DE102007033368B4 - A method of providing a sorbent material for a storage container - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Bereitstellen eines Sorptionsmaterials (11) für einen Speicherbehälter (10), wobei das Sorptionsmaterial (11) ein Sorbens und ein hieran adsorbiertes Adsorbat in Form eines gasförmigen Kraftstoffs, vorzugsweise Wasserstoff, umfaßt, wobei in dem Speicherbehälter (10) befindliches, verbrauchtes Sorptionsmaterial aus dem Speicherbehälter (10) entladen wird, wobei das verbrauchte Sorptionsmaterial außerhalb des Speicherbehälters (10) mit denn gasförmigen Kraftstoff erneut beladen wird und anschließend das mit dem gasförmigen Kraftstoff beladene Sorptionsmaterial (11) für den Speicherbehälter (10) zur Verfügung gestellt wird, wobei die Entladung des Speicherbehälters (10) des verbrauchten Sorptionsmaterials durch Einblasen des gasförmigen Kraftstoffs erfolgt.A method of providing a sorbent material (11) to a storage container (10), the sorbent material (11) comprising a sorbent and adsorbate adsorbed thereto in the form of a gaseous fuel, preferably hydrogen, with spent sorbent material in the storage container (10) is discharged from the storage container (10), wherein the spent sorbent material outside the storage container (10) is reloaded with the gaseous fuel and then the loaded with the gaseous fuel sorption material (11) for the storage container (10) is provided, wherein the discharge of the storage container (10) of the spent sorbent material is carried out by blowing in the gaseous fuel.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Sorptionsmaterials für einen Speicherbehälter, wobei das Sorptionsmaterial ein Sorbens und ein hieran adsorbiertes Adsorbat in Form einens gasförmigen Kraftstoff, vorzugsweise Wasserstoff, umfaßt.The The present invention relates to a method for providing a Sorption material for a storage container, wherein the sorbent material is a sorbent and a sorbent adsorbed thereon Adsorbate in the form of a gaseous one Fuel, preferably hydrogen, includes.
Sie bezieht sich auf das technische Gebiet der Speicherung und Bereitstellung gasförmiger Kraft- bzw. Brennstoffe, wie insbesondere Wasserstoff. In diesem Zusammenhang betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere einen Speicherbehälter für gasförmige Kraftstoffe und dessen Anwendungen.she refers to the technical field of storage and deployment gaseous Fuels or fuels, in particular hydrogen. In this In particular, the present invention relates to a context storage container for gaseous fuels and its applications.
Speicherbehälter können beispielsweise als sogenannte Adsorptionsspeicher ausgebildet sein. Natürlich ist die Erfindung nicht auf diese bestimmte Anwendung beschränkt. Grundsätzlich ist das Speichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung für jede Art von Speicherung anwendbar, bei der ein – insbesondere aus einem Innenbehälter und Außenbehälter bestehender – Speicherbehälter genutzt wird, um ein zu speicherndes Medium, beispielsweise ein Gas, eine Flüssigkeit oder möglicherweise aber auch eine andersartige Befüllung in einem Feststoff aufzunehmen.Storage tanks, for example be designed as so-called adsorption. of course is the invention is not limited to this particular application. Basically the storage system according to the present Invention for any type of storage applicable, in which a - especially from an inner container and External container existing - used storage tank becomes a medium to be stored, for example, a gas liquid or maybe but also a different kind of filling in a solid.
Nachfolgend wird die Erfindung zur Verdeutlichung jedoch hauptsächlich anhand eines Adsorptionsspeichersystems beschrieben.following however, the invention will be mainly illustrated for clarity an adsorption storage system described.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das technische Gebiet der Wasserstoffspeicherung, welches in letzter Zeit erheblich an Bedeutung gewonnen hat.Especially The present invention relates to the technical field of hydrogen storage, which has gained significantly in importance recently.
Wasserstoff wird als Nullemissionsbrennstoff in bezug auf Emissionen von giftigen oder das Klima beeinflussenden Prozeßgasen angesehen, weil bei seinen Einsatz, beispielsweise in thermischen Brennkraftmaschinen, in Brennstoffzellenanwendungen oder dergleichen, nahezu nur Wasser erzeugt wird.hydrogen is considered zero emission fuel in terms of emissions of toxic or the climate affecting process gases, because at its use, for example in thermal internal combustion engines, in fuel cell applications or the like, almost only water is produced.
Folglich ist die Schaffung geeigneter Speichermittel für die effiziente Speicherung von Wasserstoff ein bedeutendes Ziel, welches erreicht werden muß, bevor sich eine weitverbreitete Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff einstellen kann.consequently is the creation of suitable storage means for efficient storage Hydrogen is an important target which must be reached before a widespread use of hydrogen as a fuel can adjust.
Es
ist bereits grundsätzlich
bekannt, Wasserstoff an geeigneten Adsorptionsmitteln (z. B. auf
Kohlenstoffbasis) – im
Rahmen der Erfindung synonym auch Sorbens bzw. Sorbentien genannt – zu adsorbieren.
Bei derartigen Adsorptionsmaterialien handelt es sich beispielsweise
um Aktivkohle. Adsorption bedeutet im Lichte der vorliegenden Erfindung
die Anlagerung von Gasen oder gelösten Stoffen an der Grenzfläche einer
festen oder flüssigen
Phase, dem Sorbens. Das Sorbens dient beispielsweise als Speichermaterial
für den
Wasserstoff. Der Begriff ”Sorbens” – im Plural ”Sorbentien” – wird im
Rahmen der vorliegenden Erfindung somit verwendet, um das Adsorptions-
bzw. Speichermittel (z. B. Aktivkohle) als solches zu bezeichnen
(bisweilen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym auch
der speziellere Begriff ”Adsorbens” bzw. ”Adsorbentien” verwendet);
dagegen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung – in Abgrenzung
zu dem Begriff des Sorbens – der
Begriff ”Sorptionsmaterial” verwendet,
um das Sorbens zusammen mit den adsorbierten Stoff bzw. Gas, dem
sogenannten Adsorbat, zu bezeichnen (z. B. also das Adsorbens mit
dem hieran adsorbierten gasförmigen
Brenn- bzw. Kraftstoff, wie z. B. die Aktivkohle mit dem hieran
adsorbierten Wasserstoff), d. h. also als Gleichung ausgedrückt:
Das Speicher- bzw. Sorptionsmaterial ist vorzugsweise in einem Speicherbehälter, dem Adsorptionsspeicher, untergebracht, in dem der Wasserstoff gespeichert wird.The Storage or sorption material is preferably in a storage container, the Adsorption storage, housed in which the hydrogen stored becomes.
Die Entnahme des Wasserstoffs erfolgt über die sogenannte Desorption. Hierbei handelt es sich um den der Adsorption entgegenlaufenden Prozeß. Wenn im weiteren Verlauf der Beschreibung auf den Prozeß der Adsorption hingewiesen wird, so soll der Prozeß der Desorption natürlich immer auch mitberücksichtigt sein. Bei der Desorption wird der am Adsorptionsmaterial adsor bierte Wasserstoff unter Aufbringung von Energie vom Sorbens bzw. Sorptionsmaterial freigegeben bzw. losgelöst oder getrennt.The Removal of the hydrogen takes place via the so-called desorption. This is the opposite of the adsorption Process. If in the further course of the description on the process of adsorption Of course, the process of desorption should always be pointed out also be taken into account. During desorption, the hydrogen adsorbed on the adsorption material is hydrogenated with the application of energy from the sorbent or sorption material released or released or separated.
Das Problem bei der Adsorption von Medien auf Adsorptionsmaterialien liegt oft im Management der auftretenden Wärmetönungen, d. h. Adsorptionsenergien bzw. Desorptionsenergien bei der Adsorption bzw. Desorption. So kann es zu lokaler Abkühlung bzw. Überhitzung der Adsorbentien kommen, da die Adsorbentien, wie beispielsweise Aktivkohle mit hoher spezifischer Oberfläche, nur schlechte Wärmeleitfähigkeiten haben. Auch die Konvektion als Mittel des Wärmetransports in der Gasphase ist aufgrund der großen Reibungsverluste an den Porenwänden der Adsorbentien stark eingeschränkt. Die Kinetik der Adsorption und Desorption wird wesentlich auch durch den langsamen Gastransport durch die poröse Struktur der Adsorbentien begrenzt.The problem with the adsorption of media on adsorbent materials often lies in the management of the heat of reaction occurring, ie adsorption or desorption energies during the adsorption or desorption. Thus, it can come to local cooling or overheating of the adsorbents, since the adsorbents, such as activated carbon with high specific surface area, ha only poor thermal conductivity ben. The convection as a means of heat transfer in the gas phase is severely limited due to the large friction losses on the pore walls of the adsorbents. The kinetics of adsorption and desorption are significantly limited by the slow gas transport through the porous structure of the adsorbents.
Wie vorstehend bereits ausgeführt, sind die Sorbentien meistens porös ausgebildet und besitzen eine hohe spezifische Oberfläche. Sie sind deshalb oftmals sehr schlecht thermisch leitfähig. Wenn man nun Wasserstoff oder ein anderes Gas daran adsorbiert, dann tritt Adsorptionswärme auf, die wiederum bewirkt, daß das Material erwärmt und das adsorbierte Gas teilweise wieder desorbiert wird. Man muß folglich versuchen, die Wärme wegzutransportieren. Analoges gilt auch für die Desorption. Bei dieser muß man Wärme an die Adsorptionsmaterialien heranbringen, um die Desorption zu bewerkstelligen.As already stated above, the sorbents are mostly porous formed and have a high specific surface area. she are therefore often very poor thermal conductivity. If hydrogen or another gas is adsorbed on it, then occurs adsorption heat on, which in turn causes the Material heated and the adsorbed gas is partially desorbed again. One must therefore try the heat carry away. The same applies to desorption. At this you have to Heat on bring the adsorbent materials to effect desorption.
Zum Speichern von Gasen durch Adsorption – insbesondere auf sogenannten High-Surface-Materialien – wird die Temperatur des Speichersystems sowie des Speichermediums, beispielsweise eines Gases, vorteilhaft auf kryogenische Bereiche gesenkt, um bessere Speicherkapazitäten zu erreichen. Dies erfordert die Abfuhr einer großen Menge an Energie. Hinzu kommt noch die durch Adsorption vom Speichermedium freigesetzte Energie, die ebenfalls noch abgeführt werden muß. Zum Austreiben des Speichermediums muß dem Speichersystem hingegen Energie zugeführt werden, um dessen Temperatur auf Raumtemperaturbereich zu erhöhen und um die notwendige Desorptionsenergie zur Verfügung zu stellen.To the Storage of gases by adsorption - especially on so-called High-surface materials - will the temperature of the storage system and the storage medium, for example of a gas, advantageously lowered to cryogenic areas to better storage capacity to reach. This requires the removal of a large amount in energy. Added to this is the adsorption from the storage medium released energy, which also has to be dissipated. To drive away the storage medium must be the storage system however, energy is supplied to increase its temperature to room temperature range and to provide the necessary desorption energy.
Damit diese beiden dynamischen Vorgänge des Speichersystems möglichst schnell stattfinden können, ist eine effiziente Energiezufuhr bzw. Energieabfuhr erforderlich.In order to these two dynamic processes the storage system as possible can take place quickly, is an efficient energy supply or energy dissipation required.
Es
sind im Stand der Technik bereits eine Reihe von Lösungen bekannt,
die sich mit der Speicherung von Wasserstoff, insbesondere mit der
Adsorptions- und
Desorptionsproblematik, beschäftigen.
Beispielsweise sind in der
Auch
in der
Die
Weiterhin
betrifft die
Die
Weiterhin
betrifft die
Die
Schließlich betrifft
die
Ein großes Problem von Sorptionsspeichern ist das Abführen der beim Betankungsvorgang freiwerdenden Sorptionswärme. Die beim Betankungsvorgang freiwerdende Sorptionsenthalpie muß kurzfristig abgeführt werden. Für diesen Prozeß ist ein Wärmetauscher mit entsprechend großer Kühlleistung notwendig. Neben der Aufgabenstellung, große Mengen an Kühlmittel abzutransportieren, verlängert die Notwendigkeit der Wärmeabführung den Betankungsvorgang wesentlich. Zudem verringert der zusätzliche Volumen- und Gewichtsbedarf die volumetrischen und gravimetrischen Speicherkapazitäten und erhöht zudem die aufzuwendenden Kosten für das dezentral vorzunehmende Wärmemanagement.One great Problem of Sorptionsspeichern is the discharge of the refueling process released sorption heat. The Sorptionsenthalpie released during refueling must be short term dissipated become. For this process is a heat exchanger with correspondingly large cooling capacity necessary. In addition to the task, large amounts of coolant carry away, extended the need for heat dissipation Refueling process essential. In addition, the additional reduced Volume and weight requirements are volumetric and gravimetric storage capacity and increased In addition, the costs to be incurred for the decentralized Thermal management.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung bereitzustellen, mittels derer die vorgenannten Nachteile zumindest weitgehend vermieden oder aber wenigstens abgeschwächt werden können. Insbesondere soll eine Lösung zum Speichern von Gasen, insbesondere von Wasserstoff, bereitgestellt werden, mittels derer die entstehende Sorptionswärme insbesondere ohne Zeitprobleme und mit niedrigem Kosten- und Energieaufwand abgeführt werden kann.Of the present invention has for its object to provide a solution by means of which the aforementioned disadvantages are at least largely avoided or at least toned down can be. In particular, a solution for storing gases, in particular hydrogen, are provided by means of which the resulting heat of sorption in particular without time problems and with low cost and energy expenditure are dissipated can.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren zum Bereitstellen eines Sorptionsmaterials für einen Speicherbehälter gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1. Weitere Merkmale, Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.These The object is achieved by the method for providing a sorbent material for a storage container according to the independent claim 1. Further features, embodiments, embodiments and details of Invention will become apparent from the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, daß mit Gas, beispielsweise Wasserstoff, beladene Sorbentien in einem externen System, beispielsweise einer Tankstelle, bevorratet werden und dann gegenüber verbrauchtem Sorptionsmaterial in einem Speicherbehälter, beispielsweise einem mobilen Tank, ausgetauscht werden. Dadurch kann ein Befüllungsvorgang, beispielsweise ein Betankungsvorgang, drastisch verkürzt werden. Die verbrauchten bzw. desorbierten Sorptionsmaterialien werden dann im externen System – und nicht mehr, wie bisher üblich, im Speicherbehälter selbst – erneut mit Gas, beispielsweise Wasserstoff, beladen und stehen für einen erneuten Befüllungsvorgang zur Verfügung. Hierzu sind in besonderer Weise ausgebildete bzw. ausgewählte Sorbentien erforderlich, die durch die vorliegende Erfindung ebenfalls bereitgestellt werden.The The present invention is based on the idea that with gas, For example, hydrogen, loaded sorbents in an external System, for example, a gas station, are stored and then compared with consumed Sorption material in a storage container, such as a mobile tank, to be replaced. This can be a filling process, for example a refueling process, be drastically shortened. The consumed or desorbed sorption materials are then in the external system - and not more, as usual, in the storage tank myself - again loaded with gas, such as hydrogen, and stand for one refilling process to disposal. For this purpose, trained or selected sorbents are in a special way required, which are also provided by the present invention become.
Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise auch ein vollständiges Recyclingsystem, bei dem entladene Sorbentien bzw. Sorptionsmaterialien wieder gegen beladene Sorbentien bzw. Sorptionsmaterialien ausgetauscht werden. Von Zeit zu Zeit kann beispielsweise ein gewisser Prozentsatz der Sorbentien gegen frisch hergestellte Sorbentien ausgetauscht werden. Aufgrund der hohen Abriebfestigkeit der erfindungsgemäß eingesetzten Sorbentien besteht eine jahrelange Nutzungsmöglichkeit für eine Produktcharge an Sorbentien.One greater Advantage of the present invention, for example, a complete recycling system, in the discharged sorbents or sorbents again against loaded sorbents or sorption materials are exchanged. From time to time, for example, a certain percentage of the Sorbents are exchanged for freshly prepared sorbents. Due to the high abrasion resistance of the invention used Sorbents can be used for years for a product batch of sorbents.
