技术领域
[0001] 本
发明涉及以下内容：改进吸附气体，尤其是
天然气的方式，增加吸附的气体量，和吸附式天然气的容器的设计。
背景技术
[0002]
压缩天然气指的是一种把甲烷气体压缩到200个
大气压以上的技术。其
压力容器一般是金属容器或者
纤维增强
复合材料容器。
[0003] 吸附式天然气(Adsorbed Natural Gas)通常指的是低压情况下(35个大气压)把甲烷压缩的技术。在吸附式天然气里技术中，天然气的储存量可以通过使用吸附得到提高。一般提高的量在35个大气压下面是3倍左右。通常，吸附剂是
块状形状，一般是
木炭或
焦炭，压缩后的
活性炭颗粒，金属有机物结构，或高比表面沸石材料。许多块状吸附剂堆积在一起然后
包装到一个容器里。吸附剂可以开始就是块状的，或者开始是粉末状的然后在压力或者粘接剂的作用下做成块状的。此后，把容器通过一些工艺例如
焊接，封顶，密封等进行密封成不漏气的结构，这种先装填充剂再密封的方法在工艺上难度很大。甚至有些厂家把两片传统
钢瓶在填充好吸附剂以后再焊接起来。因为这样，这种钢瓶承压性能很弱，只能承受低压。已经取得一些商业应用的ENERGTEK公司的吸附式天然气钢瓶使用压力为50-70大气压。因为吸附式天然气技术通常在高压压缩条件下总比低压压缩条件下储存更多的气体，而传统的吸附式天然气材料和组装技术不于在中高压条件。因此，业内需要一种新的对高低压都适用的吸附式天然气材料和装填工艺。
[0004] 尽管许多吸附剂宏观上是块状，这些吸附剂通常是由微小的颗粒组成的，这些微小颗粒的基本结构一般都是微米或者
纳米级别的，所以吸附剂很容易产生粉尘。这些粉尘很容易进入到输气管路里面，甚至形成管路堵塞，甚至影响后端的设备：如
发动机造成发动机损伤。
[0005] 所以，最好能有一个有效的过滤方法防止这些粉尘从容器里外逸出来。在某些人的工作方式中，有人使用玻璃
棉等过滤材料在管路或者容器出口处进行过滤。然而，管路的直径很小，
玻璃棉的过滤面积有限，如果粉尘的量大，时间长久，还是容易造成压降增高，最终还是堵塞。因此，需要一个高表面积的过滤方法来滤除粉尘。
[0006] 此外，把吸附剂做成块状通常需要使用一定量的粘接剂，而这些粘接剂本身不是吸附材料，不能提供吸附能力。因此最好不使用粘接剂这样更有效利用容器空间。更不利的是，粘接剂可能会粘到吸附剂本身从而降低吸附剂的吸附能力。而且用了粘接剂以后的大块的吸附剂不利于气体从中央到外表面的进出。因此，希望能够用吸附剂本身的粉末状或者颗粒状，要做到这一点，必须有一种有效的方式防止吸附剂起灰，防止粉尘在包装，处理的工艺中进入到
阀门，管路(例如防止在用
等离子体处理活性炭的时候防止活性炭起灰)。
[0007] 另一方面，对吸附式天然气为
能源的车辆而言，吸附剂可能在使用当中起灰堵塞影响输气管或阀门。为了解决这个问题，目前其他地方使用了很多方法，但所有的方法一般不外乎用内置在容器内部的或者管路上的过滤装置，也会遇到同样的上述问题。所以对于吸附式
天然气汽车而言，也需要有一种有效的过滤方法或者装置，最好能够直接用粉末或者小颗粒状的吸附剂而不需要引入大量粘接剂。据本
申请人所知，现在没有报道有效的解决方案。
[0008] 进一步说，许多吸附式天然气方面的努力因吸附剂的短寿命而受到挫折。影响寿命的因素一般是因为天然气中的杂质，所以气体过滤气是需要的。油类，重油类，硫化物，
水等成分都会导致吸附的短寿。因此需要一种有效的除去以上杂质的过滤装置。
[0009] 吸附式天然气在汽车的运用上也要考虑
热管理，因为由于输气过程会因为吸附热，焦汤效应等产生
温度变化，所以在减压放气的时候天然气阀门(对容器内天然气做预减压的调节器)必须被外源的热加热以防止防止被
