Analysis of the duration of the low-temperature circulation charging of an adsorption methane storage system using the ANSYS Fluent software package

封面

如何引用文章

全文:

详细

Adsorbed natural gas (ANG) systems are a promising alternative to the high-pressure compressed natural gas and low-temperature liquefied natural gas. ANG systems accumulate methane with lower energy consumption and an increased fire and explosion safety due to the gas-bound state in the pores. However, the charging process is complicated due to the thermal effects of adsorption, which reduce the method’s energy efficiency, thus needing an additional thermal control. A study of the duration of low-temperature circulation charging of an elementary adsorption cell of various geometries was conducted under different temperature and pressure modes. The charging completion criterion was achieving 95% limit value of the amount of accumulated methane, which was constant for all considered cases. As a result of modeling, a reduction in the duration of gas accumulation was observed with an increase in the operating pressure. It has been established that the charging time is significantly affected by the gas channel opening diameter, required to reduce the hydraulic resistance of the adsorbent layer as when the channel diameter increased from 4 to 6 mm, the charging time decreased by 138 s or 25% on an average. A twofold smaller effect of ~13% was registered with an increase in the diameter from 2 to 4 mm due to the changing cooling nature.

作者简介

Igor Shelyakin

Bauman Moscow State Technical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: shelyakinlife@mail.ru
SPIN 代码: 4624-5336
俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Strizhenov EM, Zherdev AA, Podchufarov AA, et al. Energysaving multistage filling of adsorption natural gas storage system. Chem Pet Eng. 2015;(11):40–44. doi: 10.1007/s10556-016-0123-7
  2. Chugaev SS, Strizhenov EM, Zherdev AA, et al. Fire and explosion-safe low-temperature filling of an adsorption natural gas storage system. Chem. Pet. Eng. 2016;(12):32–38. doi: 10.1007/s10556-016-0123-7
  3. Men’shchikov IE, Shkolin AV, Strizhenov EM, et al. Thermodynamic behaviors of adsorbed methane storage systems based on nanoporous carbon adsorbents prepared from coconut shells. Nanomaterials. 2020;10(11):1–26. doi: 10.3390/nano10112243
  4. Vasiliev LL, Kanonchik LE, Tsitovich AP. Adsorption system with heat pipe thermal control for mobile storage of gaseous fuel. Int. J. Therm. Sci. 2017;120:252–262. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2017.06.005
  5. Zhang LZ, Wang L. Effects of coupled heat and mass transfers in adsorbent on the performance of a waste heat adsorption cooling unit. Applied Thermal Engineering. 1999;19(2):195–215. doi: 10.1016/S1359-4311(98)00023-4
  6. Patil KH, Sahoo S. Charge characteristics of adsorbed natural gas storage system based on MAXSORB III. J. of Natural Gas Science and Engineering. 2018;52:267–282. doi: 10.1016/j.jngse.2018.01.008
  7. Sahoo S, Ramgopal M. Regression equations for predicting discharge performance of adsorbed natural gas storage systems. Applied Thermal Engineering. 2015;86:127–134. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2015.04.038
  8. Sahoo S, Ramgopal M. A simple regression equation for predicting charge characteristics of adsorbed natural gas storage systems. Applied Thermal Engineering. 2014;73(1):1093–1100. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2014.08.031
  9. Strizhenov EM, Chugaev SS, Zherdev AA. Mathematical model of the process of circuit charging of an adsorption methane storage system. Chem. Pet. Eng. 2018;10:38–43. doi: 10.1007/s10556-019-00545-5
  10. Strizhenov EM, Chugaev SS, Men’shchikov IE, et al. Experimental study of heat transfer in adsorbed natural gas storage system filled with microporous monolithic active carbon. J Phys: Conf Ser. 2021;2116(1):4. doi: 10.1088/1742-6596/2116/1/012085
  11. Strizhenov EM, Chugaev SS, Men’shchikov I.E, et al. Heat and Mass Transfer in an Adsorbed Natural Gas Storage System Filled with Monolithic Carbon Adsorbent during Circulating Gas Charging. Nanomaterials. 2021;11(12):1–22. doi: 10.3390/nano11123274
  12. Kanonchik LE, Vasiliev LL. Charge dynamics of a low-pressure natural gas accumulator with solid adsorbent, novel thermosyphon and recirculation loop. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019;143:101200. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.07.024
  13. Vasiliev LL, Kanonchik LE, Kuzmich M, et al. Development of thermosyphon controlled adsorptive natural gas storage system. Applied Thermal Engineering. 2021;185:116–184. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.116184
  14. Da Silva MJ M, Sphaier LA. Dimensionless lumped formulation for performance assessment of adsorbed natural gas storage. Applied Energy. 2010;87(5):1572–1580. doi: 10.1016/j.apenergy.2009.09.011
  15. Grande CA, Vistad Ø. Adequacy versus complexity of mathematical models for engineering an adsorbed natural gas device. J. of Energy Storage. 2020:28:101200. doi: 10.1016/j.est.2020.101200
  16. Strizhenov EM, Zherdev AA, Podchufarov AA, et al. Capacity and thermodynamic nomograph for an adsorption methane storage system. Chem Pet Eng. 2015;(12):10–14. doi: 10.1007/s10556-016-0127-3
  17. Strizhenov EM, Shkolin AV, Fomkin AA, et al. Adsorption of methane on AU-5 microporous carbon adsorbent. Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2013;49(5):521–527. doi: 10.7868/S0044185613050094
  18. Strizhenov EM, Zherdev AA, Smirnov IA, et al. Low-temperature adsorption of methane on microporous AU-1 carbon adsorbent. Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2014;50(1):19–25. doi: 10.7868/S0044185614010148.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Geometry of the computational domain: 1―end regions of methane gas phase; 2―methane gas phase zone in the flow part; 3―the adsorbent region.

下载 (34KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Structural grid of the computational domain.

下载 (56KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Dependence of the duration of charging to ~95% of the limiting amount of accumulated methane for various channel geometries under different temperature conditions.

下载 (87KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Temperature fields in the dimensionless form θ for geometries A, B, and C at 35-bar pressure at the adsorbent filling of 95% of the limit value.

下载 (109KB)
索引源数据

版权所有 © Shelyakin I.D., 2022

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».