Способ термомеханического компримирования газов

 

Изобретение относится к созданию высоких и сверхвысоких газовых давлений, получаемых без традиционных компрессоров и при этом без какого-либо перегрева сжимаемых газов, а также без их химических загрязнений. Компримируемый газ в жидком состоянии подают в камеру давления не традиционными насосами, а путем соответствующего шлюзования с применением возвратных контейнеров. Затем осуществляют термическую газификацию поданного сжиженного газа с использованием рекуперативного теплообмена и низкопотенциальной тепловой энергии. После чего нагнетают в камеру давления вспомогательную жидкость, которой заполняют возвратные шлюзовые контейнеры перед их выводом через шлюз. Использование изобретения позволит компримировать газовые смеси с повышенной химической активностью, в том числе взрывоопасные и (или) требующие обеспечения особой химической чистоты. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности для создания высоких и сверхвысоких газовых давлений, преимущественно компримирования газов или газовых смесей с повышенной химической активностью, в том числе взрывоопасных, а также компримирования с обеспечением особой химической чистоты.

Из патентной литературы известен "Способ минимизации рециклической обработки ненасыщенного газа", включающий подачу обрабатываемого газа низкого давления в рабочий агрегат под давлением и выдачу на выходе жидкости и газа /см. патент США 4605493, С 10 G 5/00, 1986/.

Сущность изобретения Способ термомеханического компримирования газов включает подачу обрабатываемого газа в камеру, находящуюся под давлением, и выдачу на выходе компримированного газа. Отличается тем, что обрабатываемый газ в камеру подают путем шлюзования в транспортных контейнерах, производят теплофизическую газификацию с использованием рекуперативного теплообмена и низкопотенциальной тепловой энергии, а перед обратным шлюзованием освобожденные от сжиженного газа транспортные контейнеры заполняют вспомогательным жидким веществом, которое нагнетают в шлюзовую зону камеры с высоким или сверхвысоким давлением.

При шлюзовании криогенных сжиженных газов у транспортных контейнеров после их ввода в щлюзовую камеру производят разгерметизацию всех зон их вакуумной теплоизоляции и плавающих теплоизоляционных крышек, а перед обратным шлюзованием эти зоны заполняют вспомогательным жидким веществом, которым одновременно заполняют и саму шлюзовую камеру при создании сверхвысоких давлений; при этом вспомогательное жидкое вещество после заполнения зон шлюзования подмораживают в поверхностных слоях с использованием исходного сжиженного газа.

Применяемый при газификации рекