Технологический комплекс по сжижению газов и их хранению

 

Изобретение относится к области криогенной техники, криогенных газовых холодильных машин, работающих по циклу Стирлинга, а также к области получения и хранения сжиженных газов, например природного газа. Достигаемый технический результат - повышение эффективности систем и снижение материальных затрат при получении, хранении и использовании сжиженных газов, например природного газа, а также повышение безопасности эксплуатации данных систем и снижение экологического загрязнения окружающей среды. Для сжижения газа используется система, состоящая из криогенной машины Стирлинга и линии сжижения. Природный газ повышенного давления из магистрального газопровода сжижается в конденсаторе криогенной машины Стирлинга и сливается в теплоизолированную емкость для хранения. Предварительно природный газ охлаждается при прохождении через дроссельный клапан. Жидкий азот азотного экрана используется для исключения внешних теплопритоков в емкости. Для регенерации жидкого азота в азотном экране предусмотрена система, состоящая из второй криогенной машины Стирлинга и замкнутого азотного контура, включающая в себя линию жидкого азота и линию газообразного азота. Газообразный азот из азотного экрана сжижается в конденсаторе криогенной машины Стирлинга и подается вновь в азотный экран через сосуд Дьюара, насос высокого давления и обратный клапан. Использование изобретения позволит повысить эффективность системы, снизить материальные затраты при получении, хранении и использовании. 1 ил.

Изобретение относится к области криогенной техники, криогенных газовых холодильных машин, работающих по циклу Стирлинга, а также получения и хранения сжиженных газов, например природного газа.

Известно, что для сжижения газов используются различные циклы, например с дросселированием или детандерные, однако в области криогенных температур (60 - 160 K) наиболее высокоэффективным циклом является цикл с холодильной машиной, работающей по циклу Стирлинга. Эффективность криогенных машин Стирлинга практически в 2 раза выше, по сравнению с другими установками, применяемыми для сжижения газов (Усюкин И. П. Установки, машины и аппарата криогенной техники. М. : Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186).

Известно из криогенной техники, что температура кипения азота соответствует температуре -196^oC (77 K), а также использование жидкого азота как охлаждающей жидкости (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 43). Однако в технологиях по производству сжиженного природного газа жидкий азот ранее не использовался.

Известно, что сжиженный природный газ рассматривается как перспективное жидкое топливо, а температура кипения сжиженных природных газов соответствует температуре -162^oC (113 K) (Нефтегазовая вертикаль. / Анал. журнал/ N 9-10 (24-25), М., 1998, стр. 123). Однако существует проблема высокоэффективного получения и хранения сжиженного природного газа, как криогенной жидкости.

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288).

Известно устройство сосуда Дьюара для жидкого азота с вакуумно-порошковой изоляцией (Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

Известно, что ввиду внешних теплопритоков в емкостях с криогенными жидкостями образуется выпар (пары сжиженных газов), количество которого зависит от многих факторов: формы емкостей, типов теплоизоляции и т.д. (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер. , 1962, стр. 250). Однако выброс выпара за пределы емкости для хранения сжиженных газов приводит к потере ценного продукта и загрязнению окружающей среды.

Известно устройство газовой холодильной машины "Филипса", работающей по обратному циклу Стирлинга, предназначенной для ожижения воздуха (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература". М. , 1961, стр. 35). Однако использование жидкого воздуха в различных технологиях требует повышенных мер взрыво- и пожаробезопасности, а также, ранее данные машины не применялись в технологиях для сжижения и хранения сжиженного природного газа.

Известны конструкции сосудов для хранения и перевозки жидких газов с малыми потерями на испарение на основе азотного экрана, включающие в себя сосуд с жидким газом, размещенным в сосуде с жидким азотом, и предохранительным клапаном для выпуска паров азота (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 257-258). Однако в данных технических решениях не рассматриваются вопросы сохранения азота и, следовательно, эффективность азотного экрана будет постоянно снижаться с испарением жидкого азота и выбросом его паров в окружающую среду.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности систем и снижении материальных затрат при получении, хранении и использовании сжиженных газов, например, природного газа, а также в повышении безопасности эксплуатации данных систем и снижения экологического загрязнения окружающей среды.

Для достижения этого технического результата технологический комплекс по сжижению газов и их хранению, включающий в себя теплоизолированную емкость для хранения сжиженного газа с азотным экраном, снабжен двумя системами с криогенными машинами Стирлинга, при этом одна из систем содержит замкнутый азотный контур, соединяющий конденсатор первой криогенной машины Стирлинга с азотным экраном емкости для хранения сжиженных газов, а другая - контур сжижения газа, проходящий через конденсатор второй криогенной машины Стирлинга и соединяющий магистральный газопровод с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа с азотным экраном.