Nachfolgend werden verschiedene Verfahrensaspekte beschrieben, wie ein Sorptionsmaterial bereitgestellt werden kann und wie ein Speicherbehälter mit einem solchen Material befüllt werden kann.following various process aspects are described, such as a sorbent material can be provided and how a storage container with filled with such a material can be.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Sorptionsmaterials für einen Speicherbehälter, wobei das Sorptionsmaterial ein Sorbens und ein hieran adsorbiertes Adsorbat, insbesondere einen gasförmigen Kraftstoff, vorzugsweise Wasserstoff, umfaßt, wobei in dem Speicherbehälter befindliches, verbrauchtes Sorptionsmaterial aus dem Speicherbehälter entladen wird, wobei das verbrauchte Sorptionsmaterial außerhalb des Speicherbehälters mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Wasserstoff, erneut beladen wird, und anschließend mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Wasserstoff, beladenes Sorptionsmaterial für den Speicherbehälter zur Verfügung gestellt wird, wobei die Entladung des Speicherbehälters des verbrauchten Sorptionsmaterials durch Einblasen des Gases, insbesondere des Wasserstoffs, erfolgt.The present invention relates to a method for providing a sorbent material for a storage container, wherein the sorbent material, a sorbent and an adsorbate adsorbed thereto, in particular a gaseous fuel, preferably hydrogen, wherein in the storage container befindliches, consumed sorbent material is discharged from the storage container, wherein the spent sorbent outside the storage container with a gaseous fuel, in particular hydrogen, is charged again, and then with a gaseous fuel , in particular with hydrogen, loaded sorption material is made available for the storage container, wherein the discharge of the storage container of the spent sorption material by blowing the gas, in particular the hydrogen, takes place.
Bezüglich der weiterführenden Funktionsweise des Verfahrens wird auf die nachfolgenden Ausführungen verwiesen.Regarding the secondary Operation of the method is based on the following directed.
Vorteilhaft wird das mit dem Gas beladene Sorptionsmaterial bis zur weiteren Verwendung in einer Speichereinrichtung zwischengespeichert. Diese Speichereinrichtung kann im Falle einer Tankstelle Bestandteil einer entsprechend ausgebildeten Zapfsäule sein oder aber mit dieser zumindest in Verbindung stehen.Advantageous becomes the gas laden sorption material until further Use cached in a memory device. These Storage device can in the case of a gas station part of a appropriately designed dispenser be or at least in connection with this.
Vorzugsweise wird das aus der Speichereinrichtung entladene, verbrauchte Sorptionsmaterial vor der erneuten Beladung mit einem Gas einer Qualitätskontrolle unterzogen. Dies wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß verwendeten System nachfolgend erläutert, so daß auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.Preferably becomes the spent sorbent material discharged from the storage device before re-loading with a gas of a quality control subjected. This is in connection with the invention used System explained below, so that on the corresponding remarks referenced becomes.
In weiterer Ausgestaltung kann das aus der Speichereinrichtung entladene verbrauchte Sorptionsmaterial vor der erneuten Beladung mit einem Gas einem Regenerierungsverfahren unterzogen werden. Auch dies wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß verwendeten System nachfolgend erläutert, so daß auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.In Another embodiment, the discharged from the memory device spent sorbent material before reloading with a Gas undergo a regeneration process. This too will in the context of the system used according to the invention below explains so that on the corresponding versions is referenced.
Vorteilhaft kann das Sorptionsmaterial vor der erneuten Beladung mit Gas auf eine vorgegebene Temperatur abgekühlt werden. Dies wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß verwendeten System nachfolgend ebenfalls erläutert, so daß auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.Advantageous The sorbent material may recharge before reloading with gas a predetermined temperature to be cooled. This is related with the invention used System also explained below, so that on the corresponding versions is referenced.
Bezüglich der Funktionsweise des Verfahrens wird ebenfalls auf die nachfolgenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.Regarding the Operation of the method is also on the following versions fully incorporated by reference and referenced.
Ein Befüllungsvorgang der zuvor beschriebenen Art, etwa ein Betankungsvorgang, setzt gute Transporteigenschaften und sicheres Handling der Sorptionsmaterialien vom Speicherbehälter des Systems – etwa der Tankstelle – über ein Fördersystem in den mobilen Tank voraus. Dies ist zum Beispiel mit konventionellen Aktivkohlepulvern kaum möglich, da die Partikelgröße des Pulvers stark variiert. Die daraus resultierenden Probleme waren eine Separation der Partikel beim Transport (beispielsweise nur kleine Partikel werden im Gasstrom bis zum mobilen Tank transportiert), teilweise Agglomeration sowie ein starker Verschleiß der verwendeten Armaturen wie Druckminderer, Ventile und Pumpen durch eine Ablagerung von Partikeln unterschiedlicher Di mensionen. Durch den Einsatz der erfindungsgemäß eingesetzten Sorbentien und Sorptionsmaterialien kann das Befüllungsverfahren deutlich besser realisiert werden.One filling process of the type described above, such as a refueling process, sets good Transport properties and safe handling of the sorption materials from the storage tank of the system - about the Gas station - about one conveyor system in the mobile tank ahead. This is for example with conventional activated carbon powders hardly possible, because the particle size of the powder varies greatly. The resulting problems were a separation the particles during transport (for example, only small particles are transported in the gas stream to the mobile tank), partially Agglomeration and heavy wear of the fittings used such as pressure reducers, valves and pumps by a deposit of Particles of different dimensions. By the use of the invention used Sorbents and sorbents can make the filling process significantly better will be realized.
Vorteilhaft erfolgt die Entladung und Befüllung des Speicherbehälters mittels eines nachfolgend beschriebenen Systems, so daß auf die entsprechenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird.Advantageous the discharge and filling take place of the storage container by means of a system described below, so that on the corresponding versions is fully incorporated by reference and referenced.
Vorteilhaft kann der Speicherbehälter mit einem Sorptionsmaterial befüllt werden, welches mittels eines wie weiter vorstehend beschriebenen Verfahrens bereitgestellt worden ist, so daß auf die entsprechenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird.Advantageous can the storage tank filled with a sorption material which is by means of one as described above Method has been provided so that to the corresponding embodiments is fully incorporated by reference and referenced.
Vorzugsweise wird vor der Entladung des Speicherbehälters von verbrauchtem Sorptionsmaterial die Restmenge an im Speicherbehälter verbliebenem, am Sorptionsmaterial adsorbiertem Adsorbat und/oder nichtadsorbiertem, gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, ermittelt. Beispielsweise kann eine Bestimmung der Restmenge an gespeichertem Gas, etwa Wasserstoff, durch Druck- und Temperaturmessung des Speichermediums erfolgen.Preferably is prior to unloading the storage container of spent sorbent material the remaining amount in the storage tank remaining, adsorbate adsorbed on the sorbent material and / or unadsorbed, gaseous Fuel, especially hydrogen, determined. For example may be a determination of the residual amount of stored gas, such as hydrogen, done by pressure and temperature measurement of the storage medium.
Die Entladung des Speicherbehälters von verbrauchtem Sorptionsmaterial erfolgt mittels Einblasen von im Hinblick auf das Sorptionsmaterial eingesetztem Gas bzw. Kraftstoff, insbesondere von Wasserstoff. Die Entladung des im Speicherbehälter befindlichen Sorptionsmaterials bzw. Sorbens erfolgt beispielsweise durch Einblasen von Wasserstoff. Durch die spezielle Form und Position der Gasführung, etwa in Form einer Düse, wird das Sorptionsmaterial oder Sorbens aufgewirbelt und durch den Gasstrom über den Auslaß ausgetragen. Der Druck dieses Entladungskreislaufes muß nicht unbedingt 40 bar betragen, sondern er kann beispielsweise dem Restdruck im Speicherbehälter angepaßt werden, um einer Adsorption oder weiteren Desorption des Sorptionsmaterials während des Entladungsvorganges vorzubeugen.The discharge of the storage container of spent sorbent material is effected by blowing in gas or fuel, in particular hydrogen, used with regard to the sorption material. The discharge of the sorption material or sorbent in the storage container takes place, for example, by blowing in hydrogen. Due to the special shape and position of the gas guide, approximately in the form of a Nozzle, the sorbent material or sorbent is fluidized and discharged through the gas stream via the outlet. The pressure of this discharge circuit need not necessarily be 40 bar, but it can for example be adapted to the residual pressure in the storage tank to prevent adsorption or further desorption of the sorbent material during the discharge process.
Vorteilhaft kann der Speicherbehälter zwischen der Entladung und der erneuten Befüllung auf eine vorgegebene Temperatur gebracht, insbesondere gekühlt werden. Nach Entfernung eines vorteilhaften Anteils des Sorptionsmaterials oder Sorbens (beispielsweise etwa 98%) wird der Speicherbehälter (also der leere Druckbehälter) durch Einblasen von Gas, etwa von kaltem (77 K) Wasserstoff, gekühlt. Dabei wird kaltes (77 K) Gas (Wasserstoffgas) mit angepaßter Strömungsgeschwindigkeit und Volumenstrom von dem Bereitstellungssystem über die für den Gaseinlaß vorgesehene Durchführung in den Speicherbehälter geblasen, wobei durch den Wärmestrom dQ/dt vom Druckbehälter zum kalten Gas (Wasserstoffgas) Wärme abgeleitet wird, welche durch die Abführung des nun aufgewärmten Gases (Wasserstoffgases) durch die dafür vorgesehene Durchführung aus dem Speicherbehälter abtransportiert wird.Advantageous can the storage tank between the discharge and the refilling to a predetermined Temperature brought, in particular cooled. After removal an advantageous portion of the sorbent material or sorbent (For example, about 98%), the storage container (ie the empty pressure vessel) by Blow in gas, such as cold (77 K) hydrogen, cooled. there becomes cold (77 K) gas (hydrogen gas) with adapted flow rate and volumetric flow from the delivery system over that provided for the gas inlet execution in the storage tank blown by the heat flow dQ / dt from the pressure vessel to the cold gas (hydrogen gas) heat is dissipated, which through the exhaustion of the now warmed up Gas (hydrogen gas) through the intended implementation of the storage container is transported away.
Vorzugsweise kann die erneute Befüllung des Speicherbehälters mit unverbrauchtem Sorptionsmaterial bei einem erhöhten Druck von größer/gleich 40 bar erfolgen.Preferably may be refilling of the storage container with unconsumed sorbent material at an elevated pressure from greater / equal 40 bar.
Das unverbrauchte Sorptionsmaterial wird vorteilhaft bei einem im Vergleich zum Umgebungsdruck erhöhten Druck, vorzugsweise bei einem Druck von größer/gleich 40 bar, beispielsweise bei einem Druck von 40 bar, zum Speicherbehälter transportiert und in diesen eingefüllt. Es folgt somit das Einblasen von frischem, beispielsweise mit Wasserstoff, voll beladenem Sorptionsmaterial bei beispielsweise 40 oder 100 bar Druck über die für die Befüllung vorgesehene Durchführung. Dieses Sorptionsmaterial wurde vorteilhaft im Bereitstellungssystem bereits auf 77 K vorgekühlt und bei 40 bar mit Gas (Wasserstoff) beladen. Daher erfolgt ein Transport des Sorptionsmaterials vom Bereitstellungssystem in den Speicherbehälter des Tanksystems ebenfalls bei erhöhtem Druck, etwa bei 40 bar, um eine Desorption des Gases (Wasserstoffs) zu vermeiden. Andernfalls könnten erneute Adsorptionsvorgänge im Speicherbehälter zu einer Erhöhung der Temperatur und folglich zu einer geringeren Standzeit bzw. kleineren Beladungsdichte und, im Falle eines mobilen Tanksystems in einem Fahrzeug, somit zu einer geringeren Reichweite des Fahrzeuges führen. Denkbar wäre auch eine Beladung am Bereitstellungssystem bei Drücken größer 40 bar, wobei der Druck beim Betanken des Speicherbehälters dann auf 40 bar abgesenkt werden könnte. Folglich würde ein Teil des adsorbierten Gases (Wasserstoffes) vom Sorptionsmaterial desorbieren und die Temperatur im Speicherbehälter unter 77 K absenken. Bei einer geringeren Temperatur im Speicherbehälter könnte bei gleichem Druck (40 bar) eine größere Menge an Gas (Wasserstoff) gespeichert oder die Standzeit des Tanksystems erhöht werden.The Unused sorbent material is advantageous in comparison increased to ambient pressure Pressure, preferably at a pressure of greater than or equal to 40 bar, for example at a pressure of 40 bar, transported to the storage tank and in this filled. It follows thus the injection of fresh, for example with hydrogen, fully loaded sorbent material at, for example, 40 or 100 bar pressure over the for the filling intended implementation. This sorbent material has been advantageous in the delivery system already pre-cooled to 77K and at 40 bar with gas (hydrogen) loaded. Therefore, a Transport of sorption material from the delivery system in the storage container the tank system also at elevated pressure, about 40 bar, to avoid desorption of the gas (hydrogen). Otherwise, could be renewed adsorption in the storage tank to an increase the temperature and consequently to a shorter service life or smaller Loading density and, in the case of a mobile tank system in a vehicle, thus lead to a lower range of the vehicle. Conceivable would be too a load on the delivery system at pressures greater than 40 bar, the pressure when refueling the storage tank then could be lowered to 40 bar. Consequently, would a portion of the adsorbed gas (hydrogen) from the sorbent material desorb and lower the temperature in the storage tank below 77K. at a lower temperature in the storage tank could at the same pressure (40 bar) a larger amount stored on gas (hydrogen) or the life of the tank system elevated become.
Mit der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft eine Rezyklierung des Energieträgergases bei Einsatz von Druckkörpern mit schlechter Wärmeleitfähigkeit (z. B. CFK-Werkstoffe) durch vorgekühlten Wasserstoff erreicht werden. Durch die externe Beladung des Speichermaterials mit Wasserstoff und den dadurch bedingten Wegfall von Wärmetönungen im Speicherbehälter (dQ/dt; dt < 10 min) sind die für den Kälteeintrag benötigten Volumenströme jedoch deutlich geringer und entsprechen in ihrer Größenordnung dann in etwa den benötigten Wärmeströmen (dQ/dt; dt ~ einige Stunden = mehrere hundert Kilometer) für die Desorption, so daß die für den Wärme- und Stofftransport benötigten Apparaturen und Querschnitte deutlich reduziert werden können. Dadurch ergeben sich eine Gewichtsersparnis sowie eine Reduzierung der Komplexität des Speichersystems. Damit sinken die Herstellungskosten bzw. die zu investierenden Kosten und die Betriebsaufwendungen bei gleichzeitig erhöhter Standzeit (”Boil-off-Zeit”) aufgrund des geringeren Wärmestroms über die schmaler dimensionierten Rohrverbindungen.With The present invention may advantageously be a recycle of the Energy carrier gas when using pressure bodies with poor thermal conductivity (eg CFRP materials) achieved by pre-cooled hydrogen become. By external loading of the storage material with hydrogen and the consequent elimination of heat of reaction in the storage container (dQ / dt; dt <10 min) the for the cold entry required volume flows, however significantly lower and correspond in their magnitude then approximately the required heat flows (dQ / dt; dt ~ several hours = several hundred kilometers) for desorption, So that the for the Warmth- and mass transport needed Apparatuses and cross sections can be significantly reduced. Thereby This results in weight savings as well as a reduction in the complexity of the storage system. In order to decrease the production costs or the costs to be invested and the operating expenses combined with increased service life ("Boil-off time") due the lower heat flow over the narrow dimensioned pipe connections.
Im Rahmen der vorliegende Erfindung wird ein Speicherbehälter zum Speichern eines Sorptionsmaterials eingesetzt, wobei der Speicherbehälter mit einem Druckbehälter, einem Verbindungselement zu einem externen Bereitstellungssystem und wenigstens einem Sorptionsmaterial, welches zumindest während des betriebsgemäßen Gebrauchs des Speicherbehälters in diesem eingelagert ist, sowie mit einer Transportführung zum Beladen und/oder Entladen des Speicherbehälters mit Sorptionsmaterial ausgestattet ist, wobei das Sorptionsmaterial ein Sorbens und ein hieran adsorbiertes Adsorbat, insbesondere einen gasförmigen Kraftstoff, vorzugsweise Wasserstoff, umfaßt. Der Speicherbehälter zeichnet sich dadurch aus, daß einerseits wenigstens eine zweite Führung zum Zuführen und/oder Abführen eines Gases (Gasführung) vorgesehen ist und daß andererseits das Sorbens auf der Grundlage von Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle in Form von diskreten Aktivkohlekörnern, vorzugsweise in Kugelform, ausgebildet ist, wobei mindestens 70% des Gesamtporenvolumens der Hochleistungsadsorbentien durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind (d. h. mit anderen Worten hochmikroporöse Hochleistungsadsorbentien eingesetzt sind).in the The scope of the present invention is a storage container for Saving a sorption material used, wherein the storage container with a pressure vessel, a connector to an external delivery system and at least one sorbent material which, at least during the proper use of the storage container in this is stored, as well as with a transport guide to Loading and / or unloading the storage container with sorption material equipped, wherein the sorbent material is a sorbent and a Adsorbate adsorbed thereon, in particular a gaseous fuel, preferably Hydrogen, included. The storage tank is characterized by the fact that on the one hand at least a second guide for feeding and / or discharge a gas (gas guidance) is provided and that on the other hand the sorbent based on high-performance adsorbents the basis of activated carbon in the form of discrete activated carbon granules, preferably in spherical form, wherein at least 70% of the total pore volume high-performance adsorbents through micropores with pore diameters formed of ≤ 20 Å In other words, they are highly microporous high performance adsorbents are used).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien ein Gesamtporenvolumen nach Gurvich von mindestens 0,7 cm3/g auf, wobei mindestens 70% dieses Gesamtporenvolumens durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind.According to a preferred embodiment, the high-performance adsorbents used according to the invention have a total pore volume according to Gurvich of at least 0.7 cm 3 / g, wherein at least 70% of this total pore volume is formed by micropores with pore diameters of ≦ 20 Å.
