用于貯存溶解的甲烷基氣體的系統的制作方法

專利名稱：用于貯存溶解的甲烷基氣體的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種改進的氣體液化和貯存系統，并且特別涉及一種通過使氣體與另外用于貯存的烴(一種有機溶劑)混合，來貯存主要成分是甲烷的氣體的系統。
背景技術：
到目前為止，已經有一些用于貯存甲烷或其主要成分是甲烷的氣體如天然氣的方法。例如，通過在高壓下壓縮或是通過吸收到吸附劑上來貯存氣體是兩種可能的方法。此外，已經提出了一些方法，其中將甲烷溶于一種混合的烴溶劑如丙烷、丁烷、等之中，而然后在液體狀態下貯存。例如，美國專利5,315,054公開了這種甲烷液化和貯存方法。
然而，美國專利5,315,054的公開內容只說明了甲烷可以通過簡單地將它溶于一種烴溶劑來貯存。這個方法不足以用于貯存高濃度的甲烷。
此外，沒有一種方法的公開內容用于排放甲烷，或其主要成分是甲烷的氣體，該氣體各組分具有恒定的比例。當從貯存容器中排放的氣體或液體中各組分的比例不是恒定的時，便會感受到一些缺點，如可燃性變化和內燃機或類似裝置中不穩定燃燒等。
本發明致力解決現有技術所提出的問題，并且它的目的是提供一種供其主要成分是甲烷的氣體用的氣體液化和貯存系統，同時使它能貯存高濃度的甲烷，并且在保持各組分恒定的比例時排放貯存的物料。
發明的公開為了達到上述目的，本發明提供一種用于甲烷基氣體(其主要成分是甲烷的氣體)的氣體液化和貯存系統，該系統用于將這種氣體溶于烴述氣體含甲烷作為主要成分。
上述用于測定貯存容器中狀態的裝置將檢測貯存容器中的壓力、溫度和溶劑溶液量，并由這些參數得到烴各種組分的比例和烴量。
在上述系統中，從上述貯存容器中排放的烴可以在內燃機中氧化，而用于測定貯存容器中狀態的裝置，可以根據設置到內燃機上的空氣-燃料比測定裝置的輸出，得到烴各組分的比例。
在上述系統的另一方面，將氣相出口設置在貯存容器的頂部處，安裝一個液量檢測器來檢測貯存容器中液體烴溶劑的量，只不過貯存容器中貯存物料的氣相部分專門通過氣相出口排放，并且根據由液量檢測器得到的結果來計算用于再裝料供應的烴溶劑量。
在上述系統的另一方面，安裝一個回收容器來接收從貯存容器中回收的剩余烴，并且在供應烴溶劑之后，供應回收的烴和其主要成分是甲烷的氣體。
在上述系統的另一方面，將一個暫時裝料容器連接到貯存容器上，將烴溶劑在其主要成分是甲烷的氣體之前供應到這個暫時裝料容器中，并將各氣體一起供應到貯存容器中。
在上述系統的另一方面，將供專門溶劑使用的暫時裝料容器與貯存容器并聯安裝，以便通過裝備控制通道的裝置的管道定位成高于貯存容器的液面；當通道關閉時，供專門溶劑使用的暫時裝料容器裝入烴溶劑，而當通道打開時，烴溶劑進入貯存容器。
在上述系統的另一方面，將貯存容器安裝在汽車車身上，并將用于只貯存烴溶劑的烴溶劑專用貯存容器連接到這個貯存容器上。
在上述系統的另一方面，從貯存容器的氣相部分中排放貯存在氣體中的物料，及使溶相中的烴溶劑從排放的氣體中分離出來并返回貯存容器。
在上述系統的另一方面，以很小量從貯存容器的液相部分中排放貯存在液體中的物料，以便上述貯存容器的內部壓力不發生顯著的改變，并且在從液體中蒸發掉其主要成分是甲烷的氣體之后，使排放的液體返回貯存容器。
在上述系統中，氣相烴可以從貯存容器的頂部排放，而液相烴可以以恒定的比例從貯存容器的底部排放。
上述系統中的貯存容器可以安裝一個液量檢測器。
在上述系統的另一方面，從貯存容器中排放的貯存物料在內燃機中氧化，并且用于測定貯存容器中狀態的裝置根據設置在內燃機上的空氣-燃料比測定裝置中的輸出，得到烴各組分的比例。
在上述系統中，可以將排放的氣相烴和液相烴加熱到混合在一起。
在上述系統中，排放的液相烴可以蒸發，然后和排放的氣相烴混合在一起。
在上述系統中，當供應上述氣體時，可以使貯存容器冷卻。
在上述系統的另一方面，貯存容器安裝多個裝料口，這些裝料口彼此間隔開定位，并且，在裝入其主要成分是甲烷的氣體期間，開始可以用一個裝料口，然后可以轉到另一個裝料部分裝料。
在上述系統的另一方面中，貯存容器設有導熱元件，該導熱元件覆蓋著貯存容器的內表面，與主要成份是甲烷的氣體的裝料口相連，所述裝料口設置在貯存容器上。
在上述系統的另一方面中，貯存容器安裝多個裝料口，這些裝料口彼此間隔開定位，并且各裝料口可以同時使用。
在上述系統的另一方面，安裝一個通道延伸件，該通道延伸件從設置在貯存容器上的裝料口延伸并進入容器的內部空間，并且這個通道延伸件具有多個排氣孔，它們沿著其縱向方向配置，以便與容器的內壁充分分離開。
這些排氣孔可以傾斜放置作為設置在貯存容器上的裝料口內部出口。
在上述系統中，裝料口可以定位在距貯存容器中貯存溶劑區域的遠端處。
在上述系統中，可以在貯存容器中裝配一個多孔體。
在上述系統情況下，可以這樣進行裝料，以便當裝入氣體時，可以開始使用設置在上述貯存容器底部處的裝料口。
在上述系統的另一方面，在貯存容器裝入其主要成分是甲烷的氣體之前，使一部分烴溶劑蒸發并在貯存容器外面排放。
在上述系統中，貯存的物料可以通過設置在貯存容器內部或表面上的減壓通道在貯存容器外面排放。
這個減壓通道可以覆蓋熱再生式材料。
上述系統可以在裝入其主要成分是甲烷的氣體之前裝入冷的烴溶劑。
上述系統中的貯存容器可以安裝一個攪拌裝置。
在上述系統的另一方面，烴溶劑可以從貯存容器中排放供緊急使用。
此外，本發明提供一種供其主要成分是甲烷的氣體用的氣體液化和貯存裝置，該裝置包括用于測定貯存在貯存容器內的物料中各組分比例的組成信息測定裝置，其主要成分是甲烷的氣體溶于烴溶劑并貯存在該貯存容器中；和一個用于將上述檢測結果傳送到供應側的傳送裝置，從該供應側將氣體和烴溶劑供應到貯存容器中。
此外，本發明提供一種供其主要成分是甲烷的氣體用的氣體液化和貯存裝置，上述裝置包括一個用于從貯存容器中回收剩余烴的回收容器，其主要成分是甲烷的氣體溶于烴溶劑中并貯存在該貯存容器中；一個用于測定回收容器內烴中各組分比率的檢測裝置；和用于控制比例的比例控制裝置，根據上述測定結果按比例將這種氣體和烴溶劑供應到貯存容器中。
此外，本發明提供一種供其主要成分是甲烷的氣體用的氣體液化和貯存裝置，其中，在貯存容器前面的一級處，經過一個裝置安裝一供專門溶劑使用的暫時裝料容器，其主要成分是甲烷的氣體溶于烴溶劑并貯存在上述貯存容器中，而上述裝置用于控制在貯存容器和供專門溶劑使用的暫時裝料容器之間的通道。
此外，本發明提供一種供其主要成分是甲烷的氣體用的氣體液化和貯存裝置，其中將這種氣體的供應源和烴溶劑的供應源通過各自的溶劑中供在貯存容器中貯存，并從貯存容器排放貯存物料供使用。這個系統安裝一個組成調節裝置，用于保持待排放的貯存物料中各組分的恒定比率。
包括在上述系統中的組成調節裝置保持貯存容器內容物中各組分元素具有恒定的比率。
加到上述系統的烴溶劑，是一種在室溫下是液體的烴。
一種也加到上述系統的烴溶劑，是由一種在室溫下不容易液化的烴和一種在室溫下是液體的烴二者的混合物溶劑。
己烷是可用于上述系統的烴溶劑。
汽油或輕油也是可用于上述系統的烴溶劑。
二甲醚也是可用于上述系統的烴溶劑。
在上述系統中，至少是在排放貯存物料開始周期期間，在貯存容器中存在超臨界狀態。
在上述系統中，貯存容器的內容物中各組分元素的比例可以是這樣的，即碳原子數不少于3的烴是在7％和45％之間，而碳原子數不多于2的烴是在93％和55％之間。
在上述系統的另外方面，上述貯存容器內容物中各組分元素的比例可以是這樣的，即碳原子數不少于3的烴定在7％和65％之間，而碳原子數不多于2的烴是在93％和35％之間。
丁烷可用于上述系統作為具有碳原子數不少于3的主要烴成分。
丙烷也可用于上述系統作為具有碳原子數不少于3的主要烴成分。
在上述系統中，貯存容器可以是溫度調節式的，以便保持它的內部超臨界狀態。
上述系統可以優選地包括一個用于測定貯存容器內狀態的裝置，以便確定烴中各組分的比例和貯存容器中所含的烴量；和一個供應比例控制裝置，該裝置用于根據上述檢測結果，計算將其主要成分是甲烷的氣體和烴溶劑供應到貯存容器的比例，并實施供應。
這個供應比例控制裝置可以根據氣體供應量來計算供應比例，上控制裝置，連接到一個暫時貯存槽上，該貯存槽又連接到貯存容器上，其主要成分是甲烷的氣體溶于烴溶劑并貯存在該貯存容器中。
此外，本發明提供一種供其主要成分是甲烷的氣體用的氣體液化和貯存裝置，該裝置包括一個主貯存容器，其主要成分是甲烷的氣體溶于烴溶劑并貯存在該主貯存容器中；和一個用于只貯存烴溶劑的烴溶劑專用貯存容器，其中上述烴溶劑專用貯存容器通過一控制裝置連接到主貯存容器上。
此外，本發明提供一種供其主要成分是甲烷的氣體用的氣體液化和貯存裝置，該裝置包括一個用于排放氣態貯存物料的氣相出口，該氣相出口設置在貯存容器的頂部處，這種氣體溶于烴溶劑并貯存在所述貯存容器中；一個用于使液體與排放的氣態貯存物料分離的氣液分離器；和一個用于使通過氣液分離器分離的液體返回貯存容器的反饋通道。
附圖的簡要說明圖1是顯示丙烷和甲烷混合物在38℃下的汽-液平衡特性圖。
圖2是顯示丁烷和甲烷混合物在71℃下的汽-液平衡特性圖。
圖3是顯示己烷和甲烷混合物在100℃下的汽-液平衡特性圖。
圖4是顯示丙烷和甲烷溶于其中的10％己烷溶液在38℃下的汽-液平衡特性圖。
圖5是顯示丁烷和甲烷溶于其中的10％己烷溶液在71℃下的汽-液平衡特性圖。
圖6是顯示汽油的甲烷溶液在71℃下的汽-液平衡曲線圖。
圖7是用于實施供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例3的設備剖面圖，上述氣體主要成分是甲烷。
圖8是用于實施供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例4的設備剖面圖，上述氣體主要成分是甲烷。
圖9是用于實施供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例5的設備剖面圖，上述氣體主要成分是甲烷。
圖10是顯示以不同比例混合的甲烷和丙烷混合物溶液的溫度-壓力曲線圖。
圖11是顯示在30℃下甲烷和丙烷混合物溶液中貯存甲烷的濃度。
圖12是顯示不同類型烴溶液的液相曲線圖，對這些烴類溶液，甲烷濃度為80％。
圖13是顯示在圖12所示的烴溶液類型臨界點處貯存甲烷的濃度圖。
圖14是顯示在35℃下圖12所示的烴溶液類型中貯存甲烷的濃度圖。
圖15是甲烷溶于其中的兩組分和三組份溶液的溫度-壓力曲線圖。
圖16是顯示甲烷-丙烷混合物的溫度-壓力關系圖。
圖17是顯示甲烷-丁烷混合物的溫度-壓力關系圖。
圖18是顯示甲烷-戊烷混合物的溫度-壓力關系圖。
圖19是顯示甲烷-己烷混合物的溫度-壓力關系圖。
圖20是顯示甲烷濃度和丙烷濃度隨著甲烷逐步加入丙烷溶劑中而改變的曲線圖。
圖21是顯示在圖20所示情況下甲烷摩爾比和能量密度轉變圖。
圖22是顯示甲烷濃度和丁烷濃度隨著甲烷逐步加入丁烷溶劑中而改變的曲線圖。
圖23是顯示在圖22所示情況下甲烷摩爾比和能量密度轉變圖。
圖24是顯示用于將甲烷混合到碳原子數為不少于3的烴中的貯存容器其中一個例子的視圖。
圖25是顯示用貯存容器中含甲烷的烴裝入汽車車身部件貯存容器一個例子情況的視圖。
圖26是顯示貯存容器冷卻方法其中一個例子的視圖。
圖27是顯示從貯存容器的汽相和液相二者排放含甲烷的烴一個例子情況的視圖。
圖28是顯示圖27所示方法修改例的視圖。
圖29是顯示圖27所示方法另一個修改例的視圖。
圖30是顯示圖27所示方法另一個修改例的視圖。
圖31是顯示圖27所示方法另一個修改例的視圖。
圖32是顯示用于供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器其中一個例子，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖33是顯示立著放的甲烷貯存容器其中一個例子的視圖。
圖34是顯示臥著放的貯存容器其中一個例子的視圖。
圖35是顯示在圖34所示容器中用的攪動葉輪的其中一個例子的視圖。
圖36是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統其中一個例子的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖37是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統修改例的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖38是甲烷和丁烷混合物的溫度-壓力相互關系圖。
圖39是顯示將供本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統所貯存的含甲烷的烴改質的方法視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖40是三種供電電源方式效率的比較圖。
圖41是顯示供本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統中，用碳原子數不少于3的烴在低壓下裝入貯存容器的方法視圖。
圖42是顯示在超臨界狀態和氣相與液相共存狀態下貯存容器中氣相部分內容物各組分元素比例的視圖。
圖43顯示當用其各組分比例與處于圖42所示的氣相與液相共存狀態下貯存容器氣相部分內容物的各組分元素比例相同的混合物裝入貯存容器時，處于超臨界狀態和氣相與液相共存狀態下貯存容器氣相部分內容物各組分元素比例的視圖。
圖44是顯示當在超臨界狀態下排放貯存容器中按20∶80的比例貯存的丁烷-甲烷混合物時，及當從在氣相與液相共存的狀態下從氣相部分中排放這種混合物時，甲烷組分比例的轉變圖。
圖45是供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例17的構造示意圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖46是圖45所示的供氣體用的氣體液化和貯存系統修改例，上述氣體的主要成分是甲烷。
