[发明专利]基于多孔材料吸附的气体储能增强方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种气体压缩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。通过压缩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。这种压缩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 的压缩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。由于压缩气体驱动的 气动发动机的动力几乎完全来源于压缩气体储存的能量，提高储气罐中压缩气体的能量是最 直接和最有效的改善发动机动力性能的手段。

压缩气体具备的有效能量的大小可由以下公式表示：E＝mRT(lnP/P⁰)，E为压缩气体所具 有的有效能量，m为气体质量，P为气体压力，P⁰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缩气体的有效能量。目前常用的手段是 提高压缩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，利用压缩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缩储存在密闭 空间内，在需要用时才利用压缩空气，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缩气体压力的方法和增加储气容器的容量来 提高压缩空气的能量，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缩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 的压缩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缩气体能量的 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4200m²/g，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1∶1∶1∶ 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220℃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300~1000m²/g。

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，显著提高压缩气体的有效能量。

具体实施方式