冰冻结。同时在压缩吸附的时候，装有吸附剂的容器会产生大量的热，从而导致温度升高降低吸附速度和吸附容量。所以，需要对充放气做
温度控制和材料做优化，比如需要导热性能更好的吸附材料和
传热好的填充剂。
[0010] 还有一个困难是明显的天然气加气站数量不足，而且设备昂贵，市场上迫切需要家庭小区充气的装置。
[0011] 最后，要使吸附式天然气实现市场化除了必须让吸附剂在充放气和开车的时候不起灰以外，还必须开发出无油的，无
泄漏的
压气机。
发明内容
[0012] 本发明提供了一种天然气吸附装置和储存方法及在天然气交通工具中的应用，它可以解决
现有技术存在的吸附气体量不足等问题。
[0013] 本发明的技术方案是提供了一种甲烷吸附装置，该装置是一个压力容器瓶，压力容器瓶内含有一个或多个可透过甲烷气体的多孔柔性滤封袋，甲烷吸附材料部分或全部装在这些多孔柔性滤封袋中，并且甲烷吸附材料具有纳米微结构并且并且滤封袋的平均孔隙直径小于吸附剂粉尘的体积平均粒径。多孔柔性滤封袋是由有机或无机的
无纺布或有纺布制成，及其它们的组合，或者是扩张塑料膜制成的，所述扩张塑料包括扩张特氟龙，扩张聚丙烯，并且所述的多孔柔性滤封袋在功能上可以过滤吸附剂粉尘，很大程度上防止粉尘进入管道及后续系统。作为一个选项，可以同时引入导热性能好的材料提高充气放气时候的温度控制。与现有没有滤封袋的吸附剂封装方式相比，本发明的技术方案提高了过滤表面积，减少吸附剂颗粒因为碰撞摩擦而起灰，防止气灰堵塞气路，从而避免了吸附式天然气气瓶在
内燃机机动车辆上因为起灰而堵塞气路或者对发动机造成损伤。
[0014] 为了解决现有技术的问题和实现本发明的目的，本发明的技术方案是，一种甲烷吸附装置，包含以下部分：
[0015] i.一个或多个可透过甲烷气体的多孔柔性滤封袋；
[0016] ii.部分或全部装在这些多孔柔性滤封袋中的甲烷吸附材料，所述甲烷吸附材料具有纳米微结构并且并且滤封袋的平均孔隙直径小于吸附剂粉尘的体积平均粒径，以及[0017] iii.容纳所述多孔柔性滤封袋和所述甲烷吸附材料的一个压力容器，[0018] iV.所述甲烷来源包括天然气、
煤层气、
页岩气、或者沼气。
[0019] 在本发明的技术方案中，还具有以下附加技术方案：
[0020] 所述的多孔柔性滤封袋是由有机或无机的无纺布或有纺布制成，及其它们的组合，或者是扩张塑料膜制成的，所述扩张塑料包括扩张特氟龙，扩张聚丙烯，并且所述的多孔柔性滤封袋在功能上可以过滤吸附剂粉尘，防止粉尘进入管道及后续系统。
[0021] 所述的多孔柔性滤封袋采用的无纺布或有纺布的纤维材料为基材，所述纤维材料熔点温度或
玻璃化转变温度(Tg)高于85℃，所述纤维材料含有但不限于以下一种或者多种材料的纯净物或共聚物或混合物：聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈，聚烯
烃，聚酰胺，聚亚酰胺，聚
氨酯，
纤维素、聚
碳酸酯、聚苯硫醚，聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、玻纤、
碳纤维、芳纶、尼龙、高温尼龙。
[0022] 所述的多孔柔性滤封袋是一层或多层结构。并且在多层结构情况下至少有一层的平均孔隙直径小于甲烷吸附材料粉尘的体积平均粒径。多层结构可以通过简单滤封袋的简单套叠实现，就是一层套一层，也可以是滤封袋本身具有的多层结构，例如滤封袋面料出厂就具备的多
层压膜或者混纺结构。
[0023] 所述的吸附装置可以含多个多孔柔性滤封袋，各个多孔柔性滤封袋可以结构上相连或分立，大小可以一致或不同。
[0024] 所述甲烷吸附装置至少包含一个多孔柔性滤封袋，该多孔滤封袋位于压力容器开口处或者内部，并且包裹部分气
流管线。