Wie die Anmelderinnen überraschend und unerwartet herausgefunden haben, eignet sich eine hochmikroporöse Aktivkohle der vorgenannten Art in besonderer Weise für die vorliegende Erfindung, da zum einen eine derartige Aktivkohle eine extrem hohe Beladungskapazität in bezug auf die relevanten Kraft- bzw. Brennstoffgase, insbesondere Wasserstoff, aufweist und zum anderen eine derartige Aktivkohle eine für die erfindungsgemäßen Anwendungszwecke optimales Adsorptions- und Desorptionsverhalten besitzt. Darüber hinaus besitzt die betreffende Aktivkohle eine extrem hohe Abriebfestigkeit und verfügt damit über ausgezeichnete Verschleißeigenschaften, was ihren Langzeiteinsatz, insbesondere über mehrere Monate oder sogar Jahre, und weiterhin eine Rezyklierung ermöglicht. Aufgrund der Abriebfestigkeit und Staubfreiheit der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien wird zudem eine Verunreinigung der eingesetzten apparativen Komponenten in effizienter Weise vermieden und auch die Gefahr von Entzündungen bzw. Explosionen ausgeschlossen oder aber zumindest weitgehend minimiert. Schließlich erleichtert die Kugelform der eingesetzten Sorbentien den Be- und Entladungsvorgang nicht unbeträchtlich. Weitere mit dem Einsatz der erfindungsgemäß ausgewählten Aktivkohle verbundene Vorteile werden nachfolgend noch bei der detaillierten Charakterisierung der erfindungsgemäß eingesetzten Aktivkohle erläutert und ergeben sich für den Fachmann beim Studium der Beschreibung, der Ansprüche und der Figurendarstellungen.As the applicants surprisingly and unexpectedly found, a highly microporous activated carbon is suitable of the aforementioned kind in a special way for the present invention, on the one hand such an activated carbon an extremely high loading capacity with respect to the relevant fuel or fuel gases, in particular hydrogen, and on the other such activated carbon one for the purposes of the invention has optimal adsorption and desorption behavior. Furthermore the activated carbon in question has an extremely high abrasion resistance and features over it excellent wear characteristics, what their long-term use, especially over several months or even Years, and continues to allow for recycle. Due to the abrasion resistance and freedom from dust of the high-performance adsorbents used according to the invention is also an impurity of the equipment used components efficiently avoided and also the risk of inflammation or explosions excluded or at least largely minimized. After all facilitates the spherical shape of the sorbents used the loading and Discharge process not inconsiderable. Further associated with the use of activated carbon according to the invention Advantages will be discussed later in the detailed characterization the invention used Activated carbon explained and arise for the expert in the study of the description, the claims and the figure representations.
Eine
für die
erfindungsgemäßen Zwecke
geeignete Aktivkohle ist insbesondere in der
Der erfindungsgemäß eingesetzte Speicherbehälter ist derart ausgebildet, daß er von außen zugeführtes Sorptionsmaterial, an dem ein Gas adsorbiert ist, aufnehmen kann. In seinem Betriebszustand ist der Speicherbehälter mit Sorptionsmaterial befüllt und kann adsorbiertes Gas, beispielsweise Wasserstoff, je nach Bedarf an einen Verbraucher abgeben. Wenn der Speicherbehälter neu befüllt werden muß, wird das verbrauchte Sorptionsmaterial aus diesem entfernt und durch neues, nichtverbrauchtes Sorptionsmaterial ersetzt. Auch diesbezüglich ist der Speicherbehälter in besonderer Weise ausgestaltet. Wie dies im einzelnen realisiert werden kann, wird anhand einiger vorteilhafter, jedoch nicht ausschließlicher Beispiele im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.Of the used according to the invention storage container is designed so that he from the outside supplied Sorption material to which a gas is adsorbed, can absorb. In its operating state, the storage container is sorption material filled and may be adsorbed gas, for example hydrogen, as needed to a consumer. When the storage tank is new filled must become, the spent sorbent material is removed therefrom and through replaced new, non-used sorption material. Also in this regard is the storage tank designed in a special way. How this is realized in detail can, is on the basis of some advantageous, but not exclusive Examples in the further course of the description explained in more detail.
Zunächst ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Speicherbehälter einen Innenbehälter zur Aufnahme des Sorptionsmaterials aufweist, der dann den eigentlichen Druckbehälter darstellt. Weiterhin ist vorteilhafterweise ein zweiter, außerhalb des Innenbehälters befindlicher Außenbehälter vorgesehen, der in erster Linie die Funktion eines Isolationsbehälters aufweist. Der Außenbehälter kann auch dazu dienen, den Innenbehälter vor Beschädigungen zu schützen.First is advantageously provided that the storage container a inner container for receiving the sorbent, which then the actual pressure vessel represents. Furthermore, advantageously, a second, outside of the inner container provided outer container provided which primarily has the function of an insulation container. The outer container can also serve the inner container from damage to protect.
Vorzugsweise ist zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter ein Isolationsbereich vorgesehen. Dieser Isolationsbereich kann beispielsweise als eine Art Hohlraum ausgebildet sein, in welchem sich ein Isolationsmaterial befinden kann. Das Isolationsmaterial kann dabei fest, flüssig oder gasförmig sein. Auch ist denkbar, daß der Isolationsbereich in Form einer Isolationsschicht ausgebildet ist, bei der es sich beispielsweise um eine Folie, Matte oder dergleichen handeln kann, die zwischen Außen- und Innenbehälter angeordnet ist.Preferably is between the inner container and the outer container Isolation area provided. This isolation area can be, for example be formed as a kind of cavity in which an insulation material can be located. The insulation material can be solid, liquid or gaseous be. It is also conceivable that the Insulation area is formed in the form of an insulating layer, which is for example a film, mat or the like can act between foreign and inner container is arranged.
Im folgenden werden einige bevorzugte Ausgestaltungen für den erfindungsgemäß eingesetzten Speicherbehälter beschrieben, ohne daß die Erfindung jedoch auf diese genannten Beispiele beschränkt ist.in the Some preferred embodiments of the storage container used according to the invention are described below. without that Invention is limited to these examples mentioned.
Ziel dabei ist ein mechanisch möglichst einfaches Be- und Entladesystem, um aufwendige Konstruktionen sowie bewegliche Teile innerhalb des Speicherbehälters zu vermeiden. Der Grundgedanke ist es, das granulatförmige, vor zugsweise korn- bzw. kugelförmige Sorptionsmaterial über einen Gasstrom bei praktisch beliebigem Druck, insbesondere etwa bis zu ca. 40 bar, zu transportieren.aim while a mechanical is possible simple loading and unloading system to elaborate designs as well to avoid moving parts inside the storage tank. The basic idea is it, the granular, preferably grain or spherical Sorption over a gas flow at virtually any pressure, especially about up to about 40 bar, to transport.
Der Speicherbehälter sollte dabei grundsätzlich zwei Öffnungen/Durchführungen für Medien aufweisen, die im Folgenden als Führungen bezeichnet werden. Eine erste Führung stellt die so genannte Transportführung dar, die in erster Linie für den Transport der Sorptionsmaterialien verantwortlich ist. Diese Führung dient beispielsweise zum Transport des Sorptionsmaterials sowohl von der Tankstelle zum Tanksystems sowie auch vom Tanksystem zur Tankstelle. Eine zweite Führung wird durch eine Gasführung gebildet, über welche Gase in den Behälter hineingeleitet und aus diesem herausgeleitet werden können. Dies wird im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.The storage container should basically have two openings / feedthroughs for media, which are referred to below as guides. A first tour is the so-called transport guide, which is primarily responsible for the transport of the sorption materials. This guide is used, for example, to transport the sorption material both from the filling station to the tank system and also from the tank system to the filling station. A second guide is formed by a gas guide over which Gases can be directed into and out of the container. This will be explained in more detail later in the description.
Vorteilhaft kann/können die Transportführung und/oder die Gasführung rohrförmig ausgebildet sein. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Rohrquerschnitte beschränkt. Diese ergeben sich vielmehr aus den strömungstechnischen Anforderungen. Vorteilhaft ist jedoch ein kreisrunder oder ovaler Querschnitt vorgesehen.Advantageous can / can the transport guide and / or the gas routing tubular be educated. The invention is not limited to certain pipe sections limited. These arise rather from the fluidic requirements. Advantageously, however, a circular or oval cross-section is provided.
Vorzugsweise kann/können die Transportführung und/oder die Gasführung in Form einer Düse ausgebildet sein. Dadurch läßt sich besonders vorteilhaft ein geeigneter Strömungsverlauf innerhalb des Speicherbehälters realisieren.Preferably can / can the transport guide and / or the gas routing in the form of a nozzle be educated. This can be done Particularly advantageous a suitable flow course within the storage container realize.
Um einen unerwünschten Austrag von Sorptionsmaterial aus dem Speicherbehälter zu vermeiden, kann in der Gasführung bevorzugt wenigstens ein Filterelement zum Filtern von Sorptionsmaterial und/oder Sorbens vorgesehen sein.Around an undesirable Discharge of sorbent material from the storage tank too can avoid, in the gas guide preferably at least one filter element for filtering sorption material and / or sorbent be provided.
Die erste Durchführung (Transportführung) ist vorteilhaft mit einem im Verhältnis zur Partikelgröße des Sorptionsmaterials verhältnismäßig großen Durchmesser ausgestattet, beispielsweise einem Durchmesser von mindestens dem 50fachen der Partikelgröße.The first implementation (Transport guide) is advantageous with a relative to the particle size of the sorbent material relatively large diameter equipped, for example, a diameter of at least the 50 times the particle size.
Die zweite Durchführung (Gasführung) ist vorteilhaft düsenförmig ausgeführt und weist einen Filter auf, der eindringende Sorptionsmaterialpartikel zurückhalt. Diese Düse dient bei Befüllung des Tanksystems (Speicherbehälters) als Gasauslaß. Bei einer Beladung des Tanksystems mit frischem Sorptionsmaterial wird dieses über einen Volumenstrom über die erste Durchführung (Transportführung) in das Tanksystem eingebracht. Ein dazu benötigtes Trägergas (beispielsweise Wasserstoffträgergas) verläßt das System über die zweite Durchführung (Gasführung). Bei einer Entladung des Tanksystems strömt Gas, beispielsweise Wasserstoffgas, über die zweite, als Düse ausgeführte Durchführung (Gasführung) in das Tanksystem. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit am Auslaß und der Position der Düse im Tanksystem wird im Tanksystem vorhandenes Sorptionsmaterial aufgewirbelt und über die erste Durchführung (Transportführung) durch die Gasströmung aus dem Tanksystem transportiert. Somit kann das Tanksystem be- und entladen werden.The second implementation (Gas guide) is advantageously designed nozzle-shaped and has a filter, the penetrating Sorptionsmaterialpartikel restrained. This nozzle serves at filling of the tank system (storage tank) as a gas outlet. When loading the tank system with fresh sorption material this will be over a flow over the first implementation (Transport guide) introduced into the tank system. A carrier gas required for this purpose (for example hydrogen carrier gas) leaves the system over the second execution (Gas guide). During a discharge of the tank system, gas, for example hydrogen gas, flows over the second, as a nozzle executed execution (Gas guide) in the tank system. Due to the high flow rate at the outlet and the Position of the nozzle In the tank system sorption material present in the tank system is whirled up and over the first implementation (Transport guide) through the gas flow transported from the tank system. Thus, the tank system can and unloaded.
In
weiterer Ausgestaltung können
die Transportführung
und die Gasführung
im Speicherbehälter
miteinander verbunden sein und eine Rohrschleife bilden. Diese Ausgestaltung
macht sich den dynamischen Druckabfall an Stellen mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit
gemäß der Bernoulligleichung
Vorteilhaft kann/können in der Rohrschleife wenigstens eine drehbare Klappe, vorzugsweise zwei Klappen, zum Verändern des Förderstroms innerhalb der Rohrschleife vorgesehen sein.Advantageous can / can in the pipe loop at least one rotatable flap, preferably two flaps, to change of the flow be provided within the pipe loop.
Beispielsweise kann die Rohrschleife an zwei Stellen von um 90° drehbaren, strömungsangetriebenen Klappen unterbrochen werden. Ziel dieser Klappen ist die Umlenkung des Förderstroms (Sorptionsmaterial + Trägergas) während des Befüllungsvorgangs. Die erste Klappe schließt den Durchlaß durch das Rohrsystem und bedingt dadurch die Einbringung des Sorptionsmaterials in den Speicherbehälter. Das Trägergas wird über die zweite Klappe zurück in das Rohrsystem befördert und kann beispielsweise zur Zapfsäule zurückgeführt werden. Bei der Entleerung des Speicherbehälters durchströmt das Trägergas die Rohrschleife in entgegengesetzter Richtung. Eine Verengung der Rohrschleife (vgl. das oben beschriebene Venturiprinzip) führt zur Verringerung des statischen Drucks im Rohrstück und dadurch zu einem Ansaugen von Sorptionsmaterial aus dem Speicherbehälter. Das Sorptionsmaterial wird in den Trägerstrom dispergiert und aus dem Speicherbehälter ausgetragen.For example The pipe loop can be moved in two places by 90 ° rotatable, flow-driven flaps to be interrupted. The aim of these valves is the deflection of the flow (Sorption material + carrier gas) while of the filling process. The first flap closes the passage through the pipe system and thereby requires the introduction of the sorbent material in the storage tank. The carrier gas is about the second flap back transported into the pipe system and may for example be returned to the pump. When emptying of the storage container flows through the carrier gas the pipe loop in the opposite direction. A narrowing of the pipe loop (See the venturi principle described above) leads to the reduction of static Pressure in the pipe section and thereby suction of sorbent material from the storage container. The Sorption material is added to the carrier stream dispersed and discharged from the storage container.
Ein Filter vor der/den Klappe(n) kann den unerwünschten Austrag von Sorptionsmaterial verhindern. Vorteilhaft kann daher in der Rohrschleife wenigstens ein Filterelement zum Filtern von Sorptionsmaterial und/oder Sorbens vorgesehen sein, wobei das Filterelement vorzugsweise im Bereich der drehbaren Klappe(n) angeordnet ist.One Filter in front of the flap (s) can prevent the unwanted discharge of sorbent material prevent. Advantageously, therefore, at least in the pipe loop a filter element for filtering sorbent material and / or sorbent be provided, wherein the filter element is preferably in the range the rotatable flap (s) is arranged.
Vorteilhaft kann der Speicherbehälter zumindest während des Befüllungsvorgangs und/oder Entladungsvorgangs in eine(r) Schrägstellung, bezogen auf eine horizontale oder vertikale Referenzebene (je nachdem, ob der Speicherbehälter senkrecht oder waagerecht angeordnet ist), bringbar oder ausgerichtet sein. Eine leichte Schrägstellung des Speicherbehälters und eine günstige Positionierung des Venturiteilstücks in der Nähe des tiefsten Punkts übernehmen mittels Nutzung der Schwerkraft auf der schiefen Ebene die Aufgabe, das Sorptionsmaterial in die Reichweite der Ansaugung zu transportieren.Advantageously, the storage container, at least during the filling process and / or Entla tion process in a (r) inclination, based on a horizontal or vertical reference plane (depending on whether the storage container is arranged vertically or horizontally), be brought or aligned. A slight inclination of the storage tank and a favorable positioning of the Venturi piece near the lowest point take over the task of transporting the sorption material into the reach of the suction by using gravity on the inclined plane.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Transportführung und die Gasführung in einer einzigen Führung zusammengefaßt sind und daß die Führung als Aufnahme für einen Befüllungs-/Entladungs-Stutzen ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung kommt insbesondere mit einem weiter unten noch näher beschriebenen Befüllungs-/Entladungs-Stutzen zum Einsatz. Vorteil dieser Ausführungsform ist die Entkopplung der für die Befüllung und Entladung benötigten Komponenten vom Speicherbehälter, und somit eine wesentliche Ersparnis von Gewicht und Wärmekapazität. Die Aufgabe der Zu- und Abführung von Sorptionsmaterial und Trägergas übernimmt ein in den Speicherbehälter eingeführter Stutzen, der auch flexibel gestaltet sein kann und der sich vorteilhaft dadurch auszeichnet, daß die Länge des Stutzens im Speicherbehälter nachjustiert werden kann, um das Sorptionsmaterial möglichst ortsnah aufwirbeln und abführen zu können.According to one Another embodiment may be provided that the transport guide and the gas supply in a single guide summarized are and that the guide as a recording for formed a filling / discharge nozzle is. This embodiment comes in particular with a further below described in more detail Filling / discharge nozzle for use. Advantage of this embodiment is the decoupling of for the filling and unloading needed Components from the storage container, and thus a significant saving in weight and heat capacity. The task the supply and discharge of sorbent material and carrier gas one in the storage container introduced Neck, which can also be designed flexibly and advantageous characterized in that the Length of the Neck in the storage tank can be readjusted to the sorption material as possible stir up and remove locally to be able to.