圖47是供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例18的構造示意圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖48是圖47所示的供氣體用的氣體液化和貯存系統修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖49是圖47所示的供氣體用的氣體液化和貯存系統另一個修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖50是供本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例19的構造，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖51是圖50所示的供氣體用的氣體液化和貯存系統修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖52是圖50所示的供氣體用的氣體液化和貯存系統另一個修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖53是圖50所示的供氣體用的氣體液化和貯存系統另一個修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖54是供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例20的構造，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖55是圖54所示的供氣體用的氣體液化和貯存系統一個修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖56是圖54所示的供氣體用的氣體液化和貯存系統另一個修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖57是供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統另一個修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖58是顯示在超臨界狀態和氣相與液相共存狀態期間從貯存容器排放貯存的物料時，改變烴溶劑組分比的視圖。
圖59是顯示在圖57所示的氣液分離器出口處烴溶劑組分比的視圖。
圖60是顯示圖57所示的氣液分離器其中一個例子的視圖。
圖61是顯示圖57所示的氣液分離器另一個例子的視圖。
圖62是顯示圖57所示的氣液分離器另一個例子的視圖。
圖63是顯示從供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統內的貯存容器中排放貯存物料的構造示意圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖64是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統內的貯存容器中排放貯存物料的另一種構造示意圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖65是顯示當從貯存容器的氣相排放貯存物料時，留在貯存容器中的溶液量與排放氣體中甲烷的摩爾濃度之間關系的視圖。
圖66是顯示從供按照本發明所述氣體用的氣體液體和貯存系統內貯存容器中排放貯存物料的另一種構造示意圖。
圖67A是圖示出當圓筒式貯存容器裝入CNG時容器內部狀態的視圖。
圖67B是圖示出當圓筒式貯存容器裝入CNG時容器內部狀態的視圖。
圖68是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器其中一個例子的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖69是顯示圖68所示貯存容器修改例的視圖。
圖70是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖71是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖72是顯示圖71所示貯存容器其中一個修改例的視圖。
圖73是顯示圖71所示貯存容器另一個修改例的視圖。
圖74是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統貯存容器的另一個例子的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖75是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統貯存容器的另一個例子的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖76是顯示圖75所示貯存容器其中一個修改例的視圖。
圖77是顯示圖75所示貯存容器另一個修改例的視圖。
圖78是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統所用貯存容器的另一個例子，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖79是顯示圖78所示貯存容器其中一個修改例的視圖。
圖80是顯示圖78所示貯存容器另一個修改例的視圖。
圖81是顯示圖78所示貯存容器另一個修改例的視圖。
圖82是顯示圖78所示貯存容器另一個修改例的視圖。
圖83是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統所用的貯存容器另一個例子的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖84是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統所用的貯存容器另一個例子的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
圖85是顯示圖84所示貯存容器其中一個修改例的視圖。
圖86是顯示圖84所示貯存容器另一個修改例的視圖。
圖87是顯示圖84所示貯存容器另一個修改例的視圖。
圖88是顯示圖84所示貯存容器另一個修改例的視圖。
圖89是顯示供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統所用貯存容器另一個例子的視圖，上述氣體其主要成分是甲烷。
實施本發明的最佳方式下面將參照


本發明的優選實施例(以后，都叫做實施例)。實施例1用于按照本發明所述甲烷基氣體的氣體液化和貯存系統的實施例1—9，涉及將甲烷或一種其主要成分是甲烷的氣體溶于烴溶劑中及將甲烷基氣體在高濃度下貯存在貯存容器中的技術。
圖1示出一種混合的丙烷和甲烷溶液在38℃下的氣-液平衡特性圖。在圖1中，上面的曲線是液相線，而下面的曲線是氣相線。如從圖1所看到的，混合的丙烷和甲烷溶液在甲烷的摩爾比變成約40％之烴，如己烷的烴溶劑，可以在更寬的溫度范圍內和更寬的甲烷摩爾比范圍內保持甲烷的液態。因此，可以貯存更高濃度的甲烷，這種情況能增加可以貯存的甲烷量。所以，可以大量貯存穩定的甲烷，即使它在一很寬的溫度范圍內使用，例如在汽車上應用也是如此。
在上述說明中，作為例子闡明了由兩種成分組成的烴溶劑，但由三種或多種成分組成的烴溶劑也可以適當地采用。在室溫下不容易液化的烴類例子不只是包括上述丙烷和丁烷。例如，二甲醚也可以用。實施例2用于按照本發明所述甲烷基氣體的氣體液化和貯存系統可以應用于汽車中，在這種情況下，如果能用通常在汽車中作燃料用的汽油或輕油作為液化甲烷的烴溶劑，將是很有利的。這將會例如能用現有的汽車支承下部結構。另一個有利點是，對用一個發動機的雙元燃料汽車來說，當然，汽油或輕油都可以作燃料用。汽油是一種含C5—C8烴類的混合液體，而輕油也是一種含C7—C12烴類的混合液體。本發明人已經證實，汽油或輕油保持一種液體，并且在它所應用的各實施例中很寬的溫度范圍內能充分地液化甲烷。
圖6示出甲烷溶于其中的汽油在71℃下的氣-液平衡特性圖。正如從圖6中可以看到的，在甲烷的摩爾百分數變成約80％之前，甲烷保持液態。因此，作為用于液化和貯存甲烷的烴溶劑，可以認為汽油或輕油是十分優選的。實施例3圖7示出用于實施供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統的優選實施例3的設備剖面圖。如圖7所示，貯存容器10安裝有一個氣相出口14和一個液相出口18，上述氣相出口14用于從容器的氣相部分12排放甲烷，而液相出口18用于從容器的液相部分16排放烴溶劑。液相出口18位于貯存容器10的底部處。
將設備設計成在圖7所示的液相部分16中裝入汽油或輕油作為烴溶劑，并貯存溶于溶劑中的甲烷。這樣，該設備可以在貯存容器10中同時貯存汽油或輕油和甲烷并保持高的能量密度。此外，由于只需要前保持處于液態，在甲烷的摩爾比達到約40％時甲烷進入氣態。當甲烷的摩爾百分數超過40％的界限時，它不再停留在液態，貯存甲烷的濃度降低。因此，為了在很寬的溫度范圍內貯存高濃度甲烷，其中甲烷能保持處于液態的最寬的可能溫度范圍是所希望的。
圖2示出一種混合的丁烷和甲烷溶液在71℃下的氣-液平衡特性圖。在這種情況下，可以看出，在混合物溶液中甲烷的摩爾百分數變成約60％之前，保持甲烷的液態。
此外，圖3示出一種混合的己烷和甲烷溶液在100℃下的氣-液平衡特性圖。在這種情況下可以看出，在混合物液體中甲烷摩爾百分數變成約70％之前，甲烷可以停留在液態。
正如可以看到的，具有更多碳原子(較高碳原子數)的烴，或者，換句話說，在室溫下是液體的烴可以更好地使溶解的甲烷保持液態。一種在室溫下是液體的烴如己烷，即使它與另一種在室溫下幾乎不液化的烴，例如上述的丙烷或丁烷混合，也保持這種性質。
圖4示出一種烴溶劑在38℃下的氣-液平衡特性圖，該烴溶劑由丙烷和10％己烷(甲烷溶于其中)組成。如圖4所示，在甲烷的摩爾百分數變成約55％之前，甲烷保持液態。與采用由100％丙烷組成烴溶劑的圖1相比，圖4顯示出一種更寬的范圍，在該范圍內溶解的甲烷可以保持處于液態，并且包括己烷成分(圖4)的烴溶劑對相應的甲烷濃度范圍顯示一較低的壓力。這可以看出是由于己烷(它是在室溫下為液體的烴)使甲烷和丙烷穩定。
同樣，圖5示出一種烴溶劑在71℃下的氣-液平衡特性圖，該烴溶劑由丁烷和10％己烷(甲烷溶于其中)組成。在這種情況下，可以看出，在甲烷的摩爾百分數變成約70％之前，甲烷保持液態。與采用由100％丁烷組成烴溶劑的圖2相比，圖5顯示更寬的甲烷摩爾比范圍(在該范圍內甲烷可以成液態存在)，同時對相應的甲烷濃度范圍顯示一更低的壓力。因此很顯然，包括10％己烷的烴溶劑作為液體比100％丁烷的烴溶劑更穩定。
正如從上面可以看出的，通過采用一種包括在室溫下是液體的一個貯存容器10來貯存燃料，所以該實施例供在汽車中應用是有益的。
由于在這個實施例中是通過將甲烷溶于汽油或輕油中來貯存甲烷，所以可以例如在比能貯存壓縮天然氣(CNG)的壓力要低的壓力下貯存液相甲烷。當假定為壓縮天然氣(CNG)所要求的壓力是200MPa(在日本法令中所限定的壓力)，并施加相同的壓力時，用按照這個實施所述的方法可以貯存較大量較高密度的能量。
當使用貯存在按照這個實施例所述的貯存容器10中的甲烷時，在貯存容器10的氣相部分12中存在的，含有約90％甲烷，同時各種組分的比例一般恒定的氣體經由氣相出口14排放。由于甲烷已溶于液相部分16所含有的烴溶劑中，所以當氣體從氣相部分12中排放時，其中有些溶解的甲烷在氣相部分12中蒸發。當液相部分16中溶解的甲烷用完了時，通過迫使甲烷吹入氣相部分12來使容器再裝入甲烷。
這個實施例的一個顯著特點是，液相部分16中的烴溶劑可以經由液相出口18排放。這樣能直接用汽油或輕油作為燃料，同時在使用的燃料類型中提供靈活的選擇。實施例4圖8示出用于實施供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統的優選實施例4的設備剖面圖。如圖8所示，貯存容器10安裝有一個甲烷入口20和一個溶劑入口22，通過上述甲烷入口20迫使甲烷氣體進入氣相部分12，而通過上述溶劑入口22使烴溶劑流入液相部分16中。此外，安裝一個攪拌器24，用于攪拌液相部分16中的溶劑。
在通過溶劑入口22供應烴溶劑，同時進入貯存容器10并形成液相部分16，及通過甲烷入口20將甲烷供應到氣相部分12之后，甲烷開始溶于液相部分16內的烴溶劑中。然而，甲烷不能僅僅通過增加甲烷供應的壓力來充分地溶于液相部分16中。為了增加甲烷的溶解度，可以通過迫使甲烷直接進入液相部分16來將氣泡注射到溶劑中。然而，實驗結果顯示，這種方法仍然不能提供足夠的甲烷溶解度。因此，在這種實施例中，于貯存容器10中安裝一個攪拌器24。當通過甲烷入口20加入甲烷時，攪拌器24可以攪動液相部分16中的烴溶劑。實驗結果表明顯著的改善了甲烷的溶解度。
表1列出了下述三種情況下的甲烷溶解度結果，其中迫使壓縮的甲烷進入容器而同時按照這個實施例所述的方法攪動溶劑；迫使壓縮的甲烷進入容器，但不攪動溶劑(從液面的上方供應)；和通過鼓泡迫使甲烷直接進入液相部分16。
表1

正如從表1可以很容易看出的，當迫使甲烷進入容器而同時用攪拌器24攪動液相部分16中的溶劑時，就象按照本實施例的方法那樣，使烴溶劑中的甲烷溶解度顯著增加。
例如，即使對于其中使甲烷溶于汽油或輕油的實施例3，通過象這個實施例那樣在貯存容器10中安裝攪拌器24并攪動液相部分16中的溶劑而使甲烷液化，也可以增加待貯存的甲烷量。實施例5圖9示出用于實施供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例5的設備剖面圖。