[0025] 所述的吸附装置可以设有隔离片和/或隔离块，所述隔离片和/或隔离块分布在多孔柔性滤封袋面料、压力容器内壁之间，方便气体流动，或者所述隔离片和/或隔离块也可分布在多孔柔性滤封袋之间或在吸附剂内。
[0026] 所述的隔离件为中空管、中空夹层片、波纹片或沟槽片中的至少一种。
[0027] 所述隔离片由高导热材料制成，包括金属、金属
聚合物复合材料、表面
覆盖金属的塑料、高导热陶瓷。
[0028] 所述的甲烷吸附材料可以加入以下高导热材料中的至少一种：金属丝、
镀金属件、金属
薄膜、碳黑类材料。
[0029] 甲烷吸附材料(甲烷吸附材料又称甲烷吸附剂，简称吸附剂)包括活性碳、
乙炔黑、沸石、活性
石墨、活性焦炭或碳分子筛，所述的甲烷吸附材料的体积平均粒径是从0.001mm到20mm。这里所指的体积平均粒径是指构成吸附剂材料的基本粒径，例如，可以把体积平均粒径在10微米的粉末状吸附材料压制成25mm的块状，这个块状吸附材料的体积平均粒径仍然是10微米。
[0030] 所述的甲烷纳米微结构吸附材料包括但不限于活性碳、乙炔黑、沸石、活性石墨、活性焦炭、碳分子筛，或前述材料的组合。
[0031] 所述的甲烷吸附材料可由放电产生的等离子体来活化。
[0032] 所述的甲烷吸附材料可由
辉光放电产生的等离子体来活化。
[0033] 所述的等离子体可以由
电容耦合或电感耦合来激发。
[0034] 所述的甲烷吸附材料可以根据要求从压力容器中卸载，卸载方式包括打开多孔柔性滤封袋倒出吸附材料，也可直接将多孔柔性滤封袋移出压力容器。
[0035] 所述的甲烷吸附材料可以用
真空或加热重新活化。
[0036] 所述的甲烷吸附装置可以应用于天然气输配系统中的天然气储存。
[0037] 所述的甲烷吸附装置可以用于天然气
燃料汽车。
[0038] 所述的甲烷气吸附装置可以用于天然气运输车辆，即运输天然气的槽
罐车。该槽罐车可以在较低的压力下(20-80大气压)运送天然气，比高压(200大气压以上)槽车可以大大节省制造槽罐的钢材的使用，降低加气
泵的成本，同时提高运输的安全性。
[0039] 所述的甲烷吸附装置另外包含一个燃气滤清器以除去重碳氢化合物、含硫化合物和水汽。
[0040] 所述的燃气滤清器可用活性炭、活性焦炭、沸石来除去重碳氢化合物、含硫化合物和水汽。
[0041] 所述的燃气滤清器可用内燃发动机的废热来重新活化或原位重新活化。
[0042] 一种储存甲烷气体的方法，所述方法包含以下步骤：
[0043] a.采用上述技术方案的甲烷吸附装置，
[0044] b.采用
电机驱动的气密式甲烷
压缩机，其工作压力为80大气压以下，[0045] c.采用该压缩机将甲烷压入所述甲烷气吸附装置，其中
[0046] d.该甲烷气体来自于10个大气压以下的天然气输配网线，包括民用天然气管线。
[0047] 在上述储存甲烷气体方法的技术方案中，还具有以下附加技术方案：
[0048] 电机驱动的气密式甲烷压缩机，其电机和压缩机部分均可置放于气密的压力容器中以防甲烷泄漏。
[0049] 所述的气密式压缩机可以是往复式
活塞压缩机，并且含有至少一个的
曲轴箱密封以防甲烷泄漏。
[0050] 所述的气密式压缩机可采用
旋转式压缩机，也可以采用轴向
柱塞式压缩机，各压缩机应含有至少一个的
主轴密封以防甲烷泄漏。
[0051] 所述的甲烷储存方法可用于天然气燃料汽车或天然气/
液体燃料双燃料汽车，该双燃料汽车除去天然气外，还可以使用
汽油，或其他液体燃料，包括甲醇、酒精。
[0052] 所述的甲烷储存方法可以用于天然气输配系统中的天然气储存。
[0053] 一种天然气/液体燃料双燃料汽车，所述车采用上述甲烷储存方法，该双燃料汽车除去天然气外，还可以使用汽油，或其他液体燃料，包括甲醇、酒精。有独立的液体燃料和天然气储箱，如果只用天然气，该车每次充满气可行驶30到200公里，如果只用液体燃料，该车每次加满液体燃料后可行驶100公里以上，该车可以在行驶中切换天然气或液体燃料。
