孔材料来达到增加储气罐内气体质量。本发明的多孔材料与未用多孔材料比较对气体的吸附量最大可达到两倍以上，同时由于多孔材料自身重量轻，对储气罐的自身重量影响很小，可充分利用增加的压縮空气能量推动发动机运转。目前公开报道铬氧化合物、5A、13x、HF、HFW、RK和XH等类型的多孔材料主要用于气体分离和二氧化碳的吸附，还没有报道用这些多孔材料用于气体储能的应用中。 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤 将铬氧化合物吸附剂或硅酸盐多孔材料吸附剂加入到储气罐中，吸附剂加入量为储气罐总容量的30%至100%，然后向储气罐中充入5_20个大气压的气体即可实现压縮气体能量的提高。 所述的铬氧化合物吸附剂为氧化铬和对苯二甲酸组成的多孔材料吸附剂，其BET表面积为4200m7g，孔径3 3. 4nm。 所述的铬氧化合物吸附剂具体采用以下方式制备 步骤一、称取水合硝酸铬、氢氟酸和对苯二甲酸和去离子水，并以摩尔质量
i:i:i: 265的比例配比并混合均匀，制成铬氧混合液；步骤二、将铬氧混合液置于22(TC下进行水热反应，制成铬氧化合物。所述的硅酸盐多孔材料吸附剂为市场购买的5A、13x、 HF、 HFW、 RK或XH类型分子
筛中的一种或其混合，其表面积为300 1000m7g。 所述的充入气体为空气、氮气或氧气中的任意一种。 本发明所述的多孔材料吸附剂对空气、氮气或者氧气有较好的吸附能力，可以在不提高气体压力的条件下增加储气罐中的气体质量两倍以上，显著提高压縮气体的有效能
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 实施例1 取5A分子筛18克，分子筛直径1. 6毫米，密度0. 46，抗压强度大于45牛/厘米。把分子筛加入到27毫升的高压气瓶中，通入空气，保证压力在10、15、20个大气压，测得气体质量分别为0.8克，1. 1克和1.3克。根据公式E二mRT(lnP/P0)计算得到气体具有的有效能量分别为316. 5焦耳，511. 8焦耳，669. 1焦耳。
对比例1 取27毫升的高压气瓶中，通入空气，保证压力在10、15、20个大气压，测得的高压气瓶中空气质量分别为0. 3克，O. 5克和0. 7克，计算得到气体具有的有效能量分别为118. 7焦耳，232. 6焦耳，360. 2焦耳。
实施例2 取RK29分子筛17克，分子筛直径1. 6毫米，密度0. 64，抗压强度大于35牛/厘米。把分子筛加入到27毫升的高压气瓶中，通入空气，保证压力在10、15、20个大气压，测得气体质量分别为0. 7克，O. 9克和1. 1克。根据公式E = mRT(lnP/P°)计算得到气体具有的有效能量分别为276. 9焦耳，418. 7焦耳，566. 1焦耳。
实施例3 取HF404B分子筛24克，分子筛直径2. 5毫米，密度0. 75，抗压强度大于80牛/厘米。把分子筛加入到27毫升的高压气瓶中，通入空气，保证压力在10、 15、20个大气压，测得气体质量分别为0. 7克，O. 9克和1. 1克。根据公式E = mRT(lnP/P°)计算得到气体具有的有效能量分别为276. 9焦耳，418. 7焦耳，566. 1焦耳。
实施例4 取13X-HP分子筛18克，分子筛直径2. 0毫米，密度0. 62，抗压强度大于20牛/厘米。把分子筛加入到27毫升的高压气瓶中，通入空气，保证压力在10、15、20个大气压，测得气体质量分别为0.4克，0.5克和0.7克。根据公式E二mRT(lnP/P0)计算得到气体具有的有效能量分别为158. 2焦耳，232. 6J焦耳，360. 2J焦耳。
实施例5 取HFW325分子筛18克，分子筛直径2. 0毫米，密度0. 64，抗压强度大于25牛/厘米。把分子筛加入到27毫升的高压气瓶中，通入空气，保证压力在10、 15、20个大气压，测得气体质量分别为0. 7克，O. 9克和1. 1克。根据公式E = mRT(lnP/P°)计算得到气体具有的有效能量分别为276. 9焦耳，418. 7焦耳，566. 1焦耳。
实施例6 取HF5120分子筛17克，分子筛直径1. 5 1. 7毫米，密度0. 46，抗压强度大于45牛/厘米。把分子筛加入到27毫升的高压气瓶中，通入氧气，保证压力在10、15、20个大气压，测得气体质量分别为0.7克，1. 1克和1.5克。根据公式E二mRT(lnP/P0)计算得到气体具有的有效能量分别为276. 9焦耳，511. 8焦耳，772. 0焦耳。