如圖9所示，貯存容器10裝有有機多孔材料26。這種有機多孔材料26可以例如是一種由有機材料制的海綿。按照這個實施例，經由溶劑入口22，烴溶劑進入其中安裝有機多孔材料26的貯存容器10，而甲烷經由甲烷入口20供應。有機多孔材料26占據貯存容器10的氣相部分12和液相部分16，因而能用較少的烴溶劑使更多的甲烷液化和貯存。由于通過溶解在烴溶劑中產生的甲烷液化作用是因為甲烷分子被吸引到烴分子上的性質，所以這種情況是可能的。因此，當貯存容器10安裝了有機多孔材料26時，其中一部分甲烷分子也被吸引到有機多孔材料26的分子上。這有助于甲烷液化作用，并因此可以減少烴溶劑的量。
盡管在圖9所示的例子中，貯存容器10的整個容積內都裝有有機多孔材料26，但只在容納烴溶劑的液相部分16空間中裝入有機多孔材料26也是合適的。
例如，當采用丁烷作為烴溶劑并且在140大氣壓(atm)和5℃下將甲烷溶于該溶劑時，在混合物溶液中丁烷的摩爾百分數將約為20％。然而，如果在貯存容器10中裝入上述有機多孔材料26，則在同樣條件下丁烷的摩爾百分數可降到約14％。實施例6上述各實施例采用一種甲烷液化和貯存方法，在該方法中將甲烷溶于一種烴溶劑如丙烷、丁烷、戊烷、己烷、汽油、或二甲醚(DME)。當甲烷溶于任何烴溶劑中時，如果溶解甲烷的烴溶劑溶液進入臨界狀態，則待貯存的甲烷濃度可以進一步增加。
圖10示出以不同比例混合的甲烷和丙烷混合物溶液的溫度-壓力曲線。正如從圖10可以看到的，當例如迫使壓縮的甲烷進入容器，并在30℃下使甲烷溶于丙烷溶液時，同時甲烷供應源的壓力升高，在93atm處超過臨界軌跡并使溶液進入臨界狀態。圖11示出在這個過程期間不同壓力下貯存甲烷的濃度。貯存甲烷的濃度表示為在甲烷和丙烷混合物溶液中溶解甲烷的量。正如從圖11可以看到的，貯存甲烷的濃度通常隨壓力增加而上升，不過一旦接近臨界壓力則濃度稍微降低。因此，從圖10和11可以看出，通過在直至極限的供應壓力下迫使甲烷進入容器并且甲烷溶解作用達到臨界狀態，可以貯存更多的甲烷。
接著，下面說明當迫使甲烷進入容器時，溫度因素如何影響甲烷在不同烴溶劑中的溶解過程。
圖12示出不同類型烴溶液的液相曲線，在這些烴溶液中溶解80摩爾％的甲烷。每條曲線的高溫端表明相應烴溶液的臨界點。正如從圖12所看到的，隨著每種烴碳原子數增加，臨界點移向更高的溫度和壓力。圖13示出在這些臨界點處貯存甲烷的濃度。盡管在圖13中貯存甲烷的濃度隨碳原子數增加而降低，但這是由于在不同臨界點處的不同溫度引起的。
在調節了甲烷溶解度之后，在固定的35℃溫度下這些烴溶液中的甲烷濃度在圖14中示出，此處省去了乙烷，因為它在此溫度下不再是液體，即使溶解的甲烷量減少也是如此。正如從圖14所看到的，與戊烷和己烷一起貯存甲烷的濃度比與其它烴一起的濃度高。這是由于戊烷和己烷的臨界溫度比丙烷和丁烷的臨界溫度高，并且貯存甲烷在臨界狀態下的濃度在35℃下通常可保持。在一恒定溫度下，尤其是在0℃以上可應用于實際操作的溫度范圍內，利用一種具有較高臨界溫度的烴，如戊烷和己烷，可以貯存濃度更高的甲烷。利用一種具有溫度特性的烴，即操作溫度與臨界溫度之間的差異小或者臨界溫度高于操作溫度，對增加貯存甲烷的濃度是有益的。
盡管上文說明的溶液包含兩種成份，也可以采用包含三種或更多種成份的溶液。
圖15示出兩條溫度-壓力曲線，一條曲線用于包括20％丁烷和80％甲烷的混合物液體，而另一條曲線用于包括20％丁烷、16％乙烷、和64％甲烷的混合物液體。正如從圖14可以看到的，包括三種成分的溶液(其中包括添加16％乙烷)顯示出較高的臨界溫度。由于改變了與甲烷混合的烴類型，因此可以改變混合物溶液的特性；甲烷的溶解作用可以按照應用情況靈活地調節。實施例7如果將甲烷和具有碳原子數不少于3的烴，如丙烷、丁烷、戊烷、和己烷(C3—C6)混合，則甲烷溶于該烴并通過烴的內聚力(cohesivepower)液化。圖16—19分別示出甲烷與每種上述烴的混合物特性，其中甲烷按照溫度-壓力關系以不同的速率溶解。正如這些圖中所表明的，在每種混合物中每個甲烷速率下，都存在一個臨界狀態，其中即使壓力升高，也不會發生進一步的液化作用。
本發明人業已發現，以這種超臨界狀態貯存甲烷可以使貯存的甲烷濃度增加到超出簡單的作為壓縮氣體(CNG)貯存甲烷時的濃度。在甲烷-烴混合物中，各烴原子減少各甲烷原子的相互排斥并作為緩沖劑工作。
圖20示出甲烷濃度和丙烷濃度的測量結果，這些測量結果隨著在35℃下逐步將甲烷加到丙烷溶劑中而改變。圖21示出在這個過程期間，甲烷-丙烷混合物的能量密度與甲烷摩爾比(％)之間的關系。在圖20和21中，壓力隨著將甲烷逐步地加到丙烷熔劑中而上升，并且甲烷-丙烷混合物的液相在壓力達到80atm之前存在。當進一步加甲烷并且壓力超過80atm時，混合物的液相停止，并且混合物改變到超臨界狀態。在80atm下，液相中甲烷的摩爾百分數為35％。對甲烷加成來說，在壓力從80atm升高到100atm的范圍內，甲烷-丙烷混合物是不穩定的，并且安排成從液相到超臨界狀態的轉變狀態。
如圖20所示，經過上述各階段，貯存甲烷的濃度直到90atm前都增加，而一在100atm處就減少，在100atm這一點處，進入完全的超臨界狀態。然后，壓力隨著混合物中甲烷的比例增加而升高，并且貯存的甲烷濃度也增加。在進一步加成甲烷過程中所達到的200atm下，貯存的甲烷密度達到V/V(大氣壓下的貯存氣態體積/貯存的體積)體積率＝220，而貯存的丙烷濃度是V/V體積率＝50。與貯存的CNG濃度在200atm下是V/V＝200相比，可以看出，甲烷當以超臨界狀態貯存時，它可以在較高的濃度下貯存。
如圖21所示，當在甲烷加成到丙烷溶劑中期間，混合物中甲烷的摩爾百分數變成35％時，也就是說，壓力達到80atm時，開始向超臨界狀態轉變。在這種轉變狀態期間，甲烷的摩爾百分數迅速增加，而當壓力達到100atm時，變成55％，并進入完全的超臨界狀態。進一步的甲烷加成增加了甲烷的摩爾百分數和壓力二者。在進一步甲烷加成過程中所達到的200atm下，測得甲烷摩爾百分數為81.5％和丙烷摩爾百分數為18.5％。圖21中還示出在這個過程中混合物能量密度的變化，同時表明，在轉變到超臨界狀態過程中能量密度下降，它低于液相狀態的能量密度。在混合物進入超臨界狀態之后，它的能量密度保持近似恒定，而壓力稍微升高。然而，這種能量密度由于丙烷組分與甲烷混合，而比壓縮的天然氣(CNG)的能量密度大1.6倍。
當應用碳原子數不少于3的另一種烴而不用丙烷時，同樣觀察到上述現象。即使一種甲烷一乙烷混合物(其主要成分是甲烷)與碳原子數為不少于3的一種烴混合時，這也是真實可靠的，因為乙烷的性質接近甲烷的性質。因此，通過將甲烷或一種碳原子數為不多于2的烴與一種碳原子數為不少于3的烴，如丙烷、丁烷等混合，以使前者的量為93％—35％，而后者的量為7％—65％，并通過貯存處于超臨界狀態生成的混合物，可以貯存較高濃度的甲烷，并且如上所述達到較高的能量密度。然而，在甲烷加成到一種碳原子數為不少于3的烴中期間轉變到超臨界狀態過程中，該超臨界狀態是不穩定的。因此，希望利用其中超臨界狀態容易穩定的組分比。具體地說，混合物應當這樣制備，以便碳原子數為不少于3的一種烴的比例將是7％—45％，而甲烷或一種碳原子數為不多于2的一種烴(其主要成分是甲烷)的比例將是93％—55％。利用這樣生產按照上面規定的比例范圍混合的甲烷-烴混合物，并在超臨界狀態下貯存它，可以增加貯存的甲烷濃度和能量密度二者。實施例8在本發明的優選實施例8中，用丁烷作為具有碳原子數為不少于3的烴。圖22示出隨著甲烷在21℃下逐步地加到丁烷溶劑中，丁烷濃度和甲烷濃度的變化。圖23示出在這個過程中甲烷-丁烷混合物的能量密度和甲烷摩爾百分數的轉變。隨著加入甲烷，混合物的液相在壓力達到120atm之前存在。當進一步加入甲烷時，混合物進入從液相到超臨界狀態的轉變狀態。這是一種不穩定的范圍。這種轉變狀態持續至壓力升高到約130atm。如圖22所示，當甲烷逐步地加到丁烷溶劑中時，貯存的甲烷濃度隨著壓力升高增加，而不受從液相相變到轉變狀態，實際上相變到超臨界狀態過多的影響。在200atm壓力下，進一步加入甲烷，以便在混合物進入超臨界狀態后，形成甲烷-丁烷混合物，貯存的甲烷濃度達到V/V＝300，而貯存的丁烷濃度為V/V＝55。
如圖23所示，在120atm壓力下，加入甲烷來形成甲烷-丁烷混合物，在甲烷的摩爾百分數為55％情況下，混合物的液相存在。在130atm壓力下，進一步加入甲烷，在甲烷的摩爾百分數為73％情況下，混合物進入超臨界狀態。當安排在超臨界狀態下時，系統的內部狀態變穩定。關于采用丙烷溶劑的情況，在與甲烷混合的丁烷溶劑中，甲烷的摩爾百分數迅速升高，混合物立刻進入超臨界狀態，同時接近甲烷作為天然氣的摩爾比。
如圖23所示，當混合物已改變到超臨界狀態時，甲烷-丁烷混合物的能量密度減少到低于液相狀態時的能量密度。然而，在它的超臨界狀態固定之后，它的能量密度保持近似恒定，而與壓力升高無關。當在200atm的最大壓力下加甲烷時，甲烷的摩爾百分數為84.5％，而丁烷的摩爾百分數為15.5％。這時，混合物的能量密度約為壓縮的天然氣能量密度的2.1倍。
即使在應用丁烷作為溶劑時，在超臨界狀態下貯存甲烷-丁烷混合物也可以增加貯存的甲烷濃度和能量密度。實施例9在本發明的優選實施例9中，采用丙烷作為碳原子數不少于3的烴。圖16示出通過將甲烷溶于丙烷所制得的甲烷-丙烷混合物的溫度-壓力關系。如從圖16所看到的，對摩爾百分數為80％的甲烷來說，無論加多大壓力，它的露點曲線不擴大到15℃或更高溫度的范圍。因此，無論在多大壓力下甲烷-丙烷混合物都不液化，并可從貯存容器中排放，同時在其超臨界狀態或氣態下保持它的組分的恒定比率。
因此，當用丙烷作為碳原子數不少于3的一種烴時，即使在室溫下不液化的燃料也可以使用。實施例10用于按照本發明所述的甲烷基氣體的氣體液化和貯存系統的實施例10和后面實施例，涉及在從使用中的貯存容器中排放物料時保持貯存的物料各組分恒定比例的技術。
為了使甲烷與一種具有碳原子數不少于3的烴混合，按照上述實施例7—9，將烴和甲烷供應到貯存容器10中，如圖24所示。首先經過進料管道28，將一種具有碳原子數不少于3的烴，如丙烷、丁烷、或戊烷加到貯存容器10中，然后迫使甲烷經過進料管道28進入容器中。由于進料管道28連接到如圖24所示的貯存容器10的底部，所以甲烷穿過事先供應的液體烴鼓泡。這種鼓泡產生一種攪動作用，并可以加速液體轉變到它的超臨界狀態。除了鼓泡之外，也可以安裝一個攪拌器30，以便攪動貯存的物料，這種貯存物料是含甲烷的烴。
開始，在貯存容器10中存在液相16和氣相12。當用上述方法迫使甲烷進入碳原子數不少于3的烴中期間進入了超臨界狀態時，液相16終止存在。在超臨界狀態，貯存容器10中內容物各組分元素的比率固定不變，并因此可以排放包括恒定比率各組分的貯存物料。上述使貯存容器10中內容物處于超臨界狀態的裝置，是供本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統組成調節裝置的一個例子，上述氣體的主要成分是甲烷。
圖25示出一個例子的情況，其中安裝在本身，如機動車上的車身部件貯存容器，用處于超臨界狀態的含甲烷的烴裝滿，上述超臨界狀態用圖24所示的方法形成。在圖25中，從裝有碳原子數不少于3的烴的烴槽32中，將烴供應到混合器34中。然后，將用增壓器36壓縮到200—250atm之后儲蓄在甲烷儲蓄器38中的甲烷排放，以便吹入混合器34。混合器34裝備一個特制攪拌器(未示出)。將含甲烷的烴儲蓄在一混合氣體儲蓄氣缸40中，該含甲烷的烴用這種將甲烷和含碳原子數不少于3的烴混合制造，并在200atm下處于超臨界狀態。裝料機43用處于超臨界狀態的含甲烷的烴裝入車身部件貯存容器，上述含甲烷的烴儲蓄在混合氣體儲蓄氣缸40中。
應該注意，目前的燃料加料站常常具有供應氣體的服務，如13A(Wobbe指數，12600—13800(kcal/m3)，燃燒速度35—47(cm/sec)，ex.甲烷88％、乙烷6％、丙烷4％、異丁烷0.8％、正丁烷1.2％)，并且可以用這種氣體代替甲烷。
當圖24所示的貯存容器10逐漸地用含甲烷的烴(這是一種甲烷和碳原子數為不少于3的烴的混合物)裝料時，貯存容器10的溫度升高。由于貯存容器10的溫度升高使實際裝料速率降低，所以必須將貯存容器10冷卻。
圖26示出一個冷卻貯存容器10方法的例子。在圖26中，冷卻管道44卷繞貯存容器10，并將冷卻液體從冷卻液供應管道46供應到冷卻管道44中。當例如用一1001-槽作為貯存容器10，并用在25℃室溫和10℃冷卻液溫度下含83％甲烷和17％丁烷的氣體裝料時，槽內部的溫度升高到30℃。觀察到從室溫溫度升高至多5℃。另一方面，當槽用同樣條件下壓縮的天然氣(CNG)裝料時，觀察到槽內部的溫度升高約高于室溫25℃。
因此，按照本發明所述制得的含甲烷的烴產生更大的冷卻效果，由于烴性質的結果，最可能是它的液相在較低壓力下存在，并且隨著壓力升高而改變到一種超臨界狀態。因此，在轉變到超臨界狀態之前，在較低壓力條件下存在于槽中的液相使槽冷卻，同時產生顯著的冷卻效果。實施例11上面圖17示出由加甲烷到丁烷溶劑中所形成的甲烷-丁烷混合物的溫度-壓力關系。如圖17所示，對80％摩爾比的甲烷，在室溫如15℃下發現跨過它露點曲線的某個溫度。因此，盡管將處于超臨界狀態的甲烷-丁烷混合物開始貯存在貯存容器中，但是當容器中的壓力隨著貯存的甲烷被用掉而下降時，氣體將在某個壓力下液化。對上述甲烷比例，發現在60℃或更高的溫度范圍內沒有跨過露點曲線的壓力，這表明如果壓力降到通常應用的標準之下，甲烷就液化。
當如上所述在貯存容器中存在氣相和液相時，每一相中的甲烷濃度是不同的。在氣相中，甲烷量多，而在液相中丁烷量多。為了排放這種含甲烷的烴，以使它的各組分的比例相應于在其超臨界狀態下排放混合物時固定的比例，必須以固定的比例同時排放氣相分量和液相分量的組合，并且然后在使用之前混合在一起。通過這種平行排放氣相和液相二者，正如預料的那樣，可以得到包括同樣比例各組分處于超臨界狀態的燃料，因為在貯存容器10中作為整體的甲烷比率與處于超臨界狀態的烴比率相同。
上述通過在氣相和液相二者中平行排放來排放貯存在貯存容器10中的物料，并合并排放的物料的裝置，是包括在本發明中的組成調節裝置其中一個例子。下面將接著說明實施這種裝置的例子。