[0054] 该车的吸附式天然气储箱通过一个减压调节阀对发动机供气，该减压调节阀壳体有发动机油或者变速箱油循环通过，使之保持摄氏零上温度、防止结冰堵塞。
[0055] 该车的吸附式天然气储箱加有
感应加热装置以方便天然气的释放。
[0056] 一种机动车辆，所述机动车辆是采用上述甲烷吸附装置和/或储存甲烷气体的方法技术方案的两轮或三轮摩托车。
[0057] 一种机动车辆，所述机动车辆是采用上述甲烷吸附装置和/或储存甲烷气体的方法技术方案的双燃料两轮或三轮摩托车，该车可以在行驶中切换天然气或液体燃料。
[0058] 一种
船舶，所述船舶采用上述甲烷吸附装置和/或储存甲烷气体的方法技术方案的天然气和液体燃料的船舶。
[0059] 为了清楚表达本发明的技术方案，本说明对一些专业术语予以定义：
[0060] 1)无纺布：无纺布在这里广义的定义为层状或者网状的纤维结构，层或者网的结合力是由于纤维或者丝之间通过机械，热或者化学力相互交错。它们一般是平的，多孔的二维结构，通常由单独的纤维构成，或者从熔融的塑料和塑料膜制成。有些无纺布包含致密结构，或者用背层加强它的强度。它可以是一种纤维或者是多种纤维的组合。纤维的直径可以从几个纳米到几十个微米。编织布(有纺布)：是通过编织的方法把几套线以相互交错相互链
锁的方式编成布。
[0061] 2)扩张塑料膜(expanded plastic film)：是指把塑料膜通过拉伸或者其他处理产生可以通过气体的多孔结构，它包括扩张特氟龙，扩张聚丙烯。
[0062] 3)纤维材料：是指在一个方向上有较大长度的材料，或者由此材料构成的物件。通常纤维材料可以从以下材料中选出：芳纶(ARAMID FIBRE)，无纺或者纺织芳纶纤维布，无纺或者纺织玻璃纤维布，高温尼龙(NOMEX RIBRE)，无纺或者纺织高温尼龙纤维布。
[0063] 4)滤封袋：一种基本是柔性的包裹性的结构，该结构可以装容气体吸附材料并且基本上没有产生漏灰的孔洞。在功能上它可以实现一定的固定作用，防止吸附剂之间以及吸附剂和气瓶壁因为摩擦产生粉尘。此外它必须有过滤功能，一般来说它的平均孔隙直径要小于吸附剂粉尘的体积平均粒径，最好是后者的五分之一。平均孔隙直径是指滤袋的孔隙直径的平均值，体积平均粒径(volume average diameter)是指把颗粒看成等体积的球形体的直径，并且按照体积分布权重取平均值，通常用颗粒的D50值。
[0064] 5)高导热性材料：指的是导热系数高的材料，本发明中，高导热性材料是相对吸附材料的导热性而言，凡是导热系数高压吸附材料的，并且和吸附材料化学性质基本上匹配，能和吸附材料均匀混合的都可以算是高导热材料。
[0065] 6)往复式压缩机(Reciprocal compressor)：指的是这样的压缩机，该压缩机把空气往一个由压缩缸，压缩头(head)，活塞复合件(piston assembly)构成的空间里压缩。压缩过程是由活塞复合件往复运动完成，通常还涉及一套阀门和气体通路。压缩机通常有一个
曲柄轴箱，曲柄轴在里面旋转并且和
轴承连接。
[0066] 7)两级压缩机：指的是把空气分两步压缩的压缩机，每一步都有独自分离的物理
位置和组件，这两步通常称为第一级和第二级，两级压缩构成一个完整的压缩循环。第一级压缩先把气体压成中等压力，接着第二级把气体压到所需要的压力。压缩走向可以是旋转式，或者往复式的。
[0067] 8)旋转式压缩机：压缩机中可以运动的部分是通过旋转运动对气体进行压缩。该压缩机类型一般包括：鲁茨泵，
叶片泵，
螺杆压缩机，
涡旋压缩机，
齿轮泵。旋转式压缩机中可以旋转运动的部分通常是由一个主轴连接到外在