Vorteilhaft kann wenigstens ein Sensorelement zur Messung betriebsspezifischer Eigenschaften des Speicherbehälters und/oder des Sorptionsmaterials und/oder des Sorbens vorgesehen sein. Derartige Meßwerte können, wie im weiteren Verlauf noch näher erläutert wird, dazu verwendet werden, um den Befüllungs- und Entladevorgang weiter zu optimieren.Advantageous For example, at least one sensor element for measuring operation-specific Properties of the storage tank and / or the sorbent material and / or the sorbent be. Such measurements can, as in the course even closer explained will be used to complete the filling and discharging process continue to optimize.
In einem solchen Fall kann vorteilhaft wenigstens eine Schnittstelle zur Übertragung von über das wenigstens eine Sensorelement erfaßten Werten vorgesehen sein. Hierbei kann es sich besonders vorteilhaft um eine Datenschnittstelle handeln.In In such a case, advantageously at least one interface for transmission from above the at least one sensor element detected values can be provided. This may be particularly advantageous to a data interface act.
Auch wenn der Speicherbehälter zum Speichern beliebiger gasförmiger Medien verwendet werden kann, so kann dieser besonders bevorzugt als Speichertank für einen gasförmigen Kraftstoff, insbesondere für Wasserstoff, ausgebildet sein.Also if the storage tank for storing any gaseous Media can be used, this may be particularly preferred as a storage tank for a gaseous Fuel, especially for hydrogen, be educated.
Wie
zuvor beschrieben, kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung als
eingesetztes Sorbens bevorzugt Hochleistungsadsorbentien auf der
Basis von Aktivkohle mit hoher Mikroporosität zum Einsatz, wie sie Gegenstand
der
Derartige Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle in Form von diskreten Aktivkohlekörnern, vorzugsweise in Kugelform, sind durch eine hohe Mikroporosität gekennzeichnet, wobei im allgemeinen mindestens 70% des Gesamtporenvolumens der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien ein Gesamtporenvolumen nach Gurvich von mindestens 0,7 cm3/g auf, wobei mindestens 70% dieses Gesamtporenvolumens durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind.Such high-performance activated carbon adsorbents in the form of discrete activated charcoal grains, preferably in spherical form, are characterized by a high microporosity, wherein generally at least 70% of the total pore volume of the high-performance adsorbents used according to the invention are formed by micropores having pore diameters of ≦ 20 Å. According to a preferred embodiment of the present invention, the high-performance adsorbents used according to the invention have a total pore volume according to Gurvich of at least 0.7 cm 3 / g, wherein at least 70% of this total pore volume is formed by micropores with pore diameters of ≦ 20 Å.
Darüber hinaus weisen die im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Sorbentien eingesetzten aktivkohlebasierten Hochleistungsadsorbentien der vorgenannten Art einen mittleren Porendurchmesser von höchstens 30 Å und/oder eine BET-Oberfläche von mindestens 1.500 m2/g auf.In addition, the active carbon-based high-performance adsorbents of the abovementioned type used as sorbents in the context of the present invention have an average pore diameter of at most 30 Å and / or a BET surface area of at least 1500 m 2 / g.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Sorbentien eingesetzten Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle in Form von diskreten Aktivkohlekörnern, vorzugsweise in Kugelform, sind somit insbesondere durch die folgenden Parameter gekennzeichnet sind:
- – einen Anteil an Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å von mindestens 70% des Gesamtporenvolumens, besonders bevorzugt ein Gesamtporenvolumen nach Gurvich von mindestens 0,7 cm3/g, wobei mindestens 70% dieses Gesamtporenvolumens durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind, und/oder
- – einen mittleren Porendurchmesser von höchstens 30 Å und/oder
- – eine BET-Oberfläche von mindestens 1.500 m2/g.
- A fraction of micropores with pore diameters of ≦ 20 Å of at least 70% of the total pore volume, more preferably a Gurvich total pore volume of at least 0.7 cm 3 / g, wherein at least 70% of this total pore volume is formed by micropores having pore diameters of ≦ 20 Å , and or
- An average pore diameter of at most 30 Å and / or
- - a BET surface area of at least 1,500 m 2 / g.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien bzw. Aktivkohlen zeichnen sich insbesondere durch eine große Gesamtporosität und eine gleichzeitig große BET-Oberfläche aus. Wie nachfolgend noch ausgeführt wird, ist trotz der hohen Porosität auch die mechanische Belastbarkeit, insbesondere die Abriebfestigkeit und die Berst- bzw. Druckbelastbarkeit, der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien – im Unterschied zu vergleichbaren hochporösen Aktivkohlen des Standes der Technik – extrem hoch, so daß die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien bzw. Aktivkohlen auch für solche Anwendungen geeignet sind, bei denen sie großen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.The high-performance adsorbents or activated carbons used according to the invention are distinguished, in particular, by a large overall porosity and a simultaneously large BET surface area. As will be explained below, despite the high porosity, the mechanical load-bearing capacity, in particular the abrasion resistance and the bursting or pressure resistance, is also the high-performance adsorber used in accordance with the invention Bentien - in contrast to comparable highly porous activated carbons of the prior art - extremely high, so that the invention used Hochleistungsadsorbentien or activated carbons are also suitable for applications in which they are exposed to high mechanical loads.
Bei allen vorstehend genannten und noch im folgenden genannten Parameterangaben ist zu beachten, daß die aufgeführten Grenzwerte, insbesondere Ober- und Untergrenzen, mitumfaßt sind, d. h. alle Werteangaben verstehen sich einschließlich der jeweiligen Grenzen. Weiterhin versteht es sich von selbst, daß es einzelfallbedingt oder anwendungsbezogen gegebenenfalls erforderlich sein kann, von den genannten Grenzwerten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist.at all the above-mentioned and below mentioned parameter details It should be noted that the listed Limit values, in particular upper and lower limits Lower limits, included are, d. H. all values include the respective limits. Furthermore, it goes without saying that it is due to individual cases or, where appropriate, may be required by application deviate from the limits mentioned above without the scope of the present The invention is abandoned.
Die vorgenannten und im Folgenden noch genannten Parameterangaben für die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien werden mit genormten oder explizit angegebenen Bestimmungsverfahren oder dem Fachmann an sich geläufigen Bestimmungsmethoden bestimmt. Die Parameteran gaben betreffend die Charakterisierung der Porosität ergeben sich jeweils aus der Stickstoffisotherme der vermessenen Aktivkohle.The aforementioned and in the following still mentioned parameter data for the invention used High performance adsorbents are specified with standardized or explicit Methods of determination or methods of determination familiar to the person skilled in the art certainly. The parameter information concerning the characterization the porosity each result from the nitrogen isotherm of the measured activated carbon.
Was die Bestimmung des Gesamtporenvolumens nach Gurvich anbelangt, so handelt es sich um eine dem Fachmann auf diesem Gebiet an sich bekannte Meß-Bestimmungsmethode. Zu weitergehenden Einzelheiten bezüglich der Bestimmung des Gesamtporenvolumens nach Gurvich kann beispielsweise verwiesen werden auf L. Gurvich (1915), J. Phys. Chem. Soc. Russ. 47, 805, sowie auf S. Lowell et al., Characterization of Porous Solids and Powders: Surface Area Pore Size and Density, Kluwer Academic Publishers, Article Technology Series, Seiten 111 ff.What As far as the determination of the total pore volume according to Gurvich is concerned, so it is a known to the expert in this field Measuring method of determination. For further details regarding the determination of the total pore volume For Gurvich, for example, reference may be made to L. Gurvich (1915), J. Phys. Chem. Soc. Soot. 47, 805, as well as on S. Lowell et al., Characterization of Porous Solids and Powders: Surface Area Pore Size and Density, Kluwer Academic Publishers, Article Technology Series, pages 111 ff.
Die Bestimmung der spezifischen Oberfläche gemäß BET ist dem Fachmann grundsätzlich als solches bekannt, so daß diesbezüglich keine weitergehenden Einzelheiten ausgeführt werden zu brauchen. Alle BET-Oberflächenangaben beziehen sich auf die Bestimmung gemäß ASTM D6556-04. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird zur Bestimmung der BET-Oberfläche die sogenannte MultiPoint-BET-Bestimmungsmethode (MP-BET) in einem Partialdruckbereich p/p0 von 0,05 bis 0,1 angewendet. In bezug auf weitergehende Einzelheiten zur Bestimmung der BET-Oberfläche bzw. zu der BET-Methode kann auf die vorgenannte ASTM D6556-04 sowie auf Römpp Chemielexikon, 10. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart/New York, Stichwort: ”BET-Methode”, einschließlich der dort referierten Literatur, und auf Winnacker-Küchler (3. Auflage), Band 7, Seiten 93 ff. sowie auf Z. Anal. Chem. 238, Seiten 187 bis 193 (1968) verwiesen werden.The determination of the specific surface according to BET is known in principle as such to a person skilled in the art, so that in this regard no further details need to be carried out. All BET surface area information refers to the determination according to ASTM D6556-04. In the context of the present invention, the so-called MultiPoint BET determination method (MP-BET) is used in a partial pressure range p / p 0 of 0.05 to 0.1 for determining the BET surface area. For further details on the determination of the BET surface area or the BET method, reference may be made to the abovementioned ASTM D6556-04 and Römpp Chemielexikon, 10th edition, Georg Thieme Verlag, Stuttgart / New York, keyword: "BET method ", Including the literature referenced there, and to Winnacker-Kuchler (3rd edition), Volume 7, pages 93 ff., As well as on Z. Anal. Chem. 238, pages 187 to 193 (1968).
Die Bestimmung des mittleren Porendurchmessers erfolgt auf Basis der jeweiligen Stickstoffisothermen.The Determination of the average pore diameter is based on the respective nitrogen isotherms.
Das Gesamtporenvolumen nach Gurvich der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien beträgt mindestens 0,7 cm3/g, insbesondere mindestens 0,8 cm3/g, vorzugsweise mindestens 0,9 cm3/g, besonders bevorzugt mindestens 1,0 cm3/g, und kann Werte bis zu 1,5 cm3/g, insbesondere bis zu 1,6 cm3/g, vorzugsweise bis zu 1,8 cm3/g, erreichen. Im allgemeinen liegt das Gesamtporenvolumen nach Gurvich der erfindungsgemäß eingesetzten Hoch leistungsadsorbentien im Bereich von 0,7 bis 1,8 cm3/g, insbesondere 0,8 bis 1,6 cm3/g, vorzugsweise 0,9 bis 1,5 cm3/g.The total pore volume according to Gurvich of the high-performance adsorbents used according to the invention is at least 0.7 cm 3 / g, in particular at least 0.8 cm 3 / g, preferably at least 0.9 cm 3 / g, particularly preferably at least 1.0 cm 3 / g, and can reach values of up to 1.5 cm 3 / g, in particular up to 1.6 cm 3 / g, preferably up to 1.8 cm 3 / g. In general, the total pore volume according to Gurvich used in the invention high performance adsorbents in the range of 0.7 to 1.8 cm 3 / g, in particular 0.8 to 1.6 cm 3 / g, preferably 0.9 to 1.5 cm 3 /G.
Eine Besonderheit der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien ist unter anderem darin zu sehen, daß sie über ein sehr großes Gesamtporenvolumen nach Gurvich verfügen, so daß eine große Adsorptionskapazität bereitgestellt wird, wobei ein hoher Anteil auf Mikroporen entfällt.A Particularity of the invention used Hochleistungsadsorbentien is to be seen, inter alia, that they have a very big Gurvich total pore volume, so that provided a large adsorption capacity with a high proportion of micropores.
Im allgemeinen sind mindestens 70%, insbesondere mindestens 75%, vorzugsweise mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 85%, ganz besonders bevorzugt mindestens 90%, des Gesamtporenvolumens, insbesondere des Gesamtporenvolumens nach Gurvich, der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet. Im allgemeinen ist 70% bis 95%, insbesondere 75 bis 90%, vorzugsweise 75 bis 85%, des Gesamtporenvolumens, insbesondere des Gesamtporenvolumens nach Gurvich, der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet (Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff der Mikroporen solche Poren mit Porendurchmessern bis zu 20 Å einschließlich, wohingegen der Begriff der Mesoporen solche Poren mit Porendurchmessern von > 20 Å bis 50 Å einschließlich bezeichnet und der Begriff der Makroporen solche Poren mit Porendurchmessern > 50 Å bezeichnet.).in the general are at least 70%, especially at least 75%, preferably at least 80%, more preferably at least 85%, especially preferably at least 90% of the total pore volume, in particular the total pore volume according to Gurvich, the inventively used High performance adsorbents through micropores with pore diameters formed of ≤ 20 Å. Generally, 70% to 95%, especially 75 to 90%, is preferred 75 to 85% of the total pore volume, in particular the total pore volume after Gurvich, the inventively used High performance adsorbents through micropores with pore diameters formed of ≤ 20 Å (In the context of the present invention, the term of the Micropores include such pores with pore diameters up to 20 Å, whereas the term mesopores refers to those pores with pore diameters of> 20 Å to 50 Å inclusive and the term macropores refers to pores with pore diameters> 50 Å.).
Aufgrund ihrer hohen Mikroporosität ist das Mikroporenvolumen der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien relativ hoch: Im allgemeinen liegt das durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildete Mikroporenvolumen nach Carbon Black der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 0,5 bis 1,4 cm3/g, insbesondere 0,6 bis 1,2 cm3/g, bevorzugt 0,7 bis 1,1 cm3/g. Die Bestimmungsmethode nach Carbon Black ist dem Fachmann an sich bekannt, so daß es diesbezüglich keiner weitergehenden Einzelheiten bedarf. Zudem kann zu weitergehenden Einzelheiten der Bestimmung der Porenoberfläche und des Porenvolumens nach Carbon Black beispielsweise verwiesen werden auf R. W. Magee, Evaluation of the External Surface Area of Carbon Black by Nitrogen Adsorption, Presented at the Meeting of the Rubber Division of the American Chem. Soc., Oktober 1994, z. B. referiert in: Quantachrome Instruments, AUTOSORB-1, AS1 WinVersion 1.50, Operating Manual, OM, 05061, Quantachrome Instruments 2004, Florida, USA, Seiten 71 ff.Due to their high microporosity, the micropore volume of the high-performance adsorbents used in accordance with the invention is relatively high: this is generally due to micropores with pore diameters Carbon pore volume of ≤ 20 Å after carbon black of the inventively used Hochleistungsadsorbentien in the range of 0.5 to 1.4 cm 3 / g, in particular 0.6 to 1.2 cm 3 / g, preferably 0.7 to 1.1 cm 3 / g. The carbon black determination method is known per se to the person skilled in the art, so that no further details are required in this regard. In addition, for further details of determining the pore surface and pore volume for carbon black, reference may be made, for example, to RW Magee, Evaluation of the External Surface Area of Carbon Black by Nitrogen Adsorption, Presented at the Meeting of the Rubber Division of the American Chem. Soc. , October 1994, z. B. Referenced in: Quantachrome Instruments, AUTOSORB-1, AS1 WinVersion 1.50, Operating Manual, OM, 05061, Quantachrome Instruments 2004, Florida, USA, pages 71 ff.
Aufgrund der hohen Mikroporosität der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien ist deren mittlere Porendurchmesser relativ gering: Im allgemeinen beträgt er höchstens 30 Å, insbesondere höchstens 26 Å, vorzugsweise höchstens 25 Å, ganz besonders bevorzugt höchstens 24 Å. Im allgemeinen liegt der mittlere Porendurchmesser der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 15 bis 30 Å, insbesondere 16 bis 26 Å, vorzugsweise 17 bis 25 Å, besonders bevorzugt 18 bis 24 Å.by virtue of the high microporosity the invention used High performance adsorbents is their average pore diameter relative low: Generally he at most 30 Å, in particular at most 26 Å, preferably at most 25 Å, most preferably at most 24 Å. In general, the mean pore diameter of the invention used High performance adsorbents in the range of 15 to 30 Å, in particular 16 to 26 Å, preferably 17 to 25 Å, more preferably 18 to 24 Å.