圖27示出一種例子的情況，其中含甲烷的烴從貯存容器10的液相16部分和氣相12部分中排放。在這種情況下，由于液相16的濃度高于氣相12的濃度，所以液相16中排放管道48的一條管線直徑必須小于氣相12中排放管道48的另一條管線的直徑。從液相16排放的含甲烷烴和從氣相12排放的含甲烷的烴于排放管道48中混合在一起，用一壓力調節器50調節壓力，并供應到用作燃料的另一個系統中。
例如，對包括17％摩爾比率丁烷和83％摩爾比率甲烷的含甲烷的烴來說，在約21℃和130atm下進行氣液分離。對這種樣品，液相16中排放管道48其中一條管線的直徑，應當是氣相12中排放管道48另一條管線直徑的三分之二左右。因而從貯存容器10排放的含甲烷的烴中各組分的比率，將與在超臨界狀態下排放時固定的比率等效。
在排放管道的其中每條管線上都安裝一個單向閥19，以防止排出的燃料返回貯存容器10。
圖28示出從貯存容器10排放含甲烷烴的方法其中之一修改例。在圖28中，將攪拌器52沿著通往另一個系統的路線安裝在排放管道48上。在這種攪拌器52情況下，從液相16排放的含甲烷的烴和從氣相12排放的含甲烷的烴充分混合在一起，以便可以得到均勻的燃料。攪拌器52其中一個例子的可能結構是一組安裝在軸承軸上的葉片。由于這種類型的攪拌器利用含甲烷的烴的排放壓力旋轉，所以不需要附加的能源。
圖29示出從貯存容器10排放含甲烷烴的方法另一個修改例。在圖29中，加熱室54安裝在通往另一個系統路線上的排放管道上。在這個加熱室54中，將從貯存容器10中液相16和氣相12排出之后混合的含甲烷的烴加熱和混合。這個步驟可以使包括在含甲烷的烴中的液體完全蒸發。因此可以產生具有甚至更均勻組成充分混合的含甲烷的烴。
上述加熱室54可以定位在壓力調節器50的上游或下游。作為這種加熱室的熱源，可以采用例如發動機冷卻劑。應該理解，將加熱室54內部的溫度調到在40℃和60℃的范圍內。
另外，圖30示出從貯存容器10排放含甲烷的烴的方法另一修改例。在圖30中，將從液相16排放的含甲烷的烴運送到加熱室54，在該加熱室54中使其蒸發。通過將這樣產生的蒸汽氣體與從氣相12中排放的氣態含甲烷的烴按規定的比例混合，可以將具有恒定組分比例的燃料供應到另一個系統中，如其中使用它的發動機中。在這種情況下，在混合時，加熱室54中產生的蒸汽氣體與從貯存容器10的氣相12中排放的氣態含甲烷的烴二者的比例不一定是1∶1，但應該適當地調節到具有所考慮的各組分比率。這可以使含甲烷的烴中各組分的比率在更大的程度上穩定。
從液相16排放的液體含甲烷的烴在用閥56調節它的排放體積之后，經過單向閥49運送到加熱室54中。加熱室54的溫度利用例如發動機冷卻劑調到40℃—60℃的范圍內，使運送到該加熱室54的含甲烷的烴蒸發。加熱室54中蒸發的烴在用一個壓力調節器50進行壓力調節之后，與已從氣相12排出的氣態含甲烷的烴混合在一起，并且還用另一個壓力調節器50進行壓力調節。在用這些壓力調節器50的情況下，應當適當地調節輸送從加熱室54產生的蒸汽氣體和從貯存容器10的氣相12中排放的氣體的壓力。因此將這些氣體的體積如上所述按某種比例控制，以便可以用它的各組分與對貯存容器10中整個物料所預期的相同速率，得到含甲烷的烴氣體。此外，安裝在另一個系統路線上的排放管道上的攪拌器52可以使氣體的組成更均勻。
此外，圖31示出從貯存容器10排放含甲烷的烴的方法另一修改例。在圖31中，另外安裝一個浮子58，以便能檢測貯存容器10中的液相16。由于浮子58浮在液面上，所以通過測定浮子的垂直位移可以測定貯存容器10中的液量。一個位置傳感器60檢測浮子58的位置，并將該數值輸出到運算元件62上。浮子58，位置傳感器60，和運算元件62一起構成包括在本發明中的液量檢測器。
此外，將一壓力傳感器66固定到一氣相部分64的噴嘴上，該噴嘴用于從貯存容器10的氣相12中排放氣態含甲烷的烴。這個壓力傳感器66的輸出也輸入到運算元件62中。
當通過檢測浮子58的位置檢測液相16時，運算元件62根據來自位置傳感器60的輸出，計算所產生的液量。同時，壓力傳感器66檢測氣相12中的壓力。它的輸出與溫度計(未示出)測得的溫度一起輸送到運算元件62，在此處計算液相中含甲烷的烴量。因此可以用很高的精度測定貯存容器中剩余的液量。由于貯存容器10中開始燃料各組分的比率事先已知，所以從測量處的溫度可以計算出液相16和氣相12中各組分的比率。
根據這樣算得的液相16和氣相12中各組分的比率，分別按適當的比例從氣相部分64的噴嘴和液相部分68的噴嘴中排放氣態和液態的含甲烷的烴。通過將這些烴混合在一起，可以得到它的各組分與它處于其超臨界狀態排放時固定的比率具有相同比率的燃料。
上述方法是根據這樣的假定來說明的，即貯存容器10中的壓力由于從該容器10中排放含甲烷的烴而降低，并且，結果，烴的超臨界狀態變成液相16。然而，對含有預定比率甲烷的烴來說，例如，象圖17，18，和19中所示的那些烴，在某一溫度或高于某一溫度下，這些烴在液相中不存在。當通過例如讓從發動機輸送的發動機冷卻劑流經容器10處的冷卻管道44時，如圖26所示，可以保持超臨界狀態，即使在貯存容器中的壓力下降時也是如此。因此其各組分具有恒定比率的含甲烷的烴可以在其超臨界狀態下排放，而不需要從液相16和氣相12分開排放烴。為了調節溫度以便保持貯存容器10中的超臨界狀態，優選使用如上所述的發動機冷卻劑。由于從發動機系統輸送的發動機冷卻劑溫度通常約為90℃，所以如果采用丁烷作為烴，則甲烷的70％—80％范圍內的摩爾比率能排放含甲烷的烴，同時防止液相16產生。
以上述方式應用的冷卻管道44是包括在本發明中的組成調節裝置的其中一個例子。實施例12圖32示出貯存容器10的其中一個例子，該貯存容器10可以在供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統中使用。在圖32中，通過連接到貯存容器底部的加料管28供應特定的烴和甲烷并混合。由于加料管28固定到貯存容器10的底部，所以應該首先供應液體烴。當壓縮的甲烷或其主要成分是甲烷的氣體強行進入烴中時進行鼓泡，同時產生攪拌作用并有助于轉變成超臨界狀態。此外，在加料管道28和貯存容器10的接合處，安裝一攪拌葉輪組件70，該攪拌葉輪組件70通過吹動甲烷或其主要成分是甲烷的氣體而釋放出來的壓力旋轉，同時進一步增強了攪動作用。
圖33示出貯存容器10的另一個例子，該貯存容器10供甲烷基氣體的氣體液化和貯存系統使用。在圖33所示的例子中，貯存容器10是直立放著。因此，當用于溶解甲烷的烴液體進入貯存容器10時，液面很快升高，同時使甲烷更容易不斷吹出氣泡。此外，攪拌葉輪組件70可以安裝在加料管道28和貯存容器10的接合處，如圖32所示。
上述加料管道28和攪拌葉輪組件70是包括在本發明中的攪拌裝置其中一個例子。
由于加料管道28固定到貯存容器10的底部，所以它也起液相16中排放管道48其中一條管線的作用。在貯存容器10的頂部，還將氣相12中排放管道48的另一條管線連接到容器上。因此，如果貯存在貯存容器10中的處于其超臨界狀態的含甲烷的烴，由于壓力下降而改變成液相，則氣態烴和液態烴可以分別經由排放管道48的頂部管線和底部管線排放。然后，分開排放的烴可以按照上面實施例11所述的方法混合在一起，并且可以得到具有其各組分均勻比率的含甲烷的烴。
當貯存容器10調節到如這個實施例中那樣直立放著時，可以更有效地利用安裝空間，如安裝在汽車上那樣。
圖34示出供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統貯存容器的另一個例子，上述氣體其主要成分是甲烷。在圖34中，貯存容器是一種臥放著的槽。與圖31中的例子相同，這種貯存容器10安裝有液相部分68的噴嘴和氣相部分64的噴嘴，上述液相部分68的噴嘴用于從液相16中排放液體含甲烷的烴，而氣相部分64的噴嘴用于從氣相12中排放氣態含甲烷的烴。氣相部分64的噴嘴對應于圖33所示排放管道48的上面管線，而液相部分68的噴嘴對應于圖33所示排放管48的下面管線。當處于超臨界狀態的烴變成液相16時，可以分別從氣相部分64的噴嘴和液相部分68的噴嘴排放氣態和液態的烴。通過適當地混合各組分，可以得到其組分具有與在其超臨界狀態下排放時固定比率相同的比率的含甲烷的烴。
這個例子的貯存容器10通過讓烴和甲烷經由液相部分68的噴嘴進入而裝入烴和甲烷。在液相部分68的噴嘴上，將攪拌葉輪組件70安裝在噴口處，用于噴射烴和甲烷。當迫使氣態甲烷進入液體烴中時，攪拌葉輪組件70被從壓縮的甲烷所釋放的壓力旋轉，因此增加了攪拌作用并有助于轉變成超臨界狀態。它也適合安裝數個攪拌葉輪組件70，如圖34所示。
圖35示出圖34所示攪拌葉輪組件70的其中一個例子。在圖35中，攪拌葉輪組件70是滾珠軸承式的。滾珠軸承76裝配在外座圈72和內座圈74之間，以便這些座圈可以彼此相對地旋轉。內座圈74安裝一組葉片，當吹出的甲烷氣體撞在這些葉片上時，它們與內座圈74一起旋轉。因此當安裝在內座圈74內的葉輪78通過釋放壓縮的甲烷中壓力而旋轉時，它們可以有效地攪動貯存容器10中的液體。不需要額外的動力來旋轉葉輪，因為壓縮的甲烷的壓力就是用于旋轉葉輪的動力。實施例13圖36示出用于實施供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統的一種構造。在圖36中，固定的貯存容器80貯存具有碳原子數不少于3的烴和甲烷或一種碳原子數不多于2的烴，該烴含有作為主要成分的甲烷，它處于超臨界狀態。這種固定的貯存容器80安裝在一固定地點，用于將含甲烷的烴供應給汽車車身。
加料機42連接到固定的貯存容器80上，并且通過該加料機用處于超臨界狀態的含甲烷的烴裝入安裝在汽車車身如機動車上的汽車車身部件貯存容器84中。因此汽車車身部件貯存容器84可以裝入這種處于超臨界狀態的烴。
當汽車車身部件貯存容器84裝入含甲烷的烴時，固定的貯存容器80中的壓力降低。如上述圖16—19所示，不同的含甲烷的烴(其中每種都是通過使甲烷與不同的烴混合而產生)，可以按照甲烷的摩爾百分數在一定的溫度和壓力下液化。當處于超臨界狀態，在一規定溫度下壓力下降時，在液相開始的某一溫度下壓力范圍和露點曲線相交。當例如丁烷和甲烷混合時，80％摩爾百分數的含甲烷的烴在20℃和140或更高atm下仍處于超臨界狀態，但當壓力降到低于140atm時，它進入液體狀態。
為了使固定的貯存容器80內的混合物保持處于超臨界狀態，當用容器中的一部分含甲烷的烴裝入汽車車身部件貯存容器84時，可能需要對容器再補給，以便掩蓋相應的不足。本發明所包括的固定地點安裝有混合器34和活塞86，用于給固定的貯存容器80裝料。將甲烷供應管道88和丁烷供應管道90連接到活塞86上。丁烷供應管道90不限于丁烷，而是可供選擇地用來供應合適的碳原子數不少于3的烴。攪拌器92安裝在混合器34中。
在混合器34和活塞86情況下，用下述方式將含甲烷的烴供應到固定的貯存容器10中。首先，通過相應的甲烷供應管道88和丁烷供應管道90，將甲烷和丁烷供應到活塞86中，而活塞86迫使甲烷和丁烷進入混合器34。重復這種操作，直至混合器34中的壓力變得對甲烷和丁烷混合物來說變得足夠大，以便進入超臨界狀態時為止，而同時攪拌器92攪動混合器34的內容物，以便促進轉變到超臨界狀態。接著，將混合器34中調節到處于超臨界狀態的含甲烷的烴供應給固定的貯存容器80。當然，可以用另一種碳原子數不少于3的烴來代替丁烷。
當含甲烷的烴貯存在汽車車身部件貯存容器84中的壓力約為200atm時，固定的貯存容器80中的壓力必須保持在約250atm下。因此，重要的是將含甲烷的烴供應到固定的貯存容器80來掩蓋內容物的不足，以便保持上述壓力。
圖37示出用于供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統的上述示意圖的修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。在圖37中，混合器34和活塞86合并成一個單元。在這種構造情況下，攪拌器92通常設置在混合器34的外部，并且在必要時收縮到混合器34中，以便攪動混合器34的內容物。當攪拌器92在混合器34的外部時，閘板94關閉攪拌器92的入口。按下述方法將含甲烷的烴供應到固定的容器80分別通過甲烷供應管道88和丁烷供應管道90將甲烷和丁烷供應到混合器34中；攪拌器92攪動混合器34的內容物，并從混合器34中抽出；及活塞86將處于超臨界狀態的含甲烷的烴推入固定的貯存容器80中。除了丁烷之外，也可以優選地應用另一種碳原子數不少于3的烴。在這種修改中，固定貯存容器80中的壓力必須保持在約250atm。
在隨著活塞86壓縮含甲烷的烴而壓力升高的過程中，當烴的液相出現時，某種壓力范圍可以與露點曲線相交。圖38示出甲烷-丁烷混合物的溫度-壓力關系，它相當于圖17所示的關系。在圖38中，當壓力在30℃下增加時，20atm和140atm之間的壓力范圍與露點曲線相交。因此，在這個溫度下，液相在20atm—240atm的范圍內存在。含甲烷的烴這種有害的液化作用可以通過應用兩級壓縮甲烷-丁烷混合物氣體來減少。首先，應當完成從低于20atm例如點A快速壓縮到高于140atm例如點B，并且接著進行第二次壓縮，從點B壓縮到250atm。經過兩級或多級壓縮，可以更容易將含甲烷的烴壓縮到一個高壓。這可以通過在沿著將含甲烷的烴供應到固定的貯存容器80的管線上安裝多個活塞86來完成。
當安裝在圖36和37所示的汽車車身82上的汽車車身部件貯存容器84裝入含甲烷的烴時，必須計量它的裝料量。然而，如圖38所示，含甲烷的烴可以根據溫度和壓力進行液化。為了得到正確的測量，裝料量必須在超臨界狀態下測量；應當沒有出現液相的可能性。理想情況是控制裝料機42處的溫度和壓力，以便防止液相在裝料機42中出現。優選的是裝料機42安裝有一加熱設備(未示出)，以便即使在裝料機壓力下降時也能保持超臨界狀態，上述裝料機壓力可以認為是等同于固定的貯存容器80中的壓力。
上述活塞86和混合器43構成包括在本發明中的注射設備。實施例14通過供上述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統以超臨界狀態貯存的甲烷，可以用來將能量供應到例如燃料電池(fuel cell)上。由于按照本發明所述的甲烷貯存方法能將較高濃度的甲烷如上所述貯存，所以可以減少例如用于燃料電池動力汽車應用的槽容積，并因此由于更輕的燃料系統結構而可以將這種汽車造得更緊湊。