原动机上。
[0068] 9)吸附剂粉尘：对于粉状吸附剂而言就是吸附剂本身，对于粘结或者压合在一起的颗粒状吸附剂而言是它在应用的时候因为摩擦或者充气放气产生的细微颗粒。
[0069] 10)甲烷是指纯的甲烷气体，或者含有甲烷成分35％以上的气体，如天然气，页岩气，
煤层气，沼气等。
附图说明
[0070] 图1A是甲烷吸附剂吸附装填在一个布袋里；
[0071] 图1B是系列装有吸附剂的小滤封袋装在一个容器里；
[0072] 图2为基于活性炭的吸附剂的天然气吸附量和单纯压缩天然气的吸附量比较；
[0073] 图3为含有隔离件的滤封袋，隔离件4促进了气体在整个容器中的流动；
[0074] 图4为甲烷气体吸附剂通过等离子体放电进行活化；
[0075] 图5为过滤装置只设置在吸附天气容器进气管路上的过滤方法；
[0076] 图6是具有防泄漏压力容器的两级天然气压缩机；
[0077] 图7是天然气燃气滤清器，该装置滤除天然气中的杂质；
[0078] 图8是天然气流速和循环次数的关系；
[0079] 图9是天然气流速变化在使用不同过滤方法下的区别。
具体实施方式
[0080] 如上所述，向压力容器里装填纳米吸附剂(吸附剂的基本微结构是纳米尺寸的结构)，是一个具有技术难度的操作过程，一个成功的装填工艺意味着必须防止吸附剂本身或者其产生的粉尘堵塞天然气管路。因此必须要求有过滤装置。一般高压气瓶是通过无缝热成型工艺制成。进入高压气瓶的唯一入口是阀门底部很窄的通道。
[0081] 作为本发明的要点之一，为了有效的对易起灰尘的吸附剂进行装填同时达到过滤效果，一种易弯折或者柔性的无纺或者有纺布做的布袋把吸附剂包装起来，同时成为吸附剂的初级容器，同时装有吸附剂的布袋可以把吸附剂固定在气瓶里，从而减少对吸附剂颗粒(如果吸附剂是小颗粒状的话)的磨损和进一步起灰。这样的结果可以大大延长吸附剂的使用寿命。参见图1A。
[0082] 在图1A中，在吸附式天然气气瓶1里有一个装有吸附剂3的由具有有柔性或可弯折性的布料制成的多孔柔性滤封袋2，这个可弯折或者柔性的布料本身是无纺或者纺织纤维材料制成的，或者是扩张塑料膜制成的，扩张塑料是指把塑料膜通过拉伸或者其他处理产生可以通过气体的多孔结构，它包括扩张特氟龙，扩张聚丙烯。这个布料以滤封袋的形式包裹了粉末状或者小颗粒状的吸附剂3。小颗粒状的吸附剂3之间有些空隙可以让气体通过。多孔柔性滤封袋2和气瓶1内壁之间可以有间隙，也可以没有。气瓶1中的多孔柔性滤封袋2无论是无纺布还是有纺布制成的，都是对甲烷气体有通透性的，而且基本不让吸附剂3或吸附剂3产生的灰尘通过，否则容易堵塞通气管路。吸附剂粉尘一般是在充气放气或者包装因机械力摩擦的时候产生的。
[0083] 另外一种方法是在吸附式天然气气瓶1里装填多个这样的小多孔柔性滤封袋2，这些小多孔柔性滤封袋2之间可以有线绳串连(或者其它方式物理连接)，例如可以像香肠串一样(肠衣就像是多孔柔性滤封袋2，里面的就是吸附剂3)，或者全部分立，所有的多孔柔性滤封袋2是堆积在气瓶1里。多孔柔性滤封袋2可以是相同的尺寸也可以是不同尺寸。图1B里显示了许多小多孔柔性滤封袋2装填在气瓶1里的情形。
[0084] 上述
串联许多小多孔柔性滤封袋2的连接方式有许多优点：这些小多孔柔性滤封袋2可以很容易的从气瓶开口取出来。对于一个大滤封袋的设计，要取出来的话可以先把多孔柔性滤封袋2扎紧的开口部分拖出，然后打开(或者剪开)滤封袋口把吸附剂和剩余部分的滤封袋取出来。方便取出来的目的是为了方便更换新的吸附剂或者活化更新旧的吸附剂。
[0085] 对于用一个大多孔柔性滤封袋装填吸附剂的情形而言，装填方法举例如下：可以把多孔柔性滤封袋装入空的气瓶里，多孔柔性滤封袋开口露出一部分，插入一个漏斗，然后把粉末状，块状，或者颗粒状的吸附剂通过漏斗填入滤封袋口(前提是吸附剂的最小的一个方向的尺寸小于气瓶开口的直径)。填满以后可以把多孔柔性滤封袋口用绳子扎紧或者封死，然后把多孔柔性滤封袋封口塞入气瓶里。多孔柔性滤封袋封口的方法包括