Введение в состав технологического комплекса по сжижению газов и их хранения системы с криогенной машиной Стирлинга и замкнутым азотным контуром, а также второй системы с другой криогенной машиной Стирлинга и контуром сжижения газа, позволяет получить новое свойство, заключающееся в высокоэффективном сжижении природного газа за счет применения для этих целей холодильного цикла Стирлинга, а также, в высокоэффективном хранении сжиженного газа за счет применения азотного экрана с возможностью переконденсации паров азотного экрана в другой криогенной машине Стирлинга, сжижении затрат мощности холодильных машин, за счет эффекта дросселирования газов на различных участках технологического комплекса.

На чертеже изображен технологический комплекс по сжижению газов и их хранению.

В состав комплексов входит система, которая включает в себя криогенную машину Стирлинга 1 и замкнутый азотный контур 2, который соединяет конденсатор (не показан) машины 1 и азотный экран 3 теплоизолированной емкости для хранения сжиженного газа 4, а также система, содержащая вторую криогенную машину Стирлинга 5 и контур сжижения газа 6, проходящий через конденсатор (не показан) машины 5 и соединяющий магистральный газопровод природного газа 7 с теплоизолированной емкостью 4 с азотным экраном 3. Замкнутый азотный контур 2 состоит из линии жидкого азота 8 и линии газообразного азота 9. Линия жидкого азота 8 начинается из конденсатора криогенной машины Стирлинга 1 и включает в себя сосуд Дьюара 10, насос высокого давления 11, обратный клапан 12 и заканчивается в азотном экране 3. Линия газообразного азота начинается в газосодержащей зоне азотного экрана 3, включает в себя дроссельный клапан 13 и заканчивается в конденсаторе машины Стирлинга 1. Линия сжижения газа 6 включает в себя регулирующий клапан 14, дроссельный клапан 15, сосуд Дьюара 16, насос высокого давления 17, обратный клапан 18 и проходит через конденсатор криогенной машины Стирлинга 5.

Технологический комплекс по сжижению газов и их хранению работает следующим образом.

Природный газ повышенного давления из магистрального газопровода 7, по линии сжижения газа 6, поступает в конденсатор криогенной машины Стирлинга 5, для сжижения, процесс которого происходит за счет теплообмена с рабочим телом машины 5. Предварительно, природный газ охлаждается при прохождении через дроссельный клапан 15. Из конденсатора жидкий природный газ сливается в сосуд Дьюара 16 и насосом высокого давления 17, через обратный клапан 18 подается в емкость 4 для хранения сжиженного газа. Для регулирования подачи природного газа из газопровода 7 предусмотрен регулирующий клапан 14.

Жидкий азот азотного экрана 3 используется для исключения внешних теплопритоков в емкость 4. Для регенерации жидкого азота в азотном экране 3 предусмотрена система с криогенной машиной Стирлинга 1 и замкнутым азотным контуром 2. За счет внешних теплопритоков жидкий азот азотного экрана 3 испаряется, переходит в газообразное состояние с повышением давления, и из верхней части азотного экрана 3 по линии газообразного азота 9 проступает, предварительно охлаждаясь, проходя через дроссельный клапан 13, в конденсатор криогенной машины 1, где газообразный азот сжижается. Жидкий азот из конденсатора холодильной машины Стирлинга 1, по линии жидкого азота 8, сливается в сосуд Дьюара 10 и насосом высокого давления 11, через обратный клапан 12, подается в азотный экран 3. Обратные клапаны 12 и 18 предотвращают движение рабочих сред в обратном направлении в соответствующих линиях. Наличие замкнутого азотного контура 2 также предотвращается загрязнение окружающей среды за счет отсутствия выброса выпара азотного экрана за пределы технологического комплекса.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки: 1. Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186.

2. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 43.

3. Нефтегазовая вертикаль. /Аналитический журнал/ N 9-10 (24-25), М., 1998, стр. 123.

4. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова./. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288.

5. Соколов Е. Я. , Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр.202.

6. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иност. литер., 1962, стр. 250.

7. Вопрос глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35.

8. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 257-258 - прототип.

Формула изобретения

Технологический комплекс по сжижению газов и их хранению, содержащий контур сжижения газов, проходящий через конденсатор криогенной машины, и теплоизолированную емкость для их хранения, отличающийся тем, что криогенная машина выполнена в виде машины Стирлинга, при этом контур сжижения газов снабжен магистральным газопроводом, соединенным с конденсатором машины Стирлинга, а теплоизолированная емкость снабжена азотным экраном с замкнутым азотным контуром, соединяющим конденсатор криогенной машины Стирлинга с азотным экраном емкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1