Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0125

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0125
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Разработка и исследование адсорбционной системы аккумулирования природного газа с повышенной пожаровзрывобезопасностью и энергоэффективностью
Докладчик
Стриженов Евгений Михайлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель: разработка и изготовление экспериментального образца адсорбционной системы аккумулирования природного газа (метана), питающего двигатель внутреннего сгорания и обеспечивающего энергосбережение за счет использования многоступенчатой заправки и повышенную пожаровзрывобезопасность за счет наполнения пористым материалом и использования низкотемпературной заправки пониженного давления.

Задачи:
1. Формирование научно-технического задела в области адсорбированного природного газа (АПГ), в том числе, разработка стенда для исследования статических и кинетических адсорбционных характеристик адсорбентов при высоких давлениях.
2. Разработка и изготовление экспериментального образца адсорбционной системы аккумулирования природного газа, экспериментальных стендов для исследования процессов заправки (в том числе, многоцикловой) и выдачи газа с предусмотренным газодизельным циклом.
3. Проведение экспериментальных исследований с определением оптимальных режимов заправки и выдачи газа, а также получением иных данных, необходимых для внедрения результатов работы в реальном секторе экономики.
Актуальность и новизна исследования
Системы хранения на основе адсорбированного природного газа (АПГ) обладают следующими достоинствами, обуславливающими их конкурентоспособность традиционным систем хранения в компримированном (КПГ) и сжиженном (СПГ) состояниях:
1) высокая пожаро- и взрывобезопасность, обусловленная пониженным давлением заправки и хранением газа в "связанном" состоянии внутри микропор адсорбента, что ограничивает скорость выхода газа при разгерметизация. Распределение газа по микропорам препятствует распространению взрывной волны внутри адсорбера при объемном взрыве;
2) высокая энергоэффективность - заправка систем АПГ является самой энергосберегающей. Факторами снижения затрат энергии являются пониженное давление заправки и эффективность многоступенчатой (каскадной) заправки;
3) возможность использования баллонов иных форм и размеров ввиду меньшего давления заправки и хранения;
4) возможность отказа от компрессоров природного газа на заправочной станции за счет замены сжатия газа на охлаждение при заправке;
5) меньшая стоимость заправочных станций ввиду энергосбережения и отказа, в ряде случаев, от компрессоров природного газа;
6) развитие адсорбентов со временем повышает характеристики систем АПГ - за последние 20 лет характеристики экспериментальных адсорбентов выросли в 1.5 раза.
Описание исследования

Исследование включают в себя:

- исследование статических и кинетических адсорбционных свойств ряда адсорбентов на специально разработанном экспериментальном стенде;

- исследования процессов заправки экспериментального образца адсорбционной системы аккумулирования природного газа, в том числе, исследования низкотемпературных и многоступенчатых (каскадных) энергосберегающих процессов заправки. Для выполнения исследований был разработан соответствующий стенд с возможностью подачи газа на нескольких уровнях давлений в широком диапазоне температур. Охлаждение в "быстром" режиме заправки осуществляется за счет аккумулирования "холода" в хладоносителе и предварительной работы холодильной машины;

- исследования процессов выдачи газа из экспериментального образца адсорбционной системы аккумулирования на дизельный двигатель, переоборудованный для работы на газодизельном цикле. Для организации выдачи газа в экспериментальном образце адсорбционной системы предусматривается система нагрева;

- исследования проблемы накопления примесей и способов защиты от примесей в природном газе, а также исследования на стабильность работы адсорбента и адсорбционной системы аккумулирования в условиях циклических нагрузок.

Результаты исследования

Исследованы статические и кинетические адсорбционные характеристики ряда адсорбентов. На рисунке 1 представлены изотермы адсорбции метана на моноблочном (в уплотненном состоянии со связующим) образце адсорбента, представленном на рисунке 2.

Рис.1

Рис.2

Из исследованных адсорбентов изготовлены моноблоки для снаряжения экспериментального образца адсорбционной системы аккумулирования. Моноблок в процессе изготовления представлен на рисунке 3.

Рис. 3

Разработан экспериментальный образец адсорбционной системы аккумулирования. В экспериментальном образце предусматривается система нагрева адсорбента при выдаче газа, поскольку из-за поглощения теплоты десорбции температура адсорбента уменьшается, его аккумулирующая способность растет, и соответственно увеличивается количество остаточного газа.

Разработан экспериментальный стенд для организации заправки различных типов: низкотемпературной, энергосберегающей многоступенчатой. Стенд позволяет осуществлять заправку как в "быстром" режиме (в течение 10 минут), так и в "медленном". Фотография стенда изображена на рисунке 4.

Рис. 4

 

Разработан экспериментальный стенд для организации выдачи газа на газодизельный двигатель, представленный на рисунке 5.

Рис. 5

Были проведены экспериментальные исследования заправки, в которой в условиях "быстрой" заправки (до 10 минут) в нескольких режимах по давлению и температуре удалось добиться удельной аккумулирующей способности по природному газа 150 нм3/м3 и одновременно энергосбережения более 50% по сравнению с аналогичной заправкой компримированного природного газа (20 МПа).

В исследованиях выдачи газа на газодизельный двигатель не было обнаружено проблем, связанных с недостаточной скоростью выхода газа из адсорбента. При выдаче газа возможно организация нагрева адсорбента до 55-60 С, что уменьшает остаточное количество газа примерно в 2 раза.

В исследованиях многоцикловой заправки и выдачи газа удалось решить проблему накопления примесей. Также не было выявлено случаев деградации адсорбента в условиях 1000 циклов.

Практическая значимость исследования
Практическая значимость исследования заключается в отсутствии аналогичных данных и результатов исследований, представленных в открытых научно-технических источниках. Результаты работы позволяют разработать и спроектировать:
- газотопливную систему на автомобиле, включающую в себя газобаллонную систему (из адсорберов), в которой хранится газ, и систему подачи газа на двигатель, переоборудованный на работу газодизельного цикла;
- заправочную станцию для заправки систем адсорбированного природного газа (АПГ), включая различные виды станций: простую одноступенчатую, многоступенчатую, низкотемпературную, адаптированную для установки на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) и т.д.
Презентация

BMSTU - № 14.577.21.0125.ppt

Постер

Poster_BMSTU.ppt