热封，系紧，缝纫，胶粘，
树脂粘接。此外，无论是一个大布袋结构还是多个小布袋结构，都可以采用布袋套布袋的方式加强过滤效果。
[0086] 用吸附剂以后同没有吸附剂单纯高压缩天然气(CNG)相比可以极大的增加天然气的吸附量，如图2所示。例如在50个大气压下可以多储存两倍的天然气。这个数据是从本发明的实验室(用一种活性炭和一个普通高压钢瓶)获得的。所以吸附式天然气在低压上比CNG具有很大的优势。而低压储气的成本和对压缩机的要求比高压储气大大降低，从而降低储气成本。甲烷吸附材料包括活性碳、乙炔黑、沸石、活性石墨、活性焦炭、碳分子筛，这些分子都含有孔径在几个纳米到几十个纳米的纳米微孔，为甲烷吸附提供表面积和场所。
[0087] 构成纤维的材料可以从以下材料中选出：聚乙烯，聚酰胺，聚亚酰胺，聚氨酯，聚酯，聚丙烯，芳纶纤维，玻璃纤维，高温尼龙纤维(NOMEX)，纤维素，纸纤维，碳纤维，碳
纳米纤维，聚四氟乙烯纤维，聚二氟乙烯纤维，棉纤维，二
氧化锆纤维，氧化
铝纤维。故此构成前面所述的布材料的可以是有机纤维，或者是无机纤维。无机纤维例如玻璃纤维能够提供更好的耐高温性质，通常可以包裹着吸附剂一起在适当的条件下进行活化(例如等离子体条件下或者氧化氛围下)。此外，化工厂或者火力电厂的布袋除尘的布袋材料都可以在这里使用。有机纤维包括人工合成纤维和天然纤维，后者包括动
植物纤维如棉纤维，蚕丝等。
[0088] 具有微米孔的多孔膜也可以取代布料作为布袋材料，只要能阻挡住吸附剂的粉尘的多孔膜就可以使用。例如，扩张性拉伸的特氟龙，聚丙烯膜等。
[0089] 作为本发明的另一内容，隔离件可以在多个小多孔柔性滤封袋的情况下和小多孔柔性滤封袋一起放入气瓶内，它们为多孔柔性滤封袋和多孔柔性滤封袋之间，以及多孔柔性滤封袋和容器内壁之间提供天然气进出的通道，如图3的隔离件4。在吸附剂是粉末状态的情况下隔离件4尤其有用。隔离件4可以是在容器生产的时候就做在内壁上，或者外附在内壁的
内衬上，或者是在布设上做出的高低不平的结构从而产生空隙5，或者是和吸附剂一起放到滤封袋里(或者外置放到滤封袋外面)的有两端开口的空心管子，空心片等。隔离件可以是由导热材料做成，例如金属，导热陶瓷，导热塑料，导热复合材料。隔离件提高了气体进出吸附剂的速度，同时提高了气瓶内各个部分的吸气放气的均匀性。在形状上隔离件4可使用中空管、中空夹层片、波纹片或沟槽片。
[0090] 同时在图3中，还可以选择性的多添加一个气瓶开口处的过滤装置6，从而更为有效的过滤粉尘，降低粉尘从开口处进入管路和阀门的
风险。过滤装置6的材料构成可以是无纺布或者有纺布，玻璃纤维，高效颗粒捕获器，或者其他微孔材料，例如多孔膜，多孔金属等。这种
过滤器可以是永久性的或者可更换性的。
[0091] 作为本发明的另一个内容，热管理系统或者材料可以在此解决充放气的温度浮动的问题。一般来说气瓶放气的时候温度降低，不利于进一步快速放气，充气的时候会有温度升高，不利于快速充气。因此可以向吸附剂里混一些导热材料帮助解决这一问题。导热材料的选择很多，例如
炭黑，乙炔黑，金属纤维，金属片，金属丝。炭黑可以涂覆在颗粒状吸附剂表面。或者也可以在多孔柔性滤封袋表
面层压上或者镀上金属膜，镀的方法包括化学沉积，蒸镀，电化学
电镀等。例如金属纤维，金属片，金属丝等也可放到滤封袋外面提供导热功能。
[0092] 由于天然气在吸附剂上脱附的时候会吸热从而温度下降，最好是在放气的时候对气瓶内部或者外部加热。例如，可以用电加热装置例如