圖39示出重整含甲烷的烴(含甲烷的丁烷)用于燃料電池的過程，同時假定該烴已經通過將甲烷溶于丁烷制得。在圖39重整裝置中，甲烷和丁烷分開分解并提取出氫。當例如燃料電池動力汽車行駛600km時，需要4kg的氫，從1摩爾甲烷產生4摩爾氫，而從1摩爾丁烷產生13摩爾氫。為了用具有圖39所示的組分元素的比率(甲烷V/V＝310，丁烷V/V＝70)產生4kg的氫，需要21升處于超臨界狀態的氫。表2將汽車行駛500km所需的甲醇計算量與相應的甲烷量進行了比較。
表2安裝在汽車上的燃料槽類型比較

正如表2所看到的，汽車行駛500km需要41升甲醇。然而，當采用含甲烷的丁烷混合物作為燃料電池的燃料時，汽車可以在剛好21升燃料時行駛500km，上述含甲烷的丁烷混合物通過將甲烷溶于丁烷制得并貯存在其超臨界狀態下。因此，對行駛相應距離來說，較小的槽足夠用于貯存含甲烷的丁烷燃料。
在按照本發明所述的氣體液化和貯存系統中，甲烷是在溶于一種碳原子數不少于3的烴如丙烷、丁烷等中之后貯存。由于如丙烷和丁烷這樣的烴比甲烷更容易分解，所以可以在較低溫度下進行提取氫的重整(reforming)反應。例如，甲烷的蒸汽重整要求約900℃的溫度，而溶于丁烷并以超臨界狀態貯存的甲烷可以在約700℃下分解用于重整。因此，對于后者，可以減少氫的熱損耗，并以較高的效率進行重整。
由于對用按照本發明所述的上述系統貯存的含甲烷的烴，需要較低的溫度用于蒸汽重整，所以很容易抽出用于重整的水，并且可以大大減少用于蒸汽重整所供應的水量。
圖40示出三種供電方式及它們的總效率在電站發電，通常是用天然氣作原料來發電的熱電廠；將壓縮的天然氣(CNG)重整并供應到燃料電池(FC)上；和將用按照本發明所述貯存方法在超臨界狀態下貯存的天然氣重整并加到FC上。正如從圖40可以看到的，用按照本發明所述的甲烷貯存方法貯存的處于超臨界狀態的含甲烷的烴供應燃料電池的方式，由于按照本發明所述貯存的烴可以如上所述以較高的效率重整，所以能達到最高的發電總效率。實施例15作為本發明的優選實施例15，圖41示出貯存容器10，及用一種碳原子數不少于3的烴和甲烷或一種碳原子數不多于2的烴(它含有甲烷作為主要成分)供應貯存容器10的設備的構造示意圖。在圖41中，通過單向閥49將室96連接到貯存容器10上。對于室96，連接兩條管道。其中一條管道是用于供應一種碳原子數不少于3的烴的溶劑供應管道98，而另一條管道是用于供應甲烷或一碳原子數不多于2的烴(具有甲烷作為主要成分)的甲烷供應管道100。
當從貯存容器10將含甲烷的烴供應給用戶燃料系統如燃料電池時，貯存容器10中的甲烷和碳原子數不少于3的烴減少。因此，貯存容器10必須再用甲烷和碳原子數不少于3的烴二者裝滿。由于它的高壓性能，所以即使將甲烷或碳原子數不多于2的烴(含甲烷作為主要成分)壓縮至高達200atm，以便將保持貯存容器10的內部超臨界狀態，貯存容器10也可以充分地裝料。另一方面，對碳原子數不少于3的烴而言，如果加高壓于其上，貯存容器10也可以裝料，但當將具有更多碳的烴壓縮到高壓時，通常會遇到一些困難，其中包括液化的問題。
因此，在本實施例中，首先是在低壓下用一規定量的一種碳原子數不少于3的烴，通過溶劑供應管道98供應給室96。然后，通過甲烷供應管道100并經由室96，用高壓的甲烷給貯存容器10裝料。當貯存容器10用甲烷裝料時，事先已注入室96中的碳原子數不少于3的烴和甲烷一起傳送。因此，可以避免對烴施加高壓，并可以很容易地給貯存容器10裝料。
上述室96相當于包括在本發明中的暫時裝料容器。實施例16當用丁烷作為碳原子數不少于3的烴，和將天然氣如13A溶于丁烷并進入超臨界狀態時，混合物各組分元素的比例如圖42的超臨界范圍所示。這些比例是待從貯存容器10排放的氣體中各組分的比例。當超臨界狀態改變成其中氣相和液相共存(圖42所示的液相＋氣相的范圍)時，混合物變成在液相中富含丁烷，并因此在氣相部分中的氣體由較多甲烷和較少丁烷組成。圖42所示的例子說明在21℃下共存的氣相和液相的狀態，其中正丁烷的比率在7％左右是穩定的。因此發現，如果在貯存容器10中正丁烷的比率一開始就調到7％，則無論是在共存的氣相和液相狀態的氣相部分中，還是在超臨界狀態的氣相部分中，都可以保持氣體中各組分大致恒定的比率，如圖43所示。因此，優選的是將用其裝入貯存容器10的含甲烷的烴中各組分的比率，調到等于容器內共存的氣相和液相狀態的氣相部分中存在的各組分的比率。這樣，就可以從共存的氣相和液相狀態下貯存容器10的氣相部分中，或是從超臨界狀態下的容器10中，排放其各組分具有大致恒定比率的含甲烷的烴。
對圖43所示的例子，烴的各組分為82.2％CH4、6％C2H6、4％C3H8、0.8％i-C4H10、和7％n-C4H10。無論是在貯存容器10的超臨界狀態，還是在容器10共存的氣相和液相狀態，都可以使待從容器10中排放的貯存物料中各組分的比率保持大致恒定，從而防止了對用戶汽車邊上發動機燃燒特性的不利影響。實施例17圖44示出從貯存容器10供應燃料時，兩個周期中甲烷組分比率變化的情況，在貯存容器10中，已經按丁烷與甲烷之比為20∶80貯存了丁烷和甲烷，其中在一個周期中是將處于超臨界狀態的燃料供應給汽車上的用戶燃料系統，而在另一個周期中是從處于共存的氣相和液相狀態的液相部分12中供應含甲烷的烴作為燃料。在供應燃料的超臨界狀態下，從貯存容器10中排放的貯存物料中，甲烷組分的比率是恒定的，因此，留在貯存容器中含甲烷的烴其中各組分的比率也保持恒定。
另一方面，當由于壓力和溫度改變的結果超臨界狀態變成共存的氣相和液相狀態，并且從貯存容器10的氣相部分12供應貯存的物料時，甲烷組分的比例可以變成象圖44所示的比例那樣高。結果，留在貯存容器10內的含甲烷的烴中，甲烷的比率改變。即使當貯存容器10(其中甲烷的比例已改變)含有丁烷-甲烷之比為20∶80時具有恒定的組分比例的燃料，貯存容器10中燃料各組分的比例也變得與開始裝料時的那些比例不同。因此，產生一些問題，如供應到用戶燃料系統的燃料中甲烷的比率不能保持恒定；和高濃度甲烷不能以最佳比率貯存在貯存容器10中。
為了抵銷這種影響，可以應用下列步驟測量留在貯存容器10中含甲烷的烴(燃料)量及各組分的比率根據這些測量數據，在作為燃料供應設施的氣體站處，用一種烴溶劑如丁烷和氣體如其主要成分是甲烷的天然氣供應貯存容器10，以便貯存容器10內燃料中各組分的比例將等于開始供應時的比例。
圖45示出用于實現實施例17的構造示意圖，其中貯存容器10可以按上述方式用甲烷和烴供應。在圖45中，當汽車側上的貯存容器10用燃料供應側的燃料供應時，用于測定貯存容器102中狀態的裝置測量貯存在貯存容器10內含甲烷的烴中各組分的比率和烴溶劑的量，并將測量數據傳送到燃料供應側的供應比例控制裝置114上。因此用于測定貯存容器102中狀態的裝置包括一個組成信息測定裝置和一個傳送裝置，上述組成信息測定裝置用于測定貯存容器10內貯存的物料中各組分的比率和烴溶劑的量，而上述傳送裝置用于將檢測結果傳送到供應側，從該供應側將其主要成分是甲烷的氣體和烴溶劑供應給貯存容器10。根據所提供的數據，供應比例控制裝置114計算將一種氣體如CNG(壓縮的天然氣)和烴溶劑供應給貯存容器10的比例，上述氣體含有作為主要成分的甲烷。根據計算結果，供應比例控制裝置114調整在CNG供應源104和溶劑供應源106處的閥開口，以便按比例用CNG和烴溶劑供應一暫時貯槽108，上述比例適用于用該混合物作為燃料的汽車。在暫時儲備之后，將CNG和烴溶劑供應給汽車側的貯槽10中。
在這個過程中，首先用烴裝入暫時貯槽108，然后再用CNG裝入貯槽108。這是由于貯槽108如果事先裝入CNG(通常以高達20MPa的比例壓縮)，則很難裝入烴溶劑液體。
將貯存容器10處的壓力、溫度、和液體的量輸入到用于測定貯存容器102中狀態的裝置上。從壓力和溫度，可以計算出貯存容器中現有的氣體體積。貯存容器10中的烴溶劑量可以由浮子的位置或測得的貯存容器10靜電電容確定。此外，利用事先作出的組分比率表，可以從壓力和溫度計算出貯存在貯存容器10內燃料中各組分的比例。
然后，貯存在貯存容器10中的物料在內燃機，如發動機110中氧化。在燃料使用側，空氣-燃料(A/F)比測定裝置112測量空氣-燃料的比例并計算由發動機110所消耗的燃料中各組分的比例，以便可以計算出供應多少燃料量到發動機中。它也可用于以這種方式得到各細分的比例和所消耗的燃料(烴)量，并用于將這個數據傳送到溶劑供應側。照這樣，可以保持貯存在貯存容器10內物料中各組分大致恒定的比例，并可以將具有恒定的組分比例的燃料供應給發動機110。
圖46示出供按照本實施例所述氣體用的氣體液化和貯存系統修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。在圖46中，暫時貯槽108安裝在汽車側而不是在燃料供應側。將暫時貯槽108安裝在燃料供應側如氣體站上目前認為有困難，但將它安裝在汽車側，就象這個修改例中那樣，是比較容易的。這種方式能很容易用其主要成分是甲烷的氣體和烴溶劑裝入汽車，而不需要制造新的燃料供應設施。
在上述這個實施例的說明中，假定貯存容器10完全裝滿。然而，容器可以裝入一特定的燃料量，該燃料量少于容器的全部容量。為了能靈活的裝滿容器，在這個實施例中的供應比例控制裝置114可以根據待供應的氣體(其主要成分是甲烷)量，計算出CNG和烴溶劑供應的比例。因此汽車側上的貯存容器10可以再適當地裝入規定量的燃料，該規定量的燃料比容器的全部容量少。實施例18圖47示出供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例18的構造示意圖，上述氣體其主要成分是甲烷。對安裝在汽車側上的貯存容器10，在圖47中，只有它的氣相部分12的內容物專門通過氣相出口14排放，該氣相出口14設置在貯存容器10的頂部。貯存容器10中烴溶劑的液量用液量檢測器116檢測。
在通過貯存容器10的頂部處氣相出口14，只從氣相部分12排放的情況下，即使在排放物料時，也可以在貯存容器10內，保持所貯存的物料中各組分大致恒定的比例。因此，按照這個實施例所述的氣相出口14，是包括在本發明中的組成調節裝置的其中一個例子。按照本實施例，由于只有氣相部分12的內容物從貯存容器中排放，所以在甲烷的消耗繼續進行時可以減少甲烷溶于其中的烴溶劑消耗。
當貯存容器10象上述實施例那樣，在燃料供應側處再用燃料裝入時，通常，CNG供應源104只供應CNG。這時，如果安裝在貯存容器10處的液量檢測器116檢測出貯存容器10中液體減少，則必要時溶劑供應源106供應烴溶劑。盡管從貯存容器的氣相部分12中還排放微量的烴溶劑，但合適量的待再裝滿的烴溶劑，可以只由通過液量檢測器116所檢測的貯存容器10中的液量決定。
圖48示出供按照這個實施例所述的甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統構造修改例。在圖48中，溶劑回收裝置118設置在氣相出口14的路線上。這個溶劑回收裝置118回收包括在從貯存容器10的氣相部分中排出的氣體中的微量烴溶劑，并使它返回貯存容器10。這進一步有助于防止貯存容器10中的烴溶劑減少，以便可以使貯存容器10內烴中各組分的比率穩定。
圖49示出供這個實施例中氣體用的氣體液化和貯存系統構造的另一實施例，上述氣體其主要成分是甲烷。在圖49中，貯存容器10安裝在車輛側上，或者換句話說，安裝在汽車車身上，并且將用于只貯存烴溶劑的烴溶劑專用貯存容器120連接到這個容器10上。一個控制裝置，例如控制閥設置在貯存容器10和烴溶劑專用的貯存容器120之間。照這樣，可以減少燃料再裝入的頻率，在燃料再裝入期間，將烴溶劑從燃料供應側如氣體站供應到車輛側。實施例19圖50示出供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統優選實施例19的構造示意圖。在圖50中，回收容器122連接到貯存容器10上，以便接收容器底部回收剩余的燃料，并且當貯存容器10裝入烴溶劑和CNG時，首先回收貯存容器10中剩余的燃料并運送到上述回收容器122中。用于測定貯存容器102中狀態的裝置安裝在回收容器122處，該裝置檢測回收燃料中各組分的比率及燃料量。然后，計算出再裝入所需的烴溶劑和CNG量。根據計算結果，將規定量的烴溶劑從烴溶劑供應源106供應到暫時貯存容器124中。然后，也將回收容器122中所含的回收剩余燃料供應到該暫時貯存容器。此后，將按照上述計算所得的規定量CNG從CNG供應源104注入到暫時性貯存容器124中，這使暫時性貯存容器124中的壓力升高。然后，從這個容器124中放出貯存在暫時貯存容器124中的物料，并供應到貯存容器10中。
即使在貯存容器10中的壓力高時，上述構造也能很容易地用烴溶劑裝入貯存容器10。
圖51示出這個實施例中氣體液化和貯存系統構造的修改例。對圖51所示的構造來說，將CNG供應到回收容器122，而不是供應到暫時貯存容器124。在剩余的燃料從貯存容器10中回收，并運送到回收容器122之后，貯存容器10中的壓力變低。因而，貯存容器10可以直接裝入烴溶劑，而不用借助CNG壓力。因此，只有烴溶劑供應到暫時貯存容器124，并且然后供應到貯存容器10。另一方面，將CNG供應到回收容器122，并用CNG與回收容器122中回收剩余的燃料裝入貯存容器10。此外，其中一部分剩余燃料可以從回收容器122輸送到暫時貯存容器124，然后與烴溶劑一起供應到貯存容器10中。
圖52示出這個實施例的氣體液化和貯存系統構造的另一個修改例。在圖52中，回收容器安裝在車輛側而不是在燃料供應側上。這可以省去在燃料供應側處建造新的設施。
在這個修改例中，用于測定貯存容器102中狀態的裝置象圖50中那樣，測定從貯存容器10中回收并被回收容器122接收的剩余燃料中各組分的比例。將這種測定的結果傳送到燃料供應側上的供應比例控制裝置114上，并且供應比例控制裝置114計算按需要量供應CNG和烴溶劑的比例，以便保持燃料各組分的比率在貯存容器10中恒定。根據這個測定結果，CNG供應源104和烴溶劑供應源106分別將規定量的CNG和烴溶劑供應到貯存容器10中。
利用泵126，使回收容器122中所含的回收剩余的燃料返回貯存容器10。