Wie zuvor ausgeführt, ist eine Besonderheit der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien in der relativ großen BET-Oberfläche zu sehen, welche mindestens 1.500 m2/g, vorzugsweise mindestens 1.525 m2/g, besonders bevorzugt mindestens 1.550 m2/g, ganz besonders bevorzugt mindestens 1.575 m2/g, beträgt. Im allgemeinen liegt die BET-Oberfläche der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 1.500 m2/g bis 3.500 m2/g, insbesondere 1.500 m2/g bis 2.750 m2/g, vorzugsweise 1.525 bis 2.500 m2/g, besonders bevorzugt 1.550 bis 2.400 m2/g, ganz besonders bevorzugt 1.575 bis 2.350 m2/g.As stated above, a peculiarity of the high-performance adsorbents used according to the invention is to be seen in the relatively large BET surface area, which is at least 1,500 m 2 / g, preferably at least 1,525 m 2 / g, particularly preferably at least 1,550 m 2 / g, very particularly preferably at least 1,575 m 2 / g. In general, the BET surface area of the high-performance adsorbents used according to the invention is in the range from 1,500 m 2 / g to 3,500 m 2 / g, in particular 1,500 m 2 / g to 2,750 m 2 / g, preferably 1,525 to 2,500 m 2 / g, particularly preferred 1550 to 2400 m 2 / g, most preferably 1575 to 2350 m 2 / g.
Auch
das gewichts- und volumenbezogene Volumen Vads (N2) der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien
bei unterschiedlichen Partialdrücken
p/p0 ist sehr groß:
So beträgt das gewichtsbezogene
adsorbierte N2-Volumen Vads(gew) der
erfindungsgemäß eingesetzten
Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,25, mindestens 400 cm3/g,
insbesondere mindestens 420 cm3/g, und liegt
insbesondere im Bereich von 400 bis 800 cm3/g,
vorzugsweise 410 bis 750 cm3/g, besonders
bevorzugt 420 bis 700 cm3/g. Weiterhin beträgt das gewichtsbezogene
adsorbierte N2-Volumen Vads(gew.) der
erfindungsgemäß eingesetzten
Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,995, mindestens 450 cm3/g,
insbesondere mindestens 460 cm3/g, und liegt
insbesondere im Bereich von 450 bis 900 cm3/g,
vorzugsweise 460 bis 875 cm3/g, besonders
bevorzugt 470 bis 850 cm3/g.Also, the weight and volume-related volume V ads (N 2 ) of the high-performance adsorbents used according to the invention at different partial pressures p / p 0 is very large:
Thus, the weight-related adsorbed N 2 volume V ads (wt) of the high performance adsorbents used according to the invention, determined at a partial pressure p / p 0 of 0.25, is at least 400 cm 3 / g, in particular at least 420 cm 3 / g, and is in particular in the range of 400 to 800 cm 3 / g, preferably 410 to 750 cm 3 / g, particularly preferably 420 to 700 cm 3 / g. Furthermore, the weight-related adsorbed N 2 volume V ads (wt) of the high performance adsorbents used according to the invention, determined at a partial pressure p / p 0 of 0.995, is at least 450 cm 3 / g, in particular at least 460 cm 3 / g, and is in particular Range of 450 to 900 cm 3 / g, preferably 460 to 875 cm 3 / g, particularly preferably 470 to 850 cm 3 / g.
Im allgemeinen beträgt das volumenbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(vol.) der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,25, mindestens 200 cm3/cm3, insbesondere mindestens 220 cm3/cm3, und liegt insbesondere im Bereich von 200 bis 300 cm3/cm3, vorzugsweise 210 bis 275 cm3/cm3, besonders bevorzugt 225 bis 260 cm3/cm3. Weiterhin beträgt das volumenbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(vol.) der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,995, mindestens 250 cm3/cm3, insbesondere mindestens 260 cm3/cm3, und liegt insbesondere im Bereich von 250 bis 400 cm3/cm3, vorzugsweise 260 bis 350 cm3/cm3, besonders bevorzugt 265 bis 320 cm3/cm3.In general, the volume-related adsorbed N 2 volume V ads (vol.) Of the high-performance adsorbents used according to the invention, determined at a partial pressure p / p 0 of 0.25, is at least 200 cm 3 / cm 3 , in particular at least 220 cm 3 / cm 3 , and is in particular in the range of 200 to 300 cm 3 / cm 3 , preferably 210 to 275 cm 3 / cm 3 , particularly preferably 225 to 260 cm 3 / cm 3 . Furthermore, the volume-related adsorbed N 2 volume V ads (vol.) Of the invention used high performance adsorbents , determined at a partial pressure p / p 0 of 0.995, at least 250 cm 3 / cm 3 , in particular at least 260 cm 3 / cm 3 , and is in particular in the range of 250 to 400 cm 3 / cm 3 , preferably 260 to 350 cm 3 / cm 3 , particularly preferably 265 to 320 cm 3 / cm 3 .
Eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien ist die große Mikroporenoberfläche, d. h. die große Oberfläche, welche durch Poren mit Porendurchmesser von ≤ 20 Å gebildet wird. Im allgemeinen beträgt die aus Poren mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildete Mikroporenoberfläche nach Carbon Black der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien mindestens 1.400 m2/g, insbesondere mindestens 1.450 m2/g, vorzugsweise mindestens 1.500 m2/g, und liegt im allgemeinen im Bereich von 1.400 bis 2.500 m2/g, insbesondere 1.450 bis 2.400 m2/g, vorzugsweise 1.500 bis 2.300 m2/g.Another peculiarity of the high-performance adsorbents used according to the invention is the large micropore surface, ie the large surface which is formed by pores with a pore diameter of ≦ 20 Å. In general, the microporous surface formed by pores with pore diameters of ≦ 20 Å is at least 1,400 m 2 / g, in particular at least 1,450 m 2 / g, preferably at least 1,500 m 2 / g, and is generally within the range of carbon blacks of the high-performance adsorbents used according to the invention from 1,400 to 2,500 m 2 / g, in particular from 1,450 to 2,400 m 2 / g, preferably from 1,500 to 2,300 m 2 / g.
Darüber hinaus verfügen die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien über eine extrem hohe Butanadsorption und gleichzeitig eine extrem hohe Iodzahl, was ihre Eigenschaft charakterisiert, exzellente Adsorptionseigenschaften in bezug auf verschiedenste zu adsorbierende Stoffe aufzuweisen. So liegt die gemäß ASTM D5742-95/00 bestimmte Butanadsorption der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien im allgemeinen bei mindestens 25%, insbesondere bei mindestens 30%, vorzugsweise bei mindestens 40%; im allgemeinen weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien eine nach ASTM D5742-95/00 bestimmte Butanadsorption im Bereich von 25% bis 80%, insbesondere 30 bis 70%, vorzugsweise 35 bis 65%, auf. Die nach ASTM D4607-94/99 bestimmte Iodzahl der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien liegt im allgemeinen bei mindestens 1.350 mg/g, insbesondere bei mindestens 1.450 mg/g, bevorzugt bei mindestens 1.500 mg/g; bevorzugterweise weisen die erfin dungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien eine nach ASTM D4607-94/99 bestimmte Iodzahl im Bereich von 1.350 bis 2.100 mg/g, insbesondere 1.450 bis 2.050 mg/g, vorzugsweise 1.500 bis 2.000 mg/g, auf.In addition, the high-performance adsorbents used according to the invention have extremely high butane adsorption and at the same time an extremely high iodine value, which characterizes their property of exhibiting excellent adsorption properties with regard to a wide variety of substances to be adsorbed. Thus, according to ASTM D5742-95 / 00 determined butane adsorption of the inventively used Hochleistungsadsorbentien is generally at least 25%, in particular at least 30%, preferably at least 40%; In general, the high-performance adsorbents used according to the invention have a butane adsorption determined in accordance with ASTM D5742-95 / 00 in the range from 25% to 80%, in particular from 30 to 70%, preferably from 35 to 65%. The determined according to ASTM D4607-94 / 99 iodine number of the invention used Hochleistungsadsorbentien is generally at least 1350 mg / g, in particular at least at least 1,450 mg / g, preferably at least 1,500 mg / g; The high-performance adsorbents used according to the invention preferably have an iodine value determined in accordance with ASTM D4607-94 / 99 in the range from 1,350 to 2,100 mg / g, in particular 1,450 to 2,050 mg / g, preferably 1,500 to 2,000 mg / g.
Trotz der hohen Porosität, insbesondere Mikroporosität, weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien eine hohe Druck- bzw. Berstfestigkeit (Gewichtsbelastbarkeit) sowie eine extrem hohe Abriebfestigkeit auf. So liegt die Druck- bzw. Berstfestigkeit (Gewichtsbelastbarkeit) pro Aktivkohlekorn, insbesondere pro Aktivkohlekügelchen, bei mindestens 10 Newton, insbesondere mindestens 15 Newton, vorzugsweise mindestens 20 Newton. Im allgemeinen variiert die Druck- bzw. Berstfestigkeit (Gewichtsbelastbarkeit) pro Aktivkohlekorn, insbesondere pro Aktivkohlekügelchen, im Bereich von 10 bis 50 Newton, insbesondere 12 bis 45 Newton, vorzugsweise 15 bis 40 Newton.In spite of the high porosity, especially microporosity, have the high performance Adsorbentien used in the invention a high pressure or bursting strength (weight capacity) and an extremely high abrasion resistance. So lies the printing or Bursting strength (weight load capacity) per charcoal grain, in particular per activated carbon beads, at least 10 newton, especially at least 15 newton, preferably at least 20 Newtons. In general, the pressure or bursting strength varies (Weight loadability) per charcoal grain, in particular per activated carbon bead, in the range of 10 to 50 Newton, in particular 12 to 45 Newton, preferably 15 to 40 Newtons.
Wie zuvor ausgeführt, ist auch die Abriebshärte der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien extrem hoch: So liegt die Abriebfestigkeit nach der Methode gemäß CEFIC (Conseil Européen des Fédérations des I'Industrie Chimique, Avenue Louise 250, Bte 71, B-1050 Brüssel, November 1986, European Council of Chemical Manufacturers' Federations, Testmethoden für Aktivkohlen, Ziffer 1.6 ”Mechanische Härte”, Seiten 18/19) stets bei 100%. Auch nach ASTM D3802 werden Abriebfestigkeiten der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien von stets 100% erhalten. Daher wurde eine modifizierte Testmethode in Anlehnung an diese CEFIC-Methode entwickelt, um aussagekräftigere Werte zu erhalten. Die modifizierte Bestimmungsmethode simuliert besser den Widerstand der Probe bzw. der Hochleistungsadsorbentien gegenüber Abrieb oder Zerreiben unter praxisnahen Bedingungen. Zu diesem Zweck wird die Probe eine definierte Zeit lang in einem horizontal schwingenden, mit einer Wolframcarbidkugel beschickten Mahlbecher unter genormten Bedingungen beansprucht. Zu diesem Zweck wird wie folgt vorgegangen: 200 g einer Probe werden eine Stunde lang bei (120±2)°C im Umlufttrockenschrank (Typ: Heraeus UT 6060 der Fa. Kendro GmbH, Hanau) getrocknet und anschließend in einem Exsikkator über Trockenmittel auf Raumtemperatur abgekühlt. 50 g der getrockneten Probe werden entnommen und mittels einer Siebmaschine mit Analysensieb (Typ: AS 200 control der Fa. Retsch GmbH, Hanau) bei einer Schwinghöhe von 1,2 mm zehn Minuten lang über ein Analysensieb (Analysensieb der Maschenweite: 0,315 mm, Durchmesser: 200 mm, Höhe: 50 mm) abgesiebt; das Unterkorn wird verworfen. 5 ml des Nennkornes werden in einen 10-ml-Meßzylinder nach DIN ISO 384 (Volumen: 10 ml, Höhe: 90 mm) abgefüllt und das Gewicht mittels eines Wägeglases mit eingeschliffenem Glasdeckel (Volumen: 15 ml, Durchmesser: 35 mm, Höhe: 30 mm) auf 0,1 mg genau bestimmt mittels Analysenwaage (Typ: BP121S der Sartorius AG, Göttingen, Wägebereich: 120 g, Genauigkeitsklasse: E2, Ablesbarkeit: 0,1 mg). Die abgewogene Probe wird zusammen mit einer Wolframcarbidmahlkugel mit 20 mm Durchmesser in einen 25-ml-Mahlbecher mit Schraubverschluß (Volumen: 25 ml, Durchmesser: 30 mm, Länge: 65 mm, Werkstoff: Edelstahl) gegeben und dann der Abriebtest mittels Schwingmühle (Typ: MM301 der Fa. Retsch GmbH, Haan, Schwingmühle mit Mahlbecher) durchgeführt; dabei schwingt der Mahlbecher in horizontaler Lage eine Minute lang mit einer Frequenz von 10 Hz in der Schwingmühle, was dazu führt, daß die Mahlkugel auf die Probe einschlägt und somit Abrieb erzeugt. Anschließend wird die Probe mittels einer Siebmaschine bei einer Schwinghöhe von 1,2 mm fünf Minuten lang über das vorgenannte Analysensieb abgesiebt, wobei das Unterkorn wieder verworfen und das Nennkorn größer 0,315 mm auf 0,1 mg genau im Wägeglas mit Deckel zurückgewogen wird. Die Berechnung der Abriebhärte erfolgt als Masseanteil in % nach folgender Formel: Abriebhärte [%] = (100 × Rückwaage [g])/Einwaage [g]. Gemäß dieser modifizierten Bestimmungsmethode in Abwandlung der vorgenannten CEFIC-Norm beträgt die Abriebfestigkeit der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien mindestens 95%, insbesondere mindestens 96%, vorzugsweise mindestens 97%, besonders bevorzugt mindestens 98%, ganz besonders bevorzugt mindestens 99%.As previously stated is also the abrasion hardness the invention used High-performance adsorbents extremely high: that's how the abrasion resistance lies according to the method according to CEFIC (Conseil Européen of the Fédérations of the I'Industry Chimique, Avenue Louise 250, Bte 71, B-1050 Brussels, November 1986, European Council of Chemical Manufacturers' Federations, Test methods for Activated carbon, number 1.6 "Mechanical Hardness, "pages 18/19) always at 100%. Abrasion resistance also meets ASTM D3802 the invention used High performance adsorbents always 100% obtained. Therefore, one became developed a modified test method based on this CEFIC method, more meaningful To obtain values. The modified determination method simulated better the resistance of the sample or the high-performance adsorbents across from Abrasion or grinding under practical conditions. To this end the sample is vibrated horizontally for a defined time, Grinding bowls charged with a tungsten carbide ball under standardized conditions Conditions claimed. For this purpose, the procedure is as follows: 200 g of a sample are kept for one hour at (120 ± 2) ° C in a convection oven (Type: Heraeus UT 6060 from Kendro GmbH, Hanau) dried and subsequently in a desiccator over Desiccant cooled to room temperature. 50 g of the dried Sample are removed and by means of a screening machine with test sieve (Type: AS 200 control from Retsch GmbH, Hanau) at a swing height of 1.2 mm over for ten minutes a test sieve (mesh sieve: 0.315 mm, diameter: 200 mm, height: 50 mm) sieved; the undersize is discarded. 5 ml of the nominal grain are placed in a 10 ml graduated cylinder according to DIN ISO 384 (volume: 10 ml, height: 90 mm) and filled the weight by means of a weighing glass with ground glass lid (volume: 15 ml, diameter: 35 mm, height: 30 mm) to an accuracy of 0.1 mg by means of analytical balance (type: BP121S Sartorius AG, Göttingen, Weighing range: 120 g, accuracy class: E2, readability: 0.1 mg). The weighed Sample is combined with a 20 mm diameter tungsten carbide milling ball into a 25 ml screw-top grinding bowl (volume: 25 ml, diameter: 30 mm, length: 65 mm, material: stainless steel) and then the abrasion test by means of vibratory mill (Type: MM301 from Retsch GmbH, Haan, vibrating mill with grinding bowl) carried out; there The grinding bowl vibrates in a horizontal position for one minute a frequency of 10 Hz in the vibratory mill, which causes the grinding ball hits the test and thus generates abrasion. Subsequently, the sample by means of a screening machine with a swing height of 1.2 mm five minutes long over screened the aforementioned test sieve, the undersize again Discarded and the nominal grain greater than 0.315 mm to 0.1 mg exactly in the weighing glass weighed back with lid becomes. The calculation of the abrasion hardness as% by mass according to the following formula: Abrasion hardness [%] = (100 × back weighing [g]) / weight [g]. According to this modified determination method in a modification of the aforementioned CEFIC standard the abrasion resistance of the high performance adsorbents used according to the invention at least 95%, in particular at least 96%, preferably at least 97%, more preferably at least 98%, most preferably at least 99%.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien sind auf Basis kornförmiger, insbesondere kugelförmiger Aktivkohle ausgebildet, deren mittlerer Teilchendurchmesser, bestimmt nach ASTM D2862-97/04, im Bereich von 0,01 bis 1,0 mm, insbesondere 0,1 bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,7 mm, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,55 mm, variiert.The used according to the invention High-performance adsorbents are based on granular, in particular spherical activated carbon formed, the average particle diameter, determined according to ASTM D2862-97 / 04, in the range of 0.01 to 1.0 mm, especially 0.1 to 0.8 mm, preferably 0.2 to 0.7 mm, particularly preferably 0.4 up to 0.55 mm, varies.