实施例7 取100毫升的高压气瓶中，加入5A分子筛约50毫升，分子筛直径1. 6毫米，密度0. 46，抗压强度大于45牛/厘米。通入氮气和氧气，保证压力在10、 15、20个大气压，测得气体质量分别为1. 6克，2. 5克和3. 0克。根据公式E = mRT(lnP/P°)计算得到气体具有的有效能量分别为632. 8焦耳，1163焦耳，1544焦耳。
实施例8 取HF-512H分子筛17克，分子筛直径0. 8毫米，密度0. 72，抗压强度大于40牛/厘米。把分子筛加入到27毫升的高压气瓶中，通入空气，保证压力在10、15、20个大气压，测得气体质量分别为0.9克，1. 1克和1.4克。根据公式E二mRT(lnP/P0)计算得到气体具有的有效能量分别为356. 0焦耳，511. 8焦耳，720. 5焦耳。
实施例9 取水合硝酸铬8克，O. 02摩尔的氢氟酸，3. 3克的对苯二甲酸，96毫升的水，加入到反应釜中，在220摄氏度下反应8小时，产物过滤，洗涤，干燥，得到铬氧化物的多孔材料，BET表面积达到4200平方米/克。取2. 7克这种多孔材料，加入到27毫升的高压气瓶中，通入空气，保证压力在10、15、20个大气压，测得气体质量分别为0.6克，0.8克和1. 1克。根据公式E = mRT(lnP/P°)计算得到气体具有的有效能量分别为237. 4焦耳，372. 2焦耳，566. 1焦耳。这种材料堆积密度很低为0. 1克/毫升，加入气瓶不会显著增加气瓶的质量。
实施例10 取5A分子筛9克，分子筛直径1. 6毫米，密度0. 46，抗压强度大于45牛/厘米。把分子筛加入到27毫升的高压气瓶中，再加入1. 3克实施例8中得到的铬氧化物多孔材料。通入空气，保证压力在10、15、20个大气压，测得气体质量分别为0.7克，1. 1克和1.3
5克。根据公式E二mRT(lnP/P0)计算得到气体具有的有效能量分别为276. 9焦耳，511. 8焦耳，669. 1焦耳。
实施例11 取100毫升的高压气瓶中，加入5A分子筛约30毫升，分子筛直径1. 6毫米，密度0. 46，抗压强度大于45牛/厘米。通入氮气和氧气，保证压力在10、 15、20个大气压，测得气体质量分别为1.2克，2. l克和2.4克。根据公式E二mRT(lnP/P0)计算得到气体具有的有效能量分别为474. 6焦耳，977焦耳，1235. 2焦耳。
权利要求
一种基于多孔材料吸附的气体储能增强方法，其特征在于，将铬氧化合物吸附剂或硅酸盐多孔材料吸附剂加入到储气罐中，吸附剂加入量为储气罐总容量的30％至100％，然后向储气罐中充入5-20个大气压的气体即实现压缩气体能量的提高。
2. 根据权利要求1所述的基于多孔材料吸附的气体储能增强方法，其特征是，所述的 铬氧化合物吸附剂为氧化铬和对苯二甲酸组成的多孔材料吸附剂，其BET表面积为4200平 方米/克，孔径3 3.4纳米。
3. 根据权利要求1或2所述的基于多孔材料吸附的气体储能增强方法，其特征是，所述 的铬氧化合物吸附剂制备方法如下步骤一、称取水合硝酸铬、氢氟酸和对苯二甲酸和去离子水，并以摩尔质量i:i:i: 265的比例配比并混合均匀，制成铬氧混合液；步骤二、将铬氧混合液置于22(TC下进行水热反应，制成铬氧化合物。
4. 根据权利要求1所述的基于多孔材料吸附的气体储能增强方法，其特征是，所述的 硅酸盐多孔材料吸附剂为5A、 13x、 HF、 HFW、 RK或XH类型分子筛中的一种或其混合，其表面 积为300 1000平方米/克。
5. 根据权利要求1所述的基于多孔材料吸附的气体储能增强方法，其特征是，所述的 充入气体为空气、氮气或氧气中的任意一种。
全文摘要
一种气体压缩存储技术领域的基于多孔材料吸附的气体储能增强方法，通过将铬氧化合物吸附剂或硅酸盐多孔材料吸附剂加入到储气罐中，吸附剂加入量为储气罐总容量的30％至100％，充入5-20个大气压的气体即可实现气体储能增强。本发明对气体的吸附量是未用多孔材料时的两倍以上，同时由于多孔材料自身重量轻，对储气罐的自身重量影响很小，可充分利用增加的压缩空气能量推动发动机运转。
文档编号B01D53/02GK101716447SQ200910311899
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者张亚非, 魏良明 申请人:上海交通大学