此外，圖53示出供這個實施例中氣體用的氣體液化和貯存系統構造的另一個修改例，上述氣體其主要成分是甲烷。另外在這個修改例中，回收容器122安裝在車輛側上。然而，對這個修改例，是利用CNG的壓力使回收容器122中所含的回收剩余燃料返回貯存容器10，該壓力主要是用于將CNG供應到回收容器122中，因此，圖52中所示的泵126不需要。實施例20由于內燃機消耗貯存容器10中含甲烷的烴作為燃料，所以不可避免的一定有微量烴溶劑供應到發動機中，即使在貯存的物料只從貯存容器10的氣相部分12中排放時也是如此。因此，除了主燃料(它是其主要成分是甲烷的氣體)之外，需要將氣體溶于其中的烴溶劑供應到貯存容器10中。溶劑的供應保持貯存在貯存容器10內的物料中各組分恒定的比率，因此從貯存容器10中排放的那些組分的比率也可以保持恒定。
當貯存容器10再裝入烴溶劑時，遇到一個問題是，由于低的溶劑平衡壓力，所以平穩地注射溶劑很困難。解決這個問題的一種可能的方法是在裝入貯存容器10之前，將CNG和烴溶劑混合。然而，由于基礎結構的限制，對于在燃料供應側上制備這種混合物可能很困難。
圖54示出供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存裝置優選實施例20的構造，上述氣體其主要成分是甲烷，該優選實施例20能解決上述問題。在圖54中，供專門溶劑用的暫時裝料容器128如此安裝，以便將其定位高于貯存容器10的液面。為了再用烴溶劑裝入貯存容器10，首先在容器128調成標準壓力情況下，通過閥(a)只用覆蓋貯存容器的溶劑再裝入供專門溶劑用的暫時裝料容器128。然后，關閉閥(a)和打開閥(b)，并使兩個容器的內部壓力平衡，上述閥(b)用于控制供專門溶劑用的暫時裝料容器128與貯存容器10之間的通道。
如圖54所示，由于供專門溶劑用的暫時裝料容器128定位高于作為前級的貯存容器10的液面，所以在暫時裝料容器中液相部分16的液面也高于貯存容器10的液面。當兩個容器的內部壓力相等時，兩個容器之間的這種液面差使烴溶劑從供專門溶劑用的暫時裝料容器128移動到貯存容器10中。
通過上述方法將供專門溶劑用的暫時裝料容器128中的烴溶劑供應給貯存容器10中，但氣態烴溶劑仍留在容器128中。當開動發動機時，打開閥(c)并首先利用這種氣態溶劑，以致供專門溶劑用的暫時裝料容器128中的壓力將降低。然后，供專門溶劑用的暫時裝料容器128可以再用烴溶劑裝料。
當貯存容器10裝入CNG時，打開閥(d)，以便將CNG供應到容器10中。為了用貯存容器10的貯存物料(含甲烷的烴)供應發動機，打開閥(e)和(f)。
圖55示出這個實施例的氣體液化和貯存系統構造的修改例。在圖55中，將CNG(其主要成分是甲烷的氣體)經由閥(d)連接到管線上，通過該管線將烴溶劑供應到供專門溶劑用的暫時裝料容器128中。這種構造能使再裝滿的烴溶劑貯存在供專門溶劑用的暫時裝料容器128中，并且由于CNG壓力作用的結果進入貯存容器10。
對這種修改，貯存容器10經由供專門溶劑用的暫時裝料容器128裝入CNG。
在這個實施例的每種上述構造中，供專門溶劑用的暫時裝料容器128安裝在車輛側。另一方面，圖56示出另一個修改例，其中這個容器128安裝在燃料供應側。在圖56中，安裝在燃料供應側的供專門溶劑用的暫時裝料容器128再用烴溶劑裝滿，上述烴溶劑最后供應到貯存容器10中。將這些烴溶劑與通過單向閥49供應的CNG一起，送到貯存容器10中。
由于通常是將小量烴溶劑與貯存容器10中的甲烷燃料一起輸送到發動機中，所以用于給貯存容器10再裝料的烴溶劑一次裝料量也小。因此，小容積的供專門溶劑用的暫時裝料容器128就足夠了。因而，即使供專門溶劑用的暫時裝料容器128安裝在燃料供應側，也減少了與成本有關的障礙。這種修改是優選的，因為在車輛側不必建造復雜的系統。實施例21圖57示出按照本發明所述氣體液化和貯存系統優選實施例21的構造示意圖。在圖57中，貯存容器10貯存用作烴溶劑的丁烷或汽油，天然氣作為氣體(其主要成分是甲烷)溶解并貯存于上述烴溶劑中。當用汽油作為烴溶劑時，在注入天然氣在室溫下吹氣期間，當容器10中的壓力升高到約17MPa時，在貯存容器10中產生超臨界狀態。當用丁烷作為烴溶劑，在注入天然氣期間達到約15MPa的壓力時，在貯存容器10中產生超臨界狀態。在貯存容器10中這樣得到的超臨界狀態產生如上所述的結果，也就是說，可以貯存高濃度甲烷，并且當從貯存容器中排放物料時，保持貯存物料中各組分恒定的比率。另外，在理論上，當烴類在貯存容器10中以超臨界狀態存在時，沒有液相可以存在。
然而，汽油包括各種各樣的物質作為組分，其中某些物質，如芳族添加劑，抗爆劑等，即使在貯存容器10中達到超臨界狀態時，也作為液體層留在貯存容器10中。在這些條件下，當貯存的物料持續從容器10中排放并用作燃料時，上述液體層在容器10中逐漸增大。當貯存容器10中超臨界狀態最終改變并且壓力降低使氣相12和液相16分離時，如圖57所示，造成液相部分16的汽油中各組分比例與開始的比例不同，產生從液相部分16中排放燃料的問題，包括各組分的比率與開始的汽油中那些組分的比率不同，這個問題可能妨礙發動機運行。
圖58示出當在超臨界狀態下從貯存容器排放貯存的物料時及在氣相和液相共存的狀態時，烴溶劑各組分比例的變化情況。對共存的氣相和液相狀態，貯存的物料從氣相部分排放。正如從圖58所看到的，當在超臨界狀態下排放時，貯存的物料中烴溶劑的比例約為20％，而當在共存的氣相和液相狀態下從氣相部分排放時，比率降至約8％。這表明貯存的物料中各組分的比例在很大程度上波動，這取決于在貯存容器10中是否存在超臨界狀態或共存的氣相和液相狀態。
圖57所示的這個實施例構造這樣設計，以使氣態物料經由設置在貯存容器10頂部的氣相出口14排放，而在排放物料中所包括的液體烴溶劑的量通過氣液分離器130分離和回收。用氣液分離器130回收的烴溶劑，經過安裝有單向閥的反饋通道返回貯存容器10。這樣，可以抑制貯存容器10中烴溶劑量的減少。即使當貯存容器10中的超臨界狀態變到共存的氣相和液相其中之一時，如圖47所示，及當從貯存容器10的液相部分16排放貯存的物料時，汽油都可以接近其各組分開始的比例排放。
即使在貯存容器10中共存的氣相和液相狀態期間，氣相部分的內容物都從氣相出口14中排放，并且一些烴溶劑夾附物在用氣液分離器130分離之后返回貯存容器10。這可以進一步抑制貯存容器中烴溶劑的減少。
用氣液分離器130從烴溶劑中分離出來的氣體富含CNG(天然氣)并可以用作燃料。這種富含CNG的氣體具有一穩定的組成和各組分的比例，它們接近于溶解并貯存在貯存容器10中的組成和各組分比例。圖59示出在氣液分離130出口處的烴溶劑組分比率，該比率在貯存容器10中的超臨界狀態及共存的氣相和液相狀態期間改變。正如從圖59可以看到的，在從貯存容器10排放的貯存物料中，烴溶劑組分的比率對任何一種狀態一般都是恒定的。因此，剩余貯存物料的，或者換句話說，天然氣的比率在排放時一般是恒定的。如上所述工作的氣液分離器130是包括在本發明中的組成調節裝置的其中一個例子。
圖60示出圖57所示氣一液分離器130的其中一個例子，在圖60中，冷卻器132冷卻從貯存容器10進入氣液分離器130的貯存物料，以便通過液化烴溶劑可以更有效地完成溶劑的回收。上述烴溶劑具有較低的沸點。可以優選地采用汽車空調器的制冷劑作為冷卻器130的制冷劑。
圖61示出圖57所示氣液分離器130的另一個例子。在圖61中，從貯存容器10中排放的貯存物料在進入氣液分離器130之前，用調節器134減壓。由于在超臨界狀態下貯存于貯存容器10的物料因減壓而分離成蒸汽和液體，所以可以促進氣液分離器130的操作。因此，可以更有效地回收烴溶劑。
此外，圖62示出圖57所示氣液分離器130的另一個例子。在圖62中，調節器134安裝在氣液分離器130的內部。當從氣液分離器130排放的貯存物料在進入調節器134之后通過絕熱膨脹減壓時，調節器134的溫度也降低。因此，安裝在氣液分離器130內部的調節器134可以冷卻進入氣液分離器130的貯存物料，以便能用甚至更高的效率完成烴溶劑的回收。實施例22圖63示出用于從供按照本發明所述的甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統中的貯存容器排放貯存物料的構造。在圖63中，貯存容器10安裝一個甲烷入口20和一個溶劑入口22，通過上述甲烷入口20，其主要成分是甲烷的氣體進入容器，而通過溶劑入口22，用于溶解那種氣體的烴溶劑進入容器。貯存容器10還安裝一個溶液出口136，用于排放那種氣體溶于其中的烴溶劑溶液。可以用例如丁烷、戊烷、己烷、及汽油作為烴溶劑。
如果上述溶液138簡單地通過溶液出口136從貯存容器10中排放，則在容器10中形成用于氣相部分的空間，并且具有很大揮發性的甲烷蒸發并占據氣相部分。結果，通過溶液出口136排放的溶液138中各組分的比例逐漸改變并且甲烷的含量減少。如果甲烷溶于其中的烴溶劑溶液138在通過溶劑出口136排放時，其中各組分的比例改變，則溶液38當用作燃料時，其可燃性也改變。因此，在用此溶液作燃料的內燃機中，有不穩定燃燒的危險。
在這個實施例中，貯存容器10設置一個活塞140，以便能夠排放容器10中的溶液138而同時保持容器的內壓恒定。活塞140壓出貯存容器10中的溶液138，而同時保持容器中恒定的內壓，因而防止在容器10中形成氣相部分。所以，貯存容器中各組分的比例可以保持恒定，并且可以從溶液出口136排放各組分具有恒定比例的溶液138。在這個實施例中，未示出的測壓儀檢測貯存容器10中的壓力，并控制活塞140使壓力保持恒定。
在這個實施例中如上所述進行工作的活塞140是包括在本發明中的組成調節裝置的其中一個例子。實施例23圖64示出從按照本發明所述氣體液化和貯存系統中的貯存容器排放貯存物料的另一種構造。在圖64中，貯存容器10安裝一個甲烷入口20和一個溶劑入口22，甲烷通過上述甲烷入口20進入容器，而溶劑入口22用于加入烴溶劑，如丁烷，戊烷，己烷，或汽油，該烴溶劑用于溶解其主要成分是甲烷的氣體。在這個實施例中，將其主要成分是甲烷的氣體從貯存容器的氣相部分排放并用作燃料，并且容器10還安裝一個氣體出口142用于這一目的。
圖65示出如果貯存容器10貯存丁烷溶液138，82％摩爾百分數的甲烷溶于丁烷用作貯存物料，并且氣體從其氣相部分中排放，留在貯存容器10中的溶液138的比例與從氣相部分排放的氣體中甲烷的摩爾濃度之間的關系。正如圖65所表明的，在留在貯存容器10中的溶液138比例少于60％之前，從氣相部分中排放的氣體中甲烷的摩爾濃度是恒定的。因此，在這個實施例中，在上述比率變成少于60％之前，通過氣體出口142排放甲烷氣體作為燃料，同時監測留在貯存容器10中的溶液138。
照這樣，可以從貯存容器10中排放各組分具有恒定比例的氣體，該氣體其主要成分是甲烷。照這樣，可以防止內燃機使用該氣體時的不穩定燃燒。由于在這個實施例中主要是用甲烷作為燃料，所以可以減少烴溶劑(這是一種有限的天然資源)的消耗，并可以再利用該溶劑。
然而，當溶液138中的甲烷蒸發時，一部分烴溶劑隨它一起蒸發。為了計及溶劑的減少，在用甲烷供應貯存容器10之前，必須再加一些烴溶劑到貯存容器10中。實施例24圖66示出用于從供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統中的貯存容器排放貯存物料的另一種構造。在圖66中，一個去甲烷室144連接到貯存容器10上，該去甲烷室144接收從貯存容器室10的液相部分排放的溶液138，并從該溶液中除去其主要成分是甲烷的氣體。
去甲烷室144中低的內壓能使從貯存容器10中排放的溶液138脫氣，也就是說，可以從溶液中除去其主要成分是甲烷的氣體。由于甲烷蒸發熱的結果，所以去甲烷室144中溶液138的溫度下降，這樣就抑制了與溶液的蒸發并流的烴蒸發進入其主要成分是甲烷的氣體中。因此，留在去甲烷室144內的溶液中烴溶劑的量，可以保持大致等于從貯存容器10中排出的量。因此，由于當從去甲烷室144內的溶液中除去其主要成分是甲烷的氣體時，溶液138的溫度充分地下降，所以去甲烷室144的容量必須比貯存容器10的容量小很多。這個容量應調到足夠小，以便即使在從貯存容器10中排放的溶液138量等于去甲烷室的容量時，貯存容器10的內壓也不會發生顯著改變。
通過在去甲烷室144中使溶液脫氣，將所產生的其主要成分是甲烷的氣體送到內燃機中作為燃料，并將剩余的烴溶劑暫時儲備在供溶劑用的槽146中。通過重復上述過程，可以用貯存在貯存容器10中的其主要成分是甲烷的氣體作為燃料，上述過程包括從貯存容器10排放溶液138；在去甲烷室144中除去其主要成分是甲烷的氣體；和將剩余的溶劑儲備在供溶劑用的槽146中。因此可以增加烴溶劑再利用的比率，上述烴溶劑作為天然資源的估計數量是很少的。例如，對溶于丁烷中的甲烷來說，這個實施例證明，與不用去甲烷室144的情況相比，剩余的丁烷量可以增加約30％。
按照這個實施例，如上所述，從貯存容器10排放的貯存物料中，各組分的比率可以保持恒定。如上所述進行工作的去甲烷室144和溶劑用槽146是包括在本發明中的組成調節裝置的其中一個例子。
當貯存容器中的液體用光了時，采用下列步驟完全排出貯存容器10中的氣體并用作燃料；將儲備在溶劑用槽146中的烴溶劑通過溶劑入口22回送到貯存容器10；和讓甲烷通過甲烷入口20這樣進入貯存容器，以便它將溶于烴的溶劑用于貯存。實施例25對于上述實施例23和24，無論是從貯存容器10中的氣相部分排放其主要成分是氣體的方法，還是在去甲烷室144中使氣體與烴溶劑分離的方法都適用。然而，即使采用這些方法，不可避免的是，有一部分烴溶劑蒸發并與其主要成分是甲烷的氣體混合。結果，隨著其主要成分是甲烷的氣體被使用，貯存在貯存容器10中的烴溶劑逐漸減少。因此，貯存容器10必須再裝入附加的烴溶劑。為此，必須將用作溶劑的烴液化，它要求將用于烴溶劑的槽冷卻，但這個過程是不容易的。此外，若與其主要成分是甲烷的氣體如CNG一起制備烴溶劑，則增加燃料供應地點的負擔。
在這個實施例中，將等于預期減少的烴溶劑量事先加到其主要成分是甲烷的氣體中，以便貯存容器將同時用氣體和烴溶劑供應。結果，不必用與甲烷源分開的烴溶劑源中的烴溶劑供應貯存容器10。照這樣，可以消除上述缺點。