Der Aschegehalt der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien, bestimmt nach ASTM D2866-94/04, beträgt höchstens 1%, insbesondere höchstens 0,8%, vorzugsweise höchstens 0,6%, besonders bevorzugt höchstens 0,5%.Of the Ash content of the invention used High performance adsorbents as determined by ASTM D2866-94 / 04 are at most 1%, in particular at most 0.8%, preferably at most 0.6%, more preferably at most 0.5%.
Der nach ASTM D2867-04/04 bestimmte Feuchtigkeitsgehalt der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien beträgt höchstens 1%, insbesondere höchstens 0,5%, vorzugsweise höchstens 0,2%.Of the according to ASTM D2867-04 / 04 determined moisture content of the invention used Hochleistungsadsorbentien is at the most 1%, in particular at most 0.5%, preferably at most 0.2%.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien weisen im allgemeinen eine Schüttdichte (Bulk Density), bestimmt nach ASTM B527-93/00, im Bereich von 250 bis 750 g/l, insbesondere 300 bis 700 g/l, vorzugsweise 300 bis 650 g/l, besonders bevorzugt 350 bis 600 g/l, auf.The high-performance adsorbents used according to the invention generally have a bulk density (bulk density), determined according to ASTM B527-93 / 00, in the range of 250 to 750 g / l, in particular 300 to 700 g / l, preferably 300 to 650 g / l, particularly preferably 350 to 600 g / l, on.
Was das äußere Porenvolumen nach Carbon Black der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien anbelangt, so liegt dieses im allgemeinen im Bereich von 0,05 bis 0,5 cm3/g, insbesondere 0,1 bis 0,45 cm3/g. Im allgemeinen bildet das äußere Porenvolumen nach Carbon Black der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien höchstens 35%, vorzugsweise höchstens 30%, des Gesamtporenvolumens, insbesondere 10% bis 35%, bevorzugt 14 bis 30%, des Gesamtporenvolumens.As far as the outer pore volume after carbon black of the high-performance adsorbents used according to the invention is concerned, this is generally in the range from 0.05 to 0.5 cm 3 / g, in particular from 0.1 to 0.45 cm 3 / g. In general, the outer pore volume after carbon black of the high-performance adsorbents used according to the invention forms at most 35%, preferably at most 30%, of the total pore volume, in particular 10% to 35%, preferably 14 to 30%, of the total pore volume.
Was die äußere Porenoberfläche nach Carbon Black der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien anbelangt, so liegt diese im allgemeinen im Bereich von 50 bis 300 m2/g, insbesondere 60 bis 250 m2/g, bevorzugt 70 bis 200 m2/g. Im allgemeinen bildet die äußere Porenoberfläche nach Carbon Black der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien höchstens 15%, vorzugsweise höchstens 10%, der Gesamtporenoberfläche, insbesondere 4% bis 15%, bevorzugt 4 bis 12%, der Gesamtporenoberfläche.As far as the outer pore surface according to carbon black of the high-performance adsorbents used according to the invention is concerned, this is generally in the range from 50 to 300 m 2 / g, in particular 60 to 250 m 2 / g, preferably 70 to 200 m 2 / g. In general, the outer pore surface after carbon black of the high-performance adsorbents used according to the invention forms at most 15%, preferably at most 10%, of the total pore surface area, in particular 4% to 15%, preferably 4 to 12%, of the total pore surface area.
Was die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien anbelangt, so sind diese durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung von gelförmigen sulfonierten Styrol/Divinylbenzol-Copolymeren, insbesondere sulfonierten divinylbenzolvernetzten Polystyrolen, in Kornform, bevorzugt in Kugelform, erhältlich. Der Divinylbenzolgehalt der als Ausgangsmaterialien zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien verwendeten sulfonierten Styrol/Divinylbenzol-Copoly meren sollte insbesondere im Bereich von 1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Styrol/Divinylbenzol-Copolymere, liegen. Die Ausgangscopolymere müssen vom Geltyp ausgewählt sein, damit sich eine mikroporöse Struktur ausbilden kann. Wenn von unsulfonierten Ausgangsmaterialien ausgegangen wird, kann die Sulfonierung in situ durchgeführt werden, insbesondere mit dem Fachmann an sich bekannten Methoden, vorzugsweise mittels Schwefelsäure und/oder Oleum. Dies ist dem Fachmann an sich geläufig. Als Ausgangsmaterialien besonders bewährt haben sich gelförmigen Typen von den entsprechenden Ionenaustauscherharzen bzw. den entsprechenden Vorstufen von Ionenaustauscherharzen, welche noch sulfoniert werden müssen. Bei der Carbonisierung (synonym auch als Pyrolyse, Abbrand oder Schwelung bezeichnet) erfolgt die Umwandlung der kohlenstoffhaltigen Ausgangspolymere zu Kohlenstoff, d. h. mit anderen Worten wird das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial verkohlt. Bei der Carbonisierung der zuvor genannten, gelförmigen organischen Polymerkörnern, insbesondere Polymerkügelchen, auf Basis von Styrol und Divinylbenzol, die Sulfonsäuregruppen enthalten, führt die Abspaltung der Sulfonsäuregruppen während der Carbonisierung zu freien Radikalen und somit zu Vernetzungen, ohne die es keinen Pyrolyserückstand (= Kohlenstoff) gäbe. Im allgemeinen wird die Carbonisierung unter inerter Atmosphäre (z. B. Stickstoff) oder allenfalls leicht oxidierender Atmosphäre durchgeführt. Gleichermaßen kann es vorteilhaft sein, während der Carbonisierung, insbesondere bei höheren Temperaturen (z. B. im Bereich von etwa 500 bis 650°C), zu der Inertatmosphäre eine kleinere Menge an Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft (z. B. 1 bis 5%), zuzugeben, um eine Oxidation des carbonisierten Polymerskeletts zu bewirken und auf diese Weise die nachfolgende Aktivierung zu erleichtern. Im allgemeinen wird die Carbonisierung bei Temperaturen von 100 bis 950°C, insbesondere 150 bis 900°C, vorzugsweise 300 bis 850°C, durchgeführt. Die Gesamtdauer der Carbonisierung liegt dabei etwa bei 30 Minuten bis 6 Stunden. Im Anschluß an die Carbonisierung wird das carbonisierte Zwischenprodukt einer Aktivierung unterzogen, am Ende derer die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien auf Basis von Aktivkohle in Kornform, insbesondere Kugelform, resultieren. Das Grundprinzip der Aktivierung besteht darin, einen Teil des bei der Carbonisierung generierten Kohlenstoffs selektiv und gezielt unter geeigneten Bedingungen abzubauen. Hierdurch entstehen zahlreiche Poren, Spalten und Risse, und die auf die Massen einheit bezogene Oberfläche nimmt erheblich zu. Bei der Aktivierung wird also ein gezielter Abbrand der Kohle vorgenommen. Da bei der Aktivierung Kohlenstoff abgebaut wird, tritt bei diesem Vorgang ein Substanzverlust ein, welcher – unter optimalen Bedingungen – gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Porosität und Zunahme der inneren Oberfläche und des Porenvolumens ist. Die Aktivierung erfolgt daher unter selektiven bzw. kontrollierten oxidierenden Bedingungen. Die Aktivierung wird im allgemeinen bei Temperaturen von 700 bis 1.300°C, insbesondere 800 bis 1.200°C, vorzugsweise 900 bis 1.100°C, durchgeführt.What the production of the high performance adsorbents used according to the invention As far as they are concerned, these are by carbonation and subsequent activation of gelatinous sulfonated styrene / divinylbenzene copolymers, especially sulfonated divinylbenzene-crosslinked polystyrenes, in granular form, preferably in spherical form, available. The divinylbenzene content of as starting materials for the preparation the invention used Hochleistungsadsorbentien used sulfonated styrene / divinylbenzene Copoly mers should in particular in the range of 1 to 15 wt .-%, preferably 2 to 10 wt .-%, based on the styrene / divinylbenzene copolymers lie. The starting copolymers must selected by type of gel to be a microporous Structure can form. When from unsulfonated starting materials is expected, the sulfonation can be carried out in situ, in particular with methods known per se to those skilled in the art, preferably by means of sulfuric acid and / or oleum. This is familiar to the person skilled in the art. As starting materials especially proven have become gel-like Types of the corresponding ion exchange resins or the corresponding Precursors of ion exchange resins, which are still sulfonated have to. In the carbonization (synonymous as pyrolysis, burn-off or Called carbonization), the conversion of the carbonaceous takes place Starting polymers to carbon, d. H. in other words that will charred carbonaceous feedstock. At the carbonization the aforementioned gel-like organic polymer granules, in particular polymer beads, based on styrene and divinylbenzene, the sulfonic acid groups contain leads the cleavage of the sulfonic acid groups while the carbonization to free radicals and thus to crosslinks, without which there is no pyrolysis residue (= Carbon). in the In general, carbonation under an inert atmosphere (e.g. Nitrogen) or possibly slightly oxidizing atmosphere. Likewise it be beneficial while the carbonization, especially at higher temperatures (eg Range of about 500 to 650 ° C), to the inert atmosphere a smaller amount of oxygen, especially in the form of air (eg 1 to 5%), add to an oxidation of the carbonated To effect polymer skeleton and in this way the subsequent Activation easier. In general, the carbonation at temperatures of 100 to 950 ° C, in particular 150 to 900 ° C, preferably 300 to 850 ° C, carried out. The total duration of carbonation is about 30 minutes up to 6 hours. In connection to the carbonation becomes the carbonated intermediate of activation subjected at the end of which the inventively used Hochleistungsadsorbentien based on activated carbon in grain form, in particular spherical shape, result. The basic principle of activation is to be a part of Carbonization generated carbon selectively and selectively degrade under suitable conditions. This creates numerous Pores, crevices and cracks, and related to the mass unit surface increases significantly. The activation becomes more targeted Burning of the coal made. Because when activated carbon is degraded, occurs in this process, a loss of substance, which - under optimal conditions - synonymous with an increase the porosity and increase of the inner surface and the pore volume is. The activation therefore takes place under selective or controlled oxidizing conditions. The activation will in general at temperatures of 700 to 1300 ° C, in particular 800 to 1,200 ° C, preferably 900 to 1100 ° C, carried out.
Die Besonderheit bei der Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien ist – neben der Auswahl des zuvor beschriebenen Ausgangsmaterials – in der speziellen Verfahrensführung der Aktivierung zu sehen, insbesondere in der Dauer der Aktivierung in Kombination mit der ausgewählten Aktivierungsatmosphäre. Überraschend ist, daß – wenn man die Aktivierung extrem lange betreibt, insbesondere 12 bis 30 Stunden lang, vorzugsweise 19 bis 23 Stunden lang, und dabei eine nur schwach oxidierende Atmosphäre, welche nur geringe Mengen an Wasserdampf in einer ansonsten stickstoffhaltigen Atmosphäre enthält, verwendet, und zwar in Mengen von nur etwa 0,1 bis 5 Vol.-%, insbesondere 0,5 bis 4 Vol.-%, Wasserdampf – ausgehend von den ausgewählten Ausgangsmaterialien die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien hoher Mikroporosität und hoher mechanischer Stabilität mit den übrigen zuvor geschilderten Eigenschaften resultieren. Insbesondere ist überraschend, daß zum einen die extrem lange Aktivierungsdauer nicht zu einem schädlichen, übermäßigen Abbrand unter erheblichem Substanzverlust führt und zum anderen trotz der hohen Porosität bei gleichzeitig hoher Mikroporosität eine extrem hohe Abriebfestigkeit und mechanische Druckfestigkeit resultiert. Es war nicht zu erwarten, daß derart lange Aktivierungsdauern nicht zu einem nachteiligen Ergebnis führen würden und daß bei derart langen Aktivierungsdauern überwiegend selektiv die Mikroporosität bzw. das Mikroporenvolumen generiert wird, sofern von den gelförmigen Ausgangsmaterialien, wie zuvor definiert, ausgegangen wird. Durch Variation der Aktivierungsdauern, insbesondere im Bereich von 12 bis 30 Stunden, vorzugsweise 19 bis 23 Stunden, kann dann gezielt die Mikroporosität eingestellt werden. Auf diese Weise können die erfindungsgemäß eingesetzten Hochleistungsadsorbentien sozusagen maßgeschneidert werden.The peculiarity in the production of the high-performance adsorbents used according to the invention is - in addition to the selection of the above-described starting material - to be seen in the special procedure of activation, in particular in the duration of activation in combination with the selected activation atmosphere. Surprisingly, if the activation is carried out for an extremely long time, in particular for 12 to 30 hours, preferably for 19 to 23 hours, using a weakly oxidizing atmosphere which contains only small amounts of water vapor in an otherwise nitrogen-containing atmosphere, and in amounts of only about 0.1 to 5 vol .-%, in particular 0.5 to 4 vol .-%, water vapor-based on the selected starting materials, the high-performance adsorbents of high microporosity and high mechanical stability used according to the invention result with the other properties described above. In particular, it is surprising that, on the one hand, the extremely long activation duration does not lead to harmful, excessive burnup with considerable loss of substance and, on the other hand, despite the high porosity and, at the same time, high micro-porosity results in extremely high abrasion resistance and mechanical compressive strength. It was not to be expected that such long activation periods would not lead to a disadvantageous result and that, with such long activation periods, the microporosity or microporous volume is generated predominantly selectively, as long as the gel-type starting materials, as defined above, are used. By varying the activation periods, in particular in the range of 12 to 30 hours, preferably 19 to 23 hours, the microporosity can then be adjusted in a targeted manner. In this way, the high-performance adsorbents used according to the invention can be tailor-made, so to speak.
Beispielsweise können erfindungsgemäß einsetzbare Hochleistungsadsorbentien jeweils wie folgt hergestellt werden: Handelsübliche Ionenaustauschervorstufen vom Geltyp auf der Basis von divinylbenzolvernetzten Polystyrolcopolymeren mit einem Divinylbenzolgehalt von etwa 4% werden zunächst vorgetrocknet, um den etwa 50%igen Wasseranteil zu entfernen, und nachfolgend bei Temperaturen von 100°C bis 150°C mit einer Schwefelsäure/Oleum-Mischung in an sich bekannter Weise sulfoniert. Dann wird in an sich bekannter Weise bei Temperaturen bis zu 950°C vier Stunden lang unter Stickstoffatmosphäre carbonisiert und anschließend die Aktivierung eingeleitet, indem der Stickstoffatmosphäre geringe Mengen an Wasserdampf (ca. 1 bis 3 Vol.-%) zugesetzt werden; die Wasserdampfzufuhr wird beibehalten, um den Wasserdampfanteil in dieser Weise zu regulieren. Die Aktivierung wird 19 Stunden lang (”Aktivkohle I”) bzw. 23 Stunden lang (”Aktivkohle II”) betrieben. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur werden erfindungsgemäß einsetzbare Sorbentien erhalten. Die Parameter der entsprechend hergestellten Aktivkohlen (”Aktivkohle I” bzw. ”Aktivkohle II”) sind in der Tabelle 1 dargestellt.For example can usable according to the invention High performance adsorbents are each prepared as follows: commercial Gel-type ion exchange precursors based on divinylbenzene crosslinked Polystyrene copolymers with a divinylbenzene content of about 4% be first pre-dried to remove the approximately 50% water content, and subsequently at temperatures of 100 ° C to 150 ° C with a sulfuric acid / oleum mixture sulfonated in a conventional manner. Then in known per se Way at temperatures up to 950 ° C Carbonated under nitrogen atmosphere for four hours and then the Activation initiated by the nitrogen atmosphere low Amounts of water vapor (about 1 to 3 vol .-%) are added; the Steam supply is maintained to reduce the water vapor content in to regulate this way. The activation will last for 19 hours ( "Activated carbon I ") or For 23 hours ("activated charcoal II ") operated. After cooling At room temperature, sorbents which can be used according to the invention are obtained. The parameters of the corresponding activated carbons ("activated carbon I "or" activated carbon II ") are shown in Table 1.