电阻丝，电加热棒，电加热带等对吸附剂或者装有吸附剂的多孔柔性滤封袋进行加热。这些加热装置可以放在气瓶的内壁上，或者多孔柔性滤封袋之间，或者埋在多孔柔性滤封袋里面的吸附里，通过
导线由气瓶外电源加热。最理想的是，在气瓶里一处或者多处放置一些温度
传感器，作为加热的控制
信号。如果在外部加热可以是一个表面和气瓶表面
接触的
散热金属块，金属块中间通发动机冷却剂。
[0093] 对于高压的应用领域，在充气的时候会产生大量的热而导致充气速度减缓，因此最好需要一个冷却装置，该冷却装置可以放在气瓶内部或者外部。可以是一个
散热片或散热块，里面或者上面附着温度传感器，该传感器提供散热
控制信号。如果在外部可以是一个表面和气瓶表面接触的散热块，散热块中间通
冷却水。
[0094] 本发明的另一内容是改善吸附的吸附性能。传统活性炭类吸附剂是通
过热-化学活化过程。该过程非常耗能。为了降低能耗，节约成本，本发明提出另外一种基于等离子体放电的活化方法。等离子体可以在某种气体存在的情况下通过辉光放电，或者其他放电方式。可用的气体包括氧气，甲烷，空气，水蒸气，惰性气体，氨气，或者以上的两种以上的混合物。典型的设置如图4。
[0095] 在图4中，吸附颗粒10被4000伏特以上高压电致辉光产生的等离子体活化，该
电压加在一对金属
电极11之间，电极上有一层绝缘层12。上部的电极连到一个高压电源13上，下部电极接地14。图4中没有显示气体。
[0096] 作为本发明的另一内容，吸附式天然气的储存气体方式可以用来在天然气输配系统中储存天然气。大型天然气或
煤层气储存罐一般在几万立方米的规模，其用途一般是缓冲，储存和通过天然气输气管道供应天然气。这种情况下，和储存罐内部连接的的开口足够大，可以在开口处或者出口处安装刚性多孔过滤器。这样的过滤器一般是多孔的金属，这样便于承受高温。它们比较易于安装，但是和袋式过滤器相比却容易堵塞。金属过滤器的设计如图5中的左图，在图5中，只有在
瓶口处装有过滤器的吸附式天然气气瓶。左侧图是没有布袋过滤器，右侧图装有布袋过滤器。如图5所示，一个普通由多孔金属26组成的过滤器连接在天然气进出口27。这种结构类似压缩气瓶的过滤结构，不同处在于吸附式天然气气瓶21这里填充了吸附剂23，而这吸附剂并没有装在多孔柔性滤封袋里。作为替代方法，金属过滤器26可以被一层或者多层布袋过滤器22覆盖或者套住，保护金属过滤器26，金属过滤器26也属于气路管线的一部分，从而增加过滤效果。因为布袋过滤器22是柔性的，每次装填吸附剂的时候可以轻易通过抖动除灰，因此防止堵塞效果较好。图5中的右图体现了这种设计。当布袋过滤器22是高温材料制成的，这样的吸附式天然气储气罐是可以承受高温不受损伤。
[0097] 作为本发明另一个内容，本发明提供一种和吸附式天然气气瓶匹配的无油无泄漏的压气机的设计。目前天然气汽车之所以不能迅速大规模普及的原因之一是没有足够多的加气站。天然气压缩机，当用在家庭加气的场合，需满足以下条件：1)它最好是无油的设计；2)压缩机需要最大程度降低漏气。
[0098] 有几种方式可以做到这一点：最直接的是把这个压缩机，就是压缩机头加上
电动机放入一个密封的压力容器里，通常该容器是钢做的，并且该容器可以承受该压气机设计压力值。例如，给吸附式天然气气瓶压充气到50大气压的压气机的外面包裹的钢压力容器也必须能承受50个大气压。这种设计体现在图6中。在图6里，一个两级往复式压气活塞的设计可以在50(加减10个)个大气压下实现最大效率。如图6，天然气从入口38进入压气机，气流的通路由第一级阀门31所调节。接着，天然气被第一级压缩活塞32所压缩，一般压到7个大气压左右然后推到一级二级之间的冷却装置33。然后该气流接着被二级活塞34压缩后从出口39处排出。排出前可以进入另一个冷却装置成为排除前冷却装置(为简化起见图6没有显示)。两个活塞32、34同时都被一个共用的曲轴35所驱动。二级压缩以后的气体压力达到50个大气压。这种设计不用