當例如在140atm下將甲烷溶于丁烷時，可以再利用的丁烷量估計約為起初將丁烷注入槽中量的70％。為了補償這種減少，應當加5％丁烷到甲烷中，用這種方法使槽再裝料，它能使槽重新得到損失的丁烷。實施例26當貯存容器10裝入其主要成分是甲烷的氣體，如天然氣(CNG)時，由于氣體在貯存容器中被壓縮而產生壓縮熱。當貯存容器10的體積例如是50升時，所產生的壓縮熱使貯存容器10內部的溫度升高到約比室溫高60℃。
圖67(a)和(b)示出當用濾毒罐式(Canister-type)容器作為貯存容器10時，內部裝入CNG的狀態。在圖67(a)中，當貯存容器10通過甲烷入口裝入CNG時，在甲烷入口20對面端附近的貯存容器10中發熱。當貯存容器10中發熱時，由于氣體熱膨脹而使貯存在容器10中的CNG量減少。
另一方面，在貯存容器10的甲烷入口附近，由于注入的CNG的絕熱膨脹而使溫度降低。因此，如圖67(a)和(b)所示，用作貯存容器10的氣缸(cylinder)安裝兩個甲烷入口20，它們相互分開設置。例如，一個入口設置在頂端上，而另一個入口設置在底端上。當這個氣缸裝入CNG時，首先是通過位于貯存容器10頂部處的一個甲烷入口20注入CNG，如圖67(a)所示，然后通過位于相對端上容器10底部處的另一個甲烷入口22完成裝入CNG。在這種兩階段裝料方式中，起初受熱的容器端由于在第二裝料階段中注入的CNG絕熱膨脹而冷卻。此外，對因第二次注入CNG而發熱的端部，由于通過第一次注入CNG期間的絕熱膨脹而冷卻，所以溫度升高不太大。
對于設置有如上所述兩個甲烷入口的貯存容器10，整個單元的溫度升高受到抑制，并因此可以增加待貯存的甲烷濃度。另外，可以抑制貯存容器10中不均勻的溫度分布。由于在貯存容器10中可以達到穩定的貯存物料濃度，所以有助于從貯存容器10排放的貯存物料中各組分的比例穩定。因此，很容易保持從貯存容器10排放的物料中各組分恒定的比率。實施例27圖68示出用于供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器其中一個例子，上述氣體其主要成分是甲烷。在圖68中，在貯存容器10的內壁上安裝一個導熱裝置148，該導熱裝置148覆蓋貯存容器10的內表面并連接到甲烷入口20上。適用于導熱裝置148的材料例子包括銅箔和鋁。
利用這種襯有導熱裝置148的貯存容器10，改善了當通過甲烷入口20注入CNG時所產生的內部熱的部分和冷的部分之間的導熱性；并且可以在貯存容器內部得到更均勻的溫度分布。貯存容器10內部的不均勻溫度可以消除，并且可以貯存具有穩定組分比例的更濃物料。
圖69示出用于這個實施例的貯存容器10的修改例。圖69所示的貯存容器10也襯有導熱裝置148。對這個修改例，除了導熱裝置148之外，還將一個加熱管道150連接到貯存容器10甲烷入口20的對面端上。貯存容器10中所發出的熱通過加熱管道150輻射到外部，并因此可以增強貯存容器10的冷卻性能。實施例28圖70示出用于供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子。在圖70中，貯存容器安裝兩個甲烷入口20，它們位于容器相對的兩端。在這個實施例中，貯存容器10同時通過兩個甲烷裝料口20裝入其主要成分是甲烷的氣體，如CNG。這種裝料方式產生一種現象，即貯存容器10圍繞每一端的內部段都受到發熱作用而同時被冷卻。因此，抑制了貯存容器10內部的溫度升高，并可以使貯存物料的濃度穩定。實施例29圖71示出用于供按照本發明所述氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子，上述氣體其主要成分是甲烷。在圖71中，貯存容器安裝一個甲烷入口20和一個通道延伸件152，該延伸件152從甲烷入口20延伸，同時進入貯存容器10的內部空間。通道延伸件152具有多個排氣孔，用于將通過甲烷入口20注入的CNG排到貯存容器10的內部空間。當CNG通過這些孔噴出時，這些排氣孔154的較小直徑產生CNG的絕熱膨脹。通過CNG的這種絕熱膨脹，可以使貯存容器中的貯存物料冷卻。
為了減少由排氣孔154排放的CNG絕熱膨脹所產生的低溫傳到貯存容器10的內壁上，優選的是在貯存容器的內壁10和最接近內壁的一個排氣孔之間有足夠的間隙(如圖71中用間隙X所表明的)。因此，上述低溫直接冷卻貯存容器10中的貯存物料，同時提供有效的冷卻。
另外，通過增加上述排氣孔154的數量，提供了更多的冷卻點，并可以有效地抑制貯存容器10中全部貯存物料的發熱。
圖72示出圖71所示貯存容器的一個修改例。在圖72中，通道延伸件152延伸到與甲烷入口20相對的另一端，并固定在貯存容器10的壁上。這種結構即使在貯存容器10振動時，也能防止損壞通道延伸件152，如破裂。
圖73示出圖71所示貯存容器的另一個修改例。在圖73所示的結構中，通道延伸件152幾乎在其中央處分成兩部分。一部分的直徑做得比另一部分的直徑小，這樣能通過插件152進行連接；該構件較小直徑部分的其中一端插入該構件較大直徑部分的其中一端。即使受熱影響貯存容器10的偏移不同于通道延伸件152的偏移，上述通道延伸件152的結構也可以防止額外的應力加到貯存容器10上。實施例30圖74示出用于按照本發明所述氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子。在圖74所示的結構中，貯存容器10安裝若干排氣孔154，這些排氣孔154連接到甲烷入口20上。排氣孔154是斜著通向容器10內部空間的氣體入口，以便氣體以一個角度噴射，當CNG通過甲烷入口20注入貯存容器10時，在貯存容器10中產生一股通過排氣孔154噴射的螺旋形CNG氣流，如圖74所示。這個氣流攪動貯存容器10的內部空間，并使內部溫度分布均勻。因此，可以達到更精確的調節貯存容器內貯存物料中各組分的比率。實施例31圖75示出用于供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子。在圖75中，將一種揮發性的烴溶劑注入貯存容器10中并形成液相部分16。甲烷入口20設置在貯存容器10遠離上述貯存溶劑的液相部分16的那一端處。當通過上述配置中的甲烷入口20注入CNG時，CNG的壓縮作用在貯存溶劑的液相部分16中產生熱，并且這個熱使液相部分16中的溶劑蒸發。這種蒸發作用的潛熱可以抑制貯存容器10中的溫度升高和不均勻溫度分布。因此，可以使貯存物料的濃度穩定，并且可以達到更精確的調節它的各組分比率。
適合作為上述烴溶劑的是醚類，如二甲醚；烷基烴類，如丙烷、丁烷、戊烷、己烷、和庚烷；醇類，如甲醇、乙醇、和丙醇；或這些物質的混合物，例如，諸如液化石油氣(LPG)、汽油、和輕油等。
圖76示出圖75所示貯存容器10的修改例。在圖76中，貯存容器安裝在它的使用側上。這樣，液相部分16較大的液面面積，使烴溶劑更容易蒸發，并可以產生更大的冷卻作用。
圖77示出圖75所示貯存容器10的另一個修改例。在圖77中，貯存容器10斜著放置。這種安裝方式當通過甲烷入口20注入CNG時，使更多的烴溶劑能收集在受發熱影響的區域。因此，利用蒸發潛熱可以產生更大的冷卻效果。實施例32圖78示出用于供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子。在圖78中，一個多孔體158裝配到貯存容器10上。如上面對圖75所述，烴溶劑被多孔體158吸收。當在溶劑被多孔體158吸收的情況下通過甲烷入口20注入甲烷時，被多孔體158吸收的液體較大表面積有助于蒸發作用。因此，貯存容器10的內部空間可以有效地被冷卻，進一步抑制了貯存容器10中的不均勻溫度分布，因而有助于更有效和更精確的調節貯存物料中各組分的比例。
圖79示出圖78所示貯存容器10的一個修改例。在圖79所示的結構中，用一種金屬纖維體作為多孔體。金屬纖維體可以增加吸附于其上的烴溶劑表面積，并且除此之外，它的高導熱性可以產生甚至更大的冷卻效果。
可以用作金屬纖維體的材料包括銅纖維、鋁纖維、等等。
圖80示出圖78所示貯存容器10的另一個修改例。在圖80所示的結構中，多孔體158安裝一個通氣孔160。這種結構可以增加CNG與吸附于多孔體158上的烴溶劑之間的接觸面積，尤其是當貯存容器10的內部CNG壓力上升特別高時更是如此。因此，烴溶劑容易蒸發，并且在貯存容器10中可以產生更大的冷卻效果。
另外，圖81示出圖78所示貯存容器10的另一個修改例。在圖81所示的結構中，多孔體158包括一個金屬纖維體162和一個樹脂多孔體164。作為樹脂多孔體164，例如，可以用一種海綿。通過這樣將一層金屬纖維體162和一層樹脂多孔體164組裝成多孔體，可以利用金屬纖維體162進行傳熱，而同時利用樹脂多孔體164進行所吸附烴溶劑的蒸發。此外，多孔體158可以造得更輕。
此外，圖82示出圖78所示貯存容器10的另一個修改例。在圖82所示的結構中，裝配在貯存容器10內的多孔體158用形狀記憶合金166制成。這種形狀記憶合金166的內徑(1)將小于甲烷入口20的內徑，并因此而容易將形狀記憶合金166插入貯存容器10中。在插入貯存容器10之后，形狀記憶合金166在貯存容器10中受熱膨脹，并通過施加推力到貯存容器10的內表面上而固定。通過制造這種材料的多孔體，可以簡化貯存容器10的生產過程，因為多孔體158可以在貯存容器造好之后插入。實施例33圖83示出用于供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子。在圖83所示的結構中，在貯存容器10裝入烴溶劑之后，按照上述實施例26—32進行CNG注射，直至貯存容器10的內部壓力達到約16—18MPa時為止。然后，通過貯存容器10液相部分16這端上的甲烷入口20注入CNG，因為在貯存容器10的內部壓力達到16MPa或更高之后，產生很少的熱量。照這樣，通過經由設置在容器10底部處的甲烷入口20，用CNG給貯存容器10進行第二級裝料，CNG鼓泡吹入液相部分16中，同時注入容器10。結果，CNG可以用更高的濃度貯存。實施例34圖84示出用于供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子。在圖84所示結構中，在貯存容器10裝入CNG之前，將其主要成分是甲烷的氣體和一部分留在貯存容器10中的烴溶劑通過閥168和減壓室(減壓通道)170排放到外面。通過減壓室170中排放氣體的絕熱膨脹產生的冷卻作用和液相部分16中的蒸發潛熱二者使液相部分16冷卻。因此，可以得到高濃度的CNG。這樣將排放出的貯存物料供應到例如使用燃料的發動機上。
對于具有圖84所示例子結構的容器，貯存物料主要是從貯存容器10的氣相部分12排放。然而，烴溶劑可以主要是通過用插入烴溶劑的尖頭給噴嘴172定位來排放，如圖85所示。如果用燃料如汽油或輕油作為烴溶劑，這樣就能供應液體燃料給發動機。
圖86示出圖84所示貯存容器10的一個修改例。在圖86所示結構中，減壓閥174安裝在閥168和減壓室170之間。這種結構可以增加從貯存容器10的氣相部分12排放的氣體的膨脹速率，并使減壓室170能產生甚至更大的冷卻效果。
圖87示出圖84所示貯存容器10的另一個修改例。在圖87所示結構中，從容器中排放的氣體在排放之前通過減壓閥174和纏繞在貯存容器10上的冷卻管176，而不通過貯存容器10。這種結構可以增強對貯存容器10中貯存物料的冷卻效果，尤其是當貯存容器10是用具有高導熱性的材料如鋼制造的時更是如此。
此外，圖88示出圖84所示貯存容器10的另一個修改例。在圖88所示結構中，減壓室的外表面覆蓋有熱交換式材料178。在這種結構情況下，一旦減壓室170的溫度由于氣體排放而變低，熱交換式材料178就保持這種低溫，并且這種冷卻效果可以持續很長時間。這可以解決當發動機運轉時在從容器10排放氣體期間只在內部冷卻貯存容器10，而隨著排氣停止在發動機停止運轉期間冷卻效應結束這樣的問題。這種結構可以保持貯存容器10中貯存物料的低溫，即使是在發動機關閉之后過一會兒，而不是立即給容器裝入CNG，也能貯存高濃度的CNG。實施例35圖89示出用于供按照本發明所述甲烷基氣體用的氣體液化和貯存系統的貯存容器另一個例子。在圖89中，貯存容器10如有必要，可以與裝入CNG并行再裝一些烴溶劑，以便補償損失的烴溶劑。在這種情況下，烴溶劑在供應到貯存容器10之前用溶劑冷卻器180冷卻。這可以降低貯存容器10中貯存物料的溫度，并能貯存高濃度的CNG。
例如，上述溶劑冷卻器180可以安裝在車輛中，并可以用車輛的空調中制冷劑來達到冷卻。如果在車輛中組裝配這種裝置(setup)，則燃料供應側不需要新的冷卻設施，并且能很容易裝入高濃度CNG。
此外，上述裝置可以和另一種冷卻方法，例如，和圖84所示的方法相結合，在上述裝置中，溶劑冷卻器180冷卻用于補充的烴溶劑，而在上述另一種冷卻方法中，冷卻是通過排放貯存容器10中的貯存物料來完成。這可以在貯存容器10中產生甚至更大的冷卻效果。
在工業上的可應用性按照本發明，如上所述，組成調節裝置可以保持從貯存容器排放的貯存物料中各組分恒定的比率，并且使它在內燃機中的燃燒穩定。
由于其主要成分是甲烷的氣體溶于某種類型的烴溶劑并貯存，所以可以貯存高濃度的甲烷。
另外，當其主要成分是甲烷的氣體和烴溶劑處于超臨界狀態并貯存在貯存容器中時，甲烷可以用甚至更高的濃度貯存。
當貯存容器再裝料時，檢驗貯存容器內容物中各組分元素的比率，并調節待供應到貯存容器的物料中各組分的比率。因此，在貯存容器裝料之后，可以優化貯存容器內容物中各組分的比例。因此，可以貯存高濃度的甲烷；并且貯存的物料可以從貯存容器中排放，及用一恒定的組分比例供應到一個系統中供使用。
當從貯存容器的液相部分供應貯存物料時，無論何時從貯存容器供應到使用它的系統，都可以減少烴溶劑的量。通過只測定貯存容器中的液量，貯存容器可以用合適量的烴溶劑補充。
當烴溶劑從安裝在汽車車身上的烴溶劑專用貯存容器供應到貯存容器中時，可以減少烴溶劑從燃料供應側補充到汽車車身上的頻率。
當液相部分中的烴溶劑與從貯存容器排放的氣態部分貯存物料分離并返回貯存容器時，可以進一步減少貯存容器中烴溶劑的消耗量。
當貯存材料以恒定的速率從貯存容器的氣相部分和液相部分二者中排放，并從貯存容器供應到使用它的系統時，貯存容器內的貯存物料中各組分的比例，及供應到系統上的物料中各組分的比例二者都可以保持恒定。