Für weitergehende
Einzelheiten zu den erfindungsgemäß einsetzbaren Hochleistungsadsorbentien kann
vollinhaltlich auf die
- * Mikroporen: Poren mit Porendurchmessern ≤ 20 Å
- ** p/p0 = Partialdruck oder Partialdruckbereich
- * Micropores: Pores with pore diameters ≤ 20 Å
- ** p / p 0 = partial pressure or partial pressure range
Wie die Anmelderinnen überraschend und unerwartet gefunden haben, liefern die vorgenannten Sorbentien auf Grundlage der zuvor beschriebenen mikroporösen aktivkohlebasierten Hochleistungsadsorbentien im Rahmen der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei der Verwendung im erfindungsgemäßen Speicherbehälter, bei der Anwendung in bezug auf gasförmige Kraftstoffe, insbesondere Wasserstoff, die besten Werte im Hinblick auf eine Speicherung der gasförmigen Kraftstoffe, insbesondere Wasserstoff, im Vergleich zu handelsüblicher mikroporöser Aktivkohle sowie Aktivkohle geringerer Mikroporosität. So lassen sich bei 20 bar und 77 K mit den erfindungsgemäß eingesetzten, aktivkohlebasierten mikroporösen Hochleistungsadsorbentien der zuvor beschriebenen Art mindestens 30 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, insbesondere mindestens 35 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, vorzugsweise mindestens 40 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, besonders bevorzugt mindestens 70 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, rein adsorptiv speichern; hinzu kommt noch nichtadsorptive Speicherkapazität, insbesondere infolge von Speicherung von gasförmigem Wasserstoff in Zwischenräume, Hohlräume, Kavitäten, Makro- und Mesoporen oder dergleichen, welche – zusätzlich zu der adsorptiven Speicherkapazität – mindestens 5 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, insbesondere mindestens 10 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, vorzugsweise mindestens 15 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, besonders bevorzugt mindestens 30 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, beträgt, so daß eine Gesamtspeicherkapazität in bezug auf Wasserstoff bei 20 bar und 77 K für die erfindungsgemäß eingesetzten, aktivkohlebasierten mikroporösen Hochleistungsadsorbentien der zuvor beschriebenen Art von mindestens 35 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, insbesondere mindestens 40 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, vorzugsweise mindestens 45 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, besonders bevorzugt mindestens 50 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, ganz besonders bevorzugt mindestens 55 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, noch mehr bevorzugt mindestens 100 g Wasserstoff pro kg Aktivkohle, resultiert (Durch Einstellung von Druck und/oder Temperatur lassen sich die diesbezüglichen Speichermengen gezielt steuern.). Wie die Untersuchungen der Anmelderinnen ergeben haben, liegen im Vergleich hierzu die analogen Speicherkapazitäten von handelsüblicher mikroporöser Aktivkohle sowie von Aktivkohle geringerer Mikroporosität (Mikroporenvolumenanteil < 70%), insbesondere von meso- und/oder makroporöser Aktivkohle, um mindestens 20% bis 30% unterhalb der vorgenannten Werte. Wie die Anmelderinnen überraschend herausge funden haben, wird eine optimale Speicherkapazität somit nur mit den zuvor beschriebenen mikroporösen aktivkohlebasierten Hochleistungsadsorbentien erreicht.As the Applicants surprisingly and unexpectedly found, the aforementioned sorbents based on the above-described microporous active carbon-based high performance adsorbents in the present invention, in particular when used in the storage container according to the invention, provide the best values for use with gaseous fuels, in particular hydrogen with regard to storage of the gaseous fuels, in particular hydrogen, in comparison to commercially available microporous activated carbon and activated carbon of lesser microporosity. Thus, at 20 bar and 77 K with the active carbon-based microporous high performance adsorbents of the type described above, at least 30 g of hydrogen per kg of activated carbon, in particular at least 35 g of hydrogen per kg of activated carbon, preferably at least 40 g of hydrogen per kg of activated carbon, more preferably at least Store 70 g of hydrogen per kg of activated carbon, adsorptive only; In addition there is still non-adsorptive storage capacity, in particular as a result of storage of gaseous hydrogen in interspaces, cavities, cavities, macro- and mesopores or the like, which - in addition to the adsorptive storage capacity - at least 5 g of hydrogen per kg of activated carbon, in particular at least 10 g of hydrogen per kg Activated carbon, preferably at least 15 g of hydrogen per kg of activated carbon, more preferably at least 30 g of hydrogen per kg of activated carbon is, so that a total storage capacity with respect to hydrogen at 20 bar and 77 K for the inventively used, active carbon-based microporous Hochleistungsadsorbentien of the type described above at least 35 g of hydrogen per kg of activated carbon, in particular at least 40 g of hydrogen per kg of activated carbon, preferably at least 45 g of hydrogen per kg of activated carbon, more preferably at least 50 g of hydrogen per kg of activated carbon, most preferably at least 55 g Hydrogen per kg of activated carbon, more preferably at least 100 g of hydrogen per kg of activated carbon, results (by adjusting the pressure and / or temperature, the relevant amounts of storage can be specifically controlled.). As the investigations of the applicants have shown, the analog storage capacities of commercially available microporous activated carbon and activated carbon of lower microporosity (micropore volume fraction <70%), in particular of meso- and / or macroporous activated carbon, are at least 20% to 30% below that of the prior art aforementioned values. As the Applicants have surprisingly found out, an optimal storage capacity is thus achieved only with the previously described microporous activated carbon-based high-performance adsorbents.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Speicherbehälter Bestandteil eines Tanksystems, insbesondere mobiles Tanksystem, zum Bereitstellen eines gasförmigen Kraftstoffs für ein Antriebsaggregat sein. Das Tanksystem zeichnet sich somit dadurch aus, daß es wenigstens einen wie vorstehend beschriebenen Speicherbehälter aufweist. Deshalb wird zunächst auf die vorstehenden Ausführungen zum Speicherbehälter vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.in the According to the present invention, the storage container component a tank system, in particular mobile tank system, for providing a gaseous one Fuel for be a drive unit. The tank system is thus characterized from that it at least one storage container as described above. That's why first to the above statements to the storage tank fully incorporated by reference and referenced.
Vorteilhaft kann der Speicherbehälter über eine Führung, vorzugsweise die Transportführung und/oder die Gasführung, mit einer Wärmetauschereinrichtung verbunden sein.Advantageous the storage tank can have a Guide, preferably the transport guide and / or the gas guide, with a heat exchanger device be connected.
Auch kann das Tanksystem wenigstens eine Schnittstelle zur Übertragung von von wenigstens einem Sensorelement zur Messung betriebsspezifischer Eigenschaften des Speicherbehälters und/oder des Sorptionsmaterials und/oder des Sorbens erfaßten Werten, vorteilhaft eine Datenschnittstelle, aufweisen.Also the tank system can have at least one interface for transmission from at least one sensor element for measuring operation-specific Properties of the storage tank and / or the sorbent and / or sorbent values, advantageously have a data interface.
Der Aufbau und die Funktionsweise des Tanksystems werden nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert, bei dem das gespeicherte Gas Wasserstoff ist. Natürlich gilt das nachfolgend Gesagte auch für andere Gasarten.Of the Construction and operation of the tank system are described below using an example closer explains where the stored gas is hydrogen. Of course the following also for others Types of gas.
Zur Entnahme von Wasserstoff aus dem mobilen Tanksystem gibt es mehrere Optionen. Die Menge an im mobilen Tanksystem gespeicherten Wasserstoff setzt sich aus der adsorbierten Phase (Hads), also dem am Sorbens adsorbierten Wasserstoff, sowie der Gasphase (Hgas), also des im freien Volumen des Tanks vorliegendem Wasserstoffgas zusammen. Für jeden beliebigen Zustand (Temperatur und Druck) stellt sich ein von den Adsorptionseigenschaften des Sorptionsmaterials abhängiger Gleichgewichtszustand ein. Direkt nach dem Betanken, etwa eines Fahrzeugs (Druck im Tanksystem 40 bar; Temperatur 77 K), kann von der Antriebseinheit des Fahrzeuges benötigter Wasserstoff direkt aus der Gasphase entnommen werden. Dieser Wasserstoff steht praktisch sofort, in einer durch den im Tanksystem vorherrschenden Druck be stimmbaren Menge zur Verfügung. Durch die Entnahme von Wasserstoff aus der Gasphase wird das sich im Tank befindliche Gleichgewicht zwischen adsorbierter Phase und Gasphase gestört. Bei fallendem Druck wird nun ein Teil des adsorbierten Wasserstoffs desorbiert, um den Verlust in der Gasphase teilweise auszugleichen. Die durch die Desorption verursachte Absenkung der Temperatur bremst jedoch wiederum den Desorptionsvorgang. Bei kurzer Entnahme von Wasserstoff aus der Gasphase des mobilen Tanksystems senkt sich beispielsweise der Druck von 40 bar auf 38 bar ab, wobei die Temperatur wegen des zu vernachlässigenden Wärmestroms von der Umgebung durch die Isolierung beispielsweise von 77 K auf 65 K fällt (Die Größe der Absenkung ist letztendlich von den Adsorptionsenthalpien und -eigenschaften des Sorbens abhängig.). Der Wasserstoff wird also ständig aus der Gasphase entzogen, um die Antriebseinheit des Fahrzeugs zu versorgen. Sobald allerdings der Druck im Tanksystem unter den vom Abnehmer angeforderten Druck fällt, kann ein von der Antriebseinheit des Fahrzeugs benötigter Volumenstrom an Wasserstoff nicht mehr aufrechterhalten werden (Beispielsweise Druck 2 bar) (Werte abhängig vom Sorbens und Verbraucher).There are several options for removing hydrogen from the mobile tank system. The amount of hydrogen stored in the mobile tank system is composed of the adsorbed phase (H ads ), that is, the hydrogen adsorbed on the sorbent, and the gas phase (H gas ), that is, the hydrogen gas present in the free volume of the tank. For any state (temperature and pressure), a state of equilibrium which depends on the adsorption properties of the sorption material is established. Directly after refueling, for example of a vehicle (pressure in the tank system 40 bar, temperature 77 K), hydrogen required by the drive unit of the vehicle can be taken directly from the gas phase. This hydrogen is available almost immediately, in a by the pressure prevailing in the tank system be tunable amount available. By removing hydrogen from the gas phase, the equilibrium between adsorbed phase and gas phase in the tank is disturbed. As the pressure falls, part of the adsorbed hydrogen is desorbed to partially compensate for the loss in the gas phase. However, the lowering of the temperature caused by the desorption again slows down the desorption process. For example, with short removal of hydrogen from the gas phase of the mobile tank system, the pressure drops from 40 bar to 38 bar, the temperature falling from 77 K to 65 K due to the negligible heat flow from the environment through the insulation Lowering ultimately depends on the adsorption enthalpies and properties of the sorbent.). The hydrogen is thus continuously withdrawn from the gas phase to supply the drive unit of the vehicle. However, as soon as the pressure in the tank system falls below the pressure requested by the customer, a volume flow of hydrogen required by the drive unit of the vehicle can no longer be maintained (for example Pressure 2 bar) (values depending on sorbent and consumer).
Durch eine angeschlossene Förderpumpe (Nachteil: elektrischer Verbraucher!) oder bevorzugt durch gezielte Erhöhung der Temperatur im Tanksystem kann die Versorgung mit Wasserstoff sichergestellt werden.By a connected feed pump (Disadvantage: electrical consumers!) Or preferably by targeted increase the temperature in the tank system can supply hydrogen be ensured.
Dies kann vorteilhaft realisiert werden, indem bereits entnommener, kalter Wasserstoff über einen Wärmetauscher, der bevorzugt die Umgebungswärme nutzt, erwärmt und wieder zurück in das Tanksystem geleitet wird, wo die im Gas gespeicherte Wärmekapazität auf das Sorbens übertragen wird (Rezyklierung). Die Steuerung des Wärmeeintrags kann mittels geeigneter Ventile, beispielsweise mittels zweier am Tanksystem positionierter Magnetventile, erfolgen, die die Leitung unterbrechen, um unerwünschten Wärmeeintrag, beispielsweise bei Nichtnutzung des Fahrzeugs, zu vermeiden. Mittels des vorgestellten Rezyklationssystems kann die Temperatur im Tanksystem ohne Einsatz einer elektrischen Heizung erhöht und somit auch der in der adsorbierten Phase vorliegende Wasserstoff bei Bedarf desorbiert und genutzt werden.This can be advantageously realized by already removed, cold Hydrogen over a heat exchanger, which prefers the ambient heat uses, warms and back again is directed into the tank system, where stored in the gas heat capacity on the Transferred sorbent will (recycle). The control of the heat input can by means of suitable Valves, for example by means of two positioned on the tank system Solenoid valves, which interrupt the line to unwanted Heat input, for example when not using the vehicle, avoid. By means of the featured Recycling system can change the temperature in the tank system without use an electric heater increases and thus also the hydrogen present in the adsorbed phase Deshorbed and used if necessary.
Für weitergehende
diesbezügliche
Einzelheiten kann auch auf die
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zum Befüllen und/oder Entladen des Speicherbehälters ein Befüllungs-/Entladungs-Stutzen verwendet werden, wobei der Befüllungs-/Entladungs-Stutzen eine erste Führung zum Hindurchführen eines ein Sorbens und ein hieran adsorbiertes Adsorbat, insbesondere einen gasförmigen Kraftstoff, vorzugsweise Wasserstoff, umfassenden Sorptionsmaterials, wobei die erste Führung mit einer Transportführung eines Speicherbehälters in Verbindung bringbar ist, und eine zweite Führung, insbesondere zum Hindurchführen eines Gases, welche mit einer Gasführung eines Speicherbehälters in Verbindung bringbar ist, aufweist.in the Framework of the method according to the invention can for filling and / or unloading the storage container, a filling / discharge nozzle be used, wherein the filling / discharge nozzle a first guide for passing a sorbent and an adsorbate adsorbed thereon, in particular a gaseous Fuel, preferably hydrogen, comprising sorbent material, being the first guide with a transport guide a storage container can be brought into connection, and a second guide, in particular for passing a Gases, which with a gas guide a storage tank in Connection can be brought has.
Die Aufgabe der Zu- und Abführung von Sorptionsmaterial und Trägergas übernimmt der Stutzen, der sich dadurch auszeichnet, daß die Länge des Stutzens im Speicherbehälter nachjustiert werden kann, um das Sorptionsmaterial möglichst ortsnah aufwirbeln und abführen zu können. Möglich ist durch die nachjustierbare, räumliche Nähe der Abführung zum Sorptionsmaterial auch die Integration einer Sogwirkung in der Abführung, so daß für die Entleerung des Speicherbehälters nicht unbedingt die Rezirkulation von Gas, beispielsweise Wasserstoff, notwendig ist. Vorteilhaft könnte beispielsweise das oben beschriebene Bernoulli-Prinzip, jedoch außerhalb des Speicherbehälters, genutzt werden, um das Material zu entladen.The Task of supply and discharge of sorbent material and carrier gas the nozzle, which is characterized in that the length of the nozzle in the storage tank readjusted can be used to stir up the sorbent material as close as possible and dissipate to be able to. Possible is through the readjustable, spatial Near the removal to the sorption also the integration of a suction effect in the Exhaustion, so that for emptying of the storage container not necessarily the recirculation of gas, for example hydrogen, necessary is. Could be advantageous for example, the Bernoulli principle described above, but outside the storage container, used to unload the material.
Der Stutzen verfügt zunächst über eine Durchführung (Transportführung) für Partikel des Sorptionsmaterials, die durch einen Gasstrom transportiert werden. Die Verbindung weist vorzugsweise einen runden Querschnitt auf, wobei der Durchmesser vorteilhaft einem Vielfachen der zu transportierenden Partikelgröße entspricht.Of the Nozzle has first over one execution (Transport guide) for particles of the sorbent material, which are transported by a gas stream. The compound preferably has a round cross-section, wherein the diameter advantageously a multiple of the transported Particle size corresponds.
Weiterhin ist eine zweite Durchführung (Gasführung) für Gas vorgesehen. Diese Durchführung ist nur für den Gastransport vorgesehen und vorteilhaft mittels Filtern gegen das Eindringen von Partikeln des Sorptionsmaterials geschützt.Farther is a second implementation (Gas guide) for gas intended. This implementation is only for provided the gas transport and advantageous by means of filters against the penetration of particles of the sorbent material protected.