润滑油，
活塞环是金属和非金属的混合结构。电穿通
密封件36(feedthrough)帮助保持压力容器42的结构强度同时实现密封，并且让
电流从交流电源40到达电机37。电线41把电从电源40传到电动机37。其它防止漏气的方法是实现曲轴密封或者轴密封。
[0099] 由于天然气经常含有杂质，因此需要对其进行过滤。重碳氢化合物是指超过6个碳
原子的碳氢化合物。重碳氢化合物和水，硫化物很容易被天然气吸附剂所吸附。因此一旦被吸附这些杂质很难被除掉，就是说不容易在减压放气的时候脱附。而且随时间的积累会富集，从而降低吸附剂的天然气吸附效率。因此这些物质必须尽可能的减少以实现天然气吸附的长寿命。这可以通过加装一个天然气燃气滤清器实现。燃气滤清器图7，51实际上是一个压力容器，里面填充了吸附杂质的吸附剂53。如图7所示，这种燃气滤清器一般比吸附式天然气气瓶小很多，而且是到了寿命以后可更换的。燃气滤清器也可以称之为污染物洗涤器，一般可以通过加热或者抽真空可逆的把杂质脱附除去。一种可行的办法是利用发动机的尾气的热来加热杂质过滤器从而实现杂质过滤器的活化从而延长燃气滤清器的使用寿命。如图7所示，燃气滤清器用专门优化吸附杂质的活性炭53来吸附重碳氢化合物，水和硫化物。整个过滤器到使用寿命以后可以被更换。这就像汽车换机油的时候更换
滤油器一样。如图7，52就是螺旋加热管路，发动机尾气通过一些阀门在控制系统下可以流经螺旋管路加热燃气滤清器。
[0100] 作为本发明的另一个内容，本发明提出一种解决气路
控制阀门在气瓶放气的时候防止冷冻的方法。在天然气汽车上一般吸附式天然气或者CNG气瓶里面的天然气先通过一个减压阀，该减压阀把天然气的压力降低到几个大气压，这个降压的过程往往把天然的温度降低到了零摄氏度以下，因此水蒸气很容易冷凝在减压阀里把它冻住，其后果是发动机熄火。为了解决这个问题我们提出可以让发动机的机油和变速油通过该阀门使之保持零上温度。用油来加热减压阀比用基于水溶液的发动机
冷却液而言可以极大的防止减压阀金属
腐蚀。
[0101] 本发明所提出的不容易产生起灰的吸附式天然气气瓶可以运用在许多领域。大部分用CNG的领域都可以用本发明提出的吸附式天然气气瓶，其结果是增加了航程。这样的吸附式天然气气瓶也可以用在各种CNG-内燃机双燃料机动车辆，船舶，两轮或者三轮小摩托上。此外，本发明最大的优势是用在家用低压汽车吸附式天然气气瓶充气上，结合本发明的两级压缩泵和50大气压左右的吸附式天然气气瓶，可以实现廉价方便的上下班短途通勤。
[0102] 实验举例：
[0103] 图8列出使用多孔柔性滤封袋防止起灰的效果。用了多孔柔性滤封袋以后可以实现气流的恒定。这个实验用的是1.26升的吸附式天然气气瓶，气路是一个外直径6毫米的
铜管子。当该气瓶从40个大气压降低到1个大气压的时候，平均流速的测定是把总流量除以降低到一个大气压所需要的时间。对于一个正常工作的吸附式天然气气瓶和配套的针阀门而言，平均气流速(时间)是63秒。当吸附式天然气气瓶里面装了过滤滤封袋后，不管如何多次循环这个测试几乎很稳定的给出63-65秒的时间，几乎没有明显的衰减。与之相比，如果吸附式天然气气瓶里只有目数在4到8的颗粒状吸附剂而没有多孔柔性滤封袋的话，尽管开始几个循环会给出比有多孔柔性滤封袋情况下好的结果，但是会在几个循环以后，会出现严重的堵塞现象，对结果的重现性造成严重影响。到了第九个循环几乎完全堵塞不能使用了。
[0104] 许多高压气瓶瓶口有金属网丝过滤器，这种过滤方法在吸附式天然气气瓶上效果较差。例如，图9中，仅仅用金属网丝过滤的气流速度在32个循环以后出现较为明显的衰减，与之相比用多孔柔性滤封袋以后没有显著的流量衰减。