當貯存容器裝入其主要成分是甲烷的氣體在內部冷卻時，使貯存容器中貯存物料的濃度穩定，并且可以達到更精確的調節貯存物料中各組分的比率。結果，可以很容易使從貯存容器中排放的貯存物料中的各組分比例保持恒定。
此外，貯存容器的內部空間，可以通過從貯存容器中排放貯存物料時產生的絕熱膨脹和蒸發潛熱充分冷卻。
當用氣油或輕油作為貯存容器裝入的烴溶劑時，溶劑本身可以用作在緊急情況下的燃料。
權利要求
1.一種用于甲烷基氣體的氣體液化和貯存系統，該系統用于將上述氣體溶于溶劑供在貯存容器中貯存，并從貯存容器中排放貯存的物料供使用，上述系統安裝一個組成調節裝置，用于保持上述排放的貯存物料中各組分的特定比例。
2.按照權利要求1所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述組成調節裝置保持上述貯存容器的內容物中各組分元素的恒定比例。
3.按照權利要求1或2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述烴溶劑是一種在室溫下是液體的烴。
4.按照權利要求1或2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述烴溶劑是一種在室溫下不容易液化的烴和一種在室溫下通常是液體的烴二者的混合物溶劑。
5.按照權利要求1或2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述烴溶劑是己烷。
6.按照權利要求1或2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述烴溶劑是汽油或輕油。
7.按照權利要求1或2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述烴溶劑是二甲醚。
8.按照權利要求1或2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于在至少上述貯存物料開始的排放周期期間，在上述貯存容器中存在超臨界狀態。
9.按照權利要求8所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述貯存容器的內容物中各組分元素的比例是這樣的，即碳原子數不少于3的烴含量在7mol％和45mol％之間，而碳原子數不大于2的烴含量在93mol％和55mol％之間。
10.按照權利要求8所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述貯存容器的內容物中各組分元素的比例是這樣的，即碳原子數不少于3的烴含量在7mol％和65mol％之間，而碳原子數不多于2的烴含量在93mol％和35mol％之間。
11.按照權利要求8、9和10其中之一所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述具有碳原子數不少于3的烴主要成分是丁烷。
12.按照權利要求8、9和10其中之一所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述具有碳原子數不少于3的烴主要成分是丙烷。
13.按照權利要求8、9、10、11和12其中之一所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述貯存容器這樣調節溫度，以使容器內部將保持超臨界狀態。
14.按照權利要求1或2所述的氣體液化和貯存系統，還包括一個用于測定貯存容器內狀態的裝置，以便確定上述貯存容器烴中各組分的比例和所含烴的量；和一個供應比例控制裝置，它用于根據上述測定結果，計算待供應到上述貯存容器的上述氣體和烴的比例，并用于執行上述供應。
15.按照權利要求14所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述供應比例控制裝置根據上述氣體的供應量計算供應比例。
16.按照權利要求14或15所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述用于測定貯存容器中狀態的裝置，將測定貯存容器中的壓力、溫度和溶劑溶液的量，并從這些參數得到烴各組分的比例和烴量。
17.按照權利要求14或15所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于從上述貯存容器排放的烴在內燃機中氧化，而上述用于測定貯存容器中狀態的裝置根據設置在上述內燃機中的空氣-燃料比測定裝置的輸出，確定烴各組分的比例。
18.按照權利要求1或2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于氣相出口設置在上述貯存容器的頂部處，安裝一個液量檢測器來檢測上述貯存容器中液體烴溶劑的量，只有貯存在上述貯存容器中的物料氣相部分通過上述氣相出口排放，和根據上述液量檢測器進行的測定結果，來計算用于再裝料而供應的烴溶劑的量。
19.按照權利要求14、15、16、17和18其中之一所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于安裝一個回收容器來接收上述貯存容器中回收的剩余烴，并且回收的烴和上述氣體是在供應了烴溶劑之后才供應。
20.按照權利要求14、15、16、17、18和19其中之一所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于將一暫時裝料的容器連接到上述貯存容器上，在供應上述氣體之前將烴溶劑供應給上述暫時裝料的容器，及將上述烴溶劑和氣體一起供應給上述貯存容器。
21.按照權利要求14、15、16、17、18和19其中之一所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于安裝一個供專用溶劑使用的暫時裝料容器，以使它定位比上述貯存容器的液面高，該暫時裝料容器通過管道與上述貯存容器并聯連接，該管道裝備一用于控制通道的裝置；當上述通道關閉時，上述供專用溶劑使用的暫時裝料裝置裝入烴溶劑；和當上述通道打開時，烴溶劑進入上述貯存容器。
22.按照權利要求14、15、16、17、18、19、20和21其中之一所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述貯存容器安裝在汽車車身上，而用于只貯存烴溶劑的烴溶劑專用貯存容器連接到上述貯存容器上。
23.按照權利要求1所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于將以氣態形式貯存的物料從上述貯存容器的氣相部分排放，而液相中的溶劑與排放的氣體分離并返回上述貯存容器。
24.按照權利要求1所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于將以液體形式貯存的物料從上述貯存容器的液相部分以足夠小的量排放，以便上述貯存容器的內部壓力不發生顯著改變，并且上述排放的液體在從上述液體中蒸發氣體之后返回到上述貯存容器。
25.按照權利要求1或2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于氣相烴從上述貯存容器的頂部排放，而液相烴以恒定的比例從上述貯存容器的底部排放。
26.按照權利要求25所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述貯存容器安裝一個液量檢測器。
27.按照權利要求25所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于從上述貯存容器排放的物料在內燃機中氧化，而同時排放物料中各組分的比例由于上述貯存容器內容物中各組分元素保持始終一致份額的結果而仍然恒定，正如根據設置到上述內燃機上的空氣-燃料比測定裝置的輸出所確定的。
28.按照權利要求25所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于將上述排放的氣相烴和液相烴這樣加熱，以便不同相排放的烴混合在一起。
29.按照權利要求25所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于將上述排放的液相烴蒸發，然后與上述排放的氣相烴混合在一起。
30.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于當用上述氣體供應時，將上述貯存容器冷卻。
31.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述貯存容器安裝多個裝料口，它們相互間隔開定位，起初使用上述裝料口的其中之一，而當持續裝入上述氣體時，裝料轉到另一個裝料口。
32.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述貯存容器安裝一個導熱裝置，該導熱裝置覆蓋上述貯存容器的內表面，并連接到設置在上述貯存容器上的供上述氣體用的裝料口上。
33.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述貯存容器安裝多個裝料口，它們彼此間隔開定位，并且上述裝料口同時使用。
34.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于安裝一個通道延伸件，它從設置在上述貯存容器上的裝料口延伸，和進入上述貯存容器的內部空間，并且上述通道延伸件具有多個放氣孔，這些放氣孔在與上述貯存容器的內壁充分分開的那些點處，沿著其縱向方向配置。
35.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于各放氣孔傾斜作為一設置在上述貯存容器上的裝料口內部出口。
36.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于一個裝料口位于距貯存上述貯存容器中氣體的區域的遠端處。
37.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于在上述貯存容器中安裝一多孔體。
38.按照權利要求31、32、33、34、35、36和37其中之一所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于這樣進行裝料，以便當裝入氣體時，開始使用設置在上述貯存容器底部的裝料口。
39.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于在上述貯存容器裝入上述氣體之前，將一部分烴溶劑蒸發并排放到上述貯存容器外部。
40.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于貯存的物料通過設置在上述貯存容器內部或表面上的減壓通道排放到上述貯存容器的外部。
41.按照權利要求40所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述減壓通道覆蓋熱交換式材料。
42.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述系統在裝入上述氣體之前，裝入一種冷的烴溶劑。
43.按照權利要求2所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于上述貯存容器安裝一個攪拌裝置。
44.按照權利要求6所述的氣體液化和貯存系統，其特征在于烴溶劑可以從上述貯存容器排放供直接使用。
45.用于甲烷基氣體的氣體液化和貯存裝置，包括一個組成信息測定裝置，它用于測定貯存在貯存容器內物料中各組分的比例，上述氣體溶于烴溶劑并貯存在上述貯存容器中；和一個傳送裝置，它用于將上述測定結果傳送到供應側，上述氣體和烴溶劑從該供應側供應到上述貯存容器。
46.用于甲烷基氣體的氣體液化和貯存裝置，包括一個回收容器，它用于回收貯存容器中剩余的烴，上述氣體溶于溶劑并貯存在上述貯存容器中；一個測定裝置，它用于測定上述回收容器內的烴中各組分的比例；和一個供應比控制裝置，它用于根據上述測定結果，控制上述氣體和烴溶劑供應到上述貯存容器中的比例。
47.用于甲烷基氣體的氣體液化和貯存裝置，其特征在于在上述氣體溶于烴溶劑并貯存于其中的貯存容器前面一個階段，通過一個裝置安裝一供專用溶劑使用的暫時裝料容器，上述裝置用于控制上述貯存容器和供專用溶劑使用的暫時裝料容器之間的通道。
48.用于甲烷基氣體的氣體液化和貯存裝置，其特征在于上述氣體供應源和上述烴溶劑供應源通過各自的控制裝置連接到一暫時貯存槽上，該暫時貯存槽又連接到貯存容器上，上述氣體溶于烴溶劑并貯存在該貯存容器中。
49.用于甲烷基氣體的氣體液化和貯存裝置，包括一個貯存容器，上述氣體溶于烴溶劑并貯存在該貯存容器中；和一個烴溶劑專用貯存容器，它用于只貯存上述烴溶劑，該烴溶劑專用貯存容器通過一控制裝置連接到上述貯存容器上。
50.用于甲烷基氣體的氣體液化和貯存裝置，包括一個氣相出口，它用于排放氣態貯存物料，該氣相出口設置在貯存容器的頂部處，上述氣體溶于烴溶劑并貯存在該貯存容器中；一個氣液分離器，它用于將液體與上述氣態貯存物料分離；和一個反饋通道，它用于使被上述氣液分離器分開的液體返回上述貯存容器。
全文摘要
一個系統,它貯存高度溶解的氣體并供應具有預定組成的氣體。容器(10)貯存溶于烴溶劑中的甲烷基氣體,并將它供應到用于調節組成的裝置上,通過該調節組成的裝置達到調節內容物的目的。優選地,調節組成的裝置是用于保持槽處于超臨界狀態的裝置,或是用于以預定的比例從容器的氣相(12)和液相(16)中提取物質的管道(48)。
文檔編號F17C5/06GK1330750SQ99814589
公開日2002年1月9日 申請日期1999年12月14日 優先權日1998年12月15日
發明者日比野光悅, 本間信孝, 寺島由起夫, 筱澤民夫 申請人:豐田自動車株式會社