Alternativ könnten auch beide Durchführungen für den Transport von Sorptionsmaterial geeignet sein. Somit kann beim Befüllen und Entladen des Speicherbehälters immer gekühltes Transportmedium mit einer der beiden Durchführungen, vorzugsweise isolierten Durchführung, transportiert werden. Da mit können Verluste vermieden werden, die sich bei der Benutzung einer warmen Durchführung für ein kaltes Medium ergeben (Medium wärmt sich auf/Sorptionsmaterial desorbiert Gas bei Erwärmung).alternative could also both executions for the Transport of sorbent be suitable. Thus, when filling and Unloading the storage tank always chilled Transport medium with one of the two bushings, preferably insulated Execution, be transported. Because with can Losses are avoided, resulting in the use of a warm execution for a give cold medium (medium warms on / desorbs gas when heated).
Beispielsweise kann/können die erste Durchführung und/oder die zweite Durchführung thermisch isoliert sein. Dadurch kann ein Wärmeeintrag in die kalten Gase und das kalte Sorptionsmaterial (vorzugsweise 77 K) verhindert werden.For example can / can the first implementation and / or the second implementation be thermally insulated. This can cause a heat input into the cold gases and the cold sorbent material (preferably 77K) can be prevented.
Bevorzugt können die erste Führung und die zweite Führung beabstandet nebeneinander angeordnet sein. In weiterer Ausgestaltung können die erste Führung und die zweite Führung konzentrisch umeinander angeordnet sein. Damit sind die Zuführung und die Abführung konzentrisch zueinander bzw. umeinander angeordnet.Prefers can the first guide and the second guide spaced next to each other. In a further embodiment can the first guide and the second guide be arranged concentrically around each other. This is the feeder and the exhaustion concentric with each other or arranged around each other.
Vorteilhaft kann der Stutzen in seinem Endbereich, welcher in Kontakt mit einem Speicherbehälter bringbar oder in diesen einführbar ist, zumindest bereichsweise flexibel ausgebildet sein. Dadurch wird die Befüllung und Entladung weiter vereinfacht.Advantageous can the nozzle in its end, which in contact with a Storage container brought or insertable in these is, at least partially flexible. Thereby becomes the filling and discharge further simplified.
Vorzugsweise kann der Stutzen eine Schnittstelle zum Empfangen von Daten und/oder zum Übertragen von Daten aufweisen. Bevorzugt ist dabei eine insbesondere elektrische Datenverbindung, die einen Informationsaustausch zwischen dem nachfolgend beschriebenen System, beispielsweise einer Tankstelle, und dem Speicherbehälter, beispielsweise in einem Tanksystem eines Fahrzeuges – bzw. dem Fahrzeug selbst – erlaubt. Übertragen werden können beispielsweise Art des Sorptionsmaterials, Beladungszustand, Druck, Temperatur und dergleichen.Preferably the nozzle can be an interface for receiving data and / or to transfer of data. Preference is given to a particular electrical Data connection, which is an information exchange between the following described system, such as a gas station, and the storage container, for example in a tank system of a vehicle - or the vehicle itself - allowed. Transfer can be For example, type of sorbent material, load condition, pressure, temperature and the same.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Verwendung eines Systems durchgeführt werden, wobei eine Beschickungsvorrichtung vorgesehen ist, die eine Einrichtung zum Entladen von in einem Speicherbehälter befindlichem verbrauchtem Sorptionsmaterial und eine Einrichtung zum Befüllen eines Speicherbehälters mit unverbrauchtem Sorptionsmaterial aufweist, und wobei eine Speichereinrichtung zum Speichern von an einen Speicherbehälter abzu gebendem Sorptionsmaterial vorgesehen ist, die zumindest zeitweilig mit der Beschickungsvorrichtung verbunden ist.The inventive method can be performed using a system wherein a feeder is provided, which is a device for unloading befindlichem in a storage container spent sorbent material and means for filling a Storage container with unused sorbent material, and wherein a storage device for storing sorbent material to be delivered to a storage container is provided, which at least temporarily with the charging device connected is.
Bei einem solchen System kann es sich bevorzugt um eine Art Tankstelle handeln. An dieser Tankstelle können etwa mobile Tanksysteme, die Bestandteile eines Fahrzeugs sind, betankt werden. Die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Probleme können vermieden werden, wenn das für die Gasspeicherung vorgesehene Sorbens außerhalb des Tanksystems, vorzugsweise an einer Tankstelle mit dem Adsorbat (beispielsweise Wasserstoff) beladen wird. Die dabei entstehende Sorptionswärme kann ohne Zeitdruck und mit niedrigerem Kosten- und Energieaufwand abgeführt werden.at such a system may preferably be a kind of gas station act. At this gas station can such as mobile tank systems, which are components of a vehicle, be refueled. Those described in connection with the prior art Problems can be avoided if that for the gas storage provided sorbent outside the tank system, preferably at a gas station with the adsorbate (for example hydrogen) is loaded. The resulting heat of sorption can without time pressure and be dissipated with lower cost and energy expenditure.
Vorteilhaft kann die Beschickungsvorrichtung des Systems zum Befüllen eines Speicherbehälters mit Sorptionsmaterial bei im Vergleich zum Umgebungsdruck erhöhtem Druck, vorzugsweise bei einem Druck von größer/gleich 40 bar, beispielsweise 40 bar, ausgebildet sein.Advantageous the charging device of the system for filling a storage container with sorption material at elevated pressure compared to the ambient pressure, preferably at a pressure of greater than or equal to 40 bar, for example 40 bar, be trained.
Weiterhin kann die Beschickungsvorrichtung des Systems einen wie weiter oben beschriebenen Befüllungs-/Entladungs-Stutzen aufweisen, so daß diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird.Farther For example, the feeder of the system may be one as above described filling / discharge nozzle have, so that in this regard the corresponding versions is fully incorporated by reference and referenced.
In weiterer Ausgestaltung kann das System wenigstens eine Schnittstelle zum Empfangen von Daten und/oder zum Übertragen von Daten aufweisen, die weiter oben schon erläutert worden ist, besonders bevorzugt eine Datenschnittstelle.In In another embodiment, the system can have at least one interface for receiving data and / or transmitting data, already explained above has been particularly preferred, a data interface.
Vorteilhaft kann das System eine Einrichtung zur Kontrolle der Qualität von von einem Speicherbehälter entladenem Sorptionsmaterial aufweisen. Zurückerhaltenes, vollständig entladenes Sorbens oder nur teilweise entladenes Sorptionsmaterial könnte zunächst durch eine Qualitätskontrolle beurteilt und möglicherweise beschädigte oder unbrauchbare Partikel aussortiert werden.Advantageous The system can provide a means of controlling the quality of a storage tank have discharged sorbent material. Backed, completely discharged Sorbent or partially discharged sorbent material could be first through a quality control judged and possibly damaged or unusable particles are sorted out.
In weiterer Ausgestaltung kann das System eine Einrichtung zum Regenerieren von von einem Speicherbehälter entladenem Sorptionsmaterial aufweisen. Das vollständig entladene Sorbens oder das teilweise entladene Sorptionsma terial könnte regeneriert (hitzebehandelt/ausgeheizt) werden, um gasförmige Verunreinigungen, zum Beispiel aus Nebenbestandteilen des verwendeten Gases, zu entfernen. Somit ist bei regelmäßiger Regeneration beispielsweise ohne wesentliche Nachteile die Nutzung von Wasserstoff mit geringerer Qualität/Reinheit möglich (zum Beispiel Stoffreinheit Klasse 3.0 statt Klasse 5.0).In In another embodiment, the system may include means for regenerating from a storage tank have discharged sorbent material. The completely discharged Sorbent or the partially discharged Sorptionsma material could be regenerated (heat treated / annealed) to remove gaseous contaminants Example of minor components of the gas used to remove. Thus, with regular regeneration for example, without significant disadvantages the use of hydrogen with lower quality / purity possible (for example, substance purity class 3.0 instead of class 5.0).
Vorzugsweise verfügt das System über eine Einrichtung zum Beladen eines Sorbens, insbesondere eines wie weiter oben beschriebenen Sorbens, und/oder eines Sorptionsmaterials, insbesondere eines wie weiter oben beschriebenen Sorptionsmaterials, mit einem Gas, vorzugsweise mit Wasserstoff. Diese Beladungseinrichtung kann verschiedene Komponenten aufweisen.Preferably has the system over a device for loading a sorbent, in particular a sorbent described above, and / or a sorbent material, in particular a sorption material as described above, with a gas, preferably with hydrogen. This loading device can have different components.
Beispielsweise kann die Beladungseinrichtung eine Kühleinrichtung zum Abkühlen des Sorbens und/oder des Sorptionsmaterials auf eine vorgegebene Temperatur aufweisen. Das Sorbens bzw. Sorptionsmaterial kann abgekühlt (77 K) und neu mit Wasserstoff beladen und wieder – beispielsweise an einer Zapfsäule – zur Verfügung gestellt werden.For example the loading device can be a cooling device for cooling the Sorbent and / or sorption material to a predetermined temperature exhibit. The sorbent or sorption material can be cooled (77 K) and newly loaded with hydrogen and again - for example, at a gas pump - provided become.
In weiterer Ausgestaltung kann die Beladungseinrichtung eine Einrichtung zum Einstellen eines vorgegebenen Beladungsdrucks aufweisen. Energetisch vorteilhaft ist es, das Sorbens bzw. Sorptionsmaterial in diskreten Prozessen oder kontinuierlich sukzessiv abzukühlen und zu beladen. Eine Staffelung könnte beispielsweise 0°C/–40°C/–80°C/-120°C/–160°C/–196°C sein. Sinnvoll ist gegebenenfalls auch eine Kopplung der Temperaturen an bekannte Phasenübergänge, zum Beispiel CO2fest → CO2gas (Sublimation). Auch eine Variation des Beladungsdrucks kann abhängig vom Adsorptionsverhalten der Materialien bei der Energieeinsparung helfen.In a further embodiment, the loading device may have a device for setting a predetermined loading pressure. It is energetically advantageous to cool and load the sorbent or sorption material successively in discrete processes or continuously. For example, staggering could be 0 ° C / -40 ° C / -80 ° C / -120 ° C / -160 ° C / -196 ° C. If appropriate, it is also sensible to couple the temperatures to known phase transitions, for example CO 2 → CO 2 gas (sublimation). Also a Va riation of the loading pressure may help to save energy depending on the adsorption behavior of the materials.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, zurückerhaltenes, teilweise entladenes Sorptionsmaterial oder vollständig entladenes Sorbens ohne Qualitätskontrolle oder Regeneration abzukühlen und zu beladen, um wieder – beispielsweise an einer Zapfsäule – zur Verfügung gestellt werden zu können. Gegebenenfalls kann über einen im Tanksystem integrierten, auslesbaren und beschreibbaren Chip sichergestellt werden, daß in einem sinnvollen Zyklus (beispielsweise bei jedem fünften Betankungsvorgang) eine Qualitätskontrolle unabhängig vom Beladungszustand vorgenommen wird.A different possibility is to get back, partially discharged sorption material or completely discharged Sorbent without quality control or to cool regeneration and to load again - for example at a gas pump - provided to be able to. Optionally, over a tank system integrated, readable and writable Chip be assured that in a meaningful cycle (for example, every fifth refueling operation) a quality control independently from the loading condition is made.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described by way of embodiments with reference explained in more detail in the accompanying drawings. Show it:
In
den Ausführungsbeispielen
wird eine Situation beschrieben, bei denen in einem Speicherbehälter
In
den
Der
in den
Ziel
dieser Ausführungsform
ist ein mechanisch möglichst
einfaches Befüllungs-
und Entladesystem, um aufwendige Konstruktionen sowie bewegliche
Teile innerhalb des Speicherbehälters
Der
in den
Die
in den
Auch
der in den
Vorteil
der in den
Vorteilhaft
ist in diesem Zusammenhang die besondere Eignung dieser Ausführung für eine konzentrische
Anordnung von Transportführung
In
der
Zur
Entnahme von Wasserstoff aus dem mobilen Tanksystem
Durch
eine angeschlossene Förderpumpe
(Nachteil: elektrischer Verbraucher!) oder bevorzugt durch gezielte
Erhöhung
der Temperatur im Speicherbehälter
Der
Speicherbehälter
Das über die
Beschickungsvorrichtung
Mit
dem vom mobilen Tanksystem
Zurückerhaltenes,
vollständig
entladenes Sorbens oder teilentladenes Sorptionsmaterial könnte zunächst durch
eine Qualitätskontrolle
in der Einrichtung
Das
Sorbens und/oder Sorptionsmaterial könnte in der Einrichtung
Das
Sorbens/Sorptionsmaterial kann abgekühlt (77 K) und neu mit Wasserstoff
beladen und wieder an der Zapfsäule
zur Verfügung
gestellt werden. Dies geschieht in der Einrichtung
Eine
andere Möglichkeit
besteht darin, daß zurückerhaltenes,
teilweise entladenes Sorbens/Sorptionsmaterial ohne Qualitätskontrolle
oder Regeneration abgekühlt
und beladen werden kann, um wieder an der Zapfsäule zur Verfügung gestellt
werden zu können.
Gegebenenfalls kann über
einen im Tanksystem
Ein
Beispiel für
einen geeigneten Befüllungs-/Entlade-Stutzen
Er verfügt über eine
thermische Isolierung
He has a thermal insulation
Vorteilhaft
kann auch eine Schnittstelle
Nachfolgend
wird beispielhaft das während
eines Betankungsvorgangs ablaufende Verfahren beschrieben. Dabei
soll von folgender Ausgangslage ausgegangen werden:
Ein Fahrzeug
erreicht die Tankstelle beispielsweise in folgendem Zustand:
Restdruck
im Tanksystem kleiner 5 bar
Temperatur im Tanksystem größer 0°CThe following describes, by way of example, the process occurring during a refueling operation. It should be assumed from the following starting position:
A vehicle reaches the gas station, for example, in the following state:
Residual pressure in the tank system less than 5 bar
Temperature in the tank system greater than 0 ° C
Das
bedeutet, im Tanksystem
Um
den Betankungsvorgang zu beginnen, wird zunächst der Befüllungsstutzen
Nun
erfolgt die Entladung des im Tank
Nach
der Entfernung eines vorteilhaften Anteils des Sorptionsmaterials
Es
folgt ein Einblasen von frischem, mit Wasserstoff voll beladenem
Sorptionsmaterial
Nach
vollständiger
Befüllung
des Speicherbehälters
- 1010
- Speicherbehälterstorage container
- 1111
- Sorptionsmaterialsorption
- 1212
- Innenbehälterinner container
- 1313
- Äußerer IsolationsbehälterOuter isolation tank
- 1414
- IsolationsbereichQuarantine
- 1515
- Verbindungselementconnecting element
- 1616
- Erste Führung Transportführung, DurchführungFirst guide Transport guide, execution
- 1717
- Zweite Führung (Gasführung), DurchführungSecond guide (Gas guide) execution
- 1818
- Düsejet
- 1919
- Rohrschleifepipe loop
- 2020
- Drehbare Klapperotatable flap
- 2121
- VenturiteilstückVenturi section
- 2222
- Schrägstellunginclination
- 2323
- Horizontale Ebenehorizontal level
- 2424
- Führungguide
- 3030
- Befüllungs-/Entladungs-StutzenFilling / discharge nozzle
- 3131
- Transportführungtransport guide
- 3232
- Gasführunggas guide
- 3333
- Positionierung abhängig vom Füllstandpositioning dependent from the level
- 3434
- Endbereich des Befüllungs-/Entladungs-Stutzensend of the filling / discharging outlet
- 3535
- Thermische Isolationthermal isolation
- 3636
- Schnittstelle (Datenverbindung)interface (Data Connection)
- 4040
- Tanksystemtank system
- 4141
- Antriebsaggregatpower unit
- 4242
- Führungguide
- 4343
- Wärmetauschereinrichtungheat exchanger device
- 4545
- Leitungmanagement
- 4646
- Fahrzeugvehicle
- 5050
- System zum Bereitstellen eines Sorptionsmaterials (Tankstelle)system for providing a sorption material (gas station)
- 5151
- Beschickungsvorrichtungloader
- 5252
- Speichereinrichtungmemory device
- 5353
- DatenschnittstelleData Interface
- 5454
- Entladevorgangunloading
- 5555
- Befüllungsvorgangfilling process
- 5656
- Einrichtung zur QualitätskontrolleFacility for quality control
- 5757
- Einrichtung zum RegenerierenFacility to regenerate
- 5858
- Einrichtung zum Beladen eines Sorbens und/oder SorptionsmaterialsFacility for loading a sorbent and / or sorbent material
- 5959
- Transportweg des Sorptionsmaterialstransport of the sorbent material
- 6060
- Transportweg des Sorptionsmaterialstransport of the sorbent material
- 6161
- Transportweg des Sorptionsmaterialstransport of the sorbent material
- 6262
- Transportweg des Sorptionsmaterialstransport of the sorbent material
- 6363
- Verbindung zwischen Beschickungsvorrichtung und Speichereinrichtungconnection between the charging device and the storage device
Claims (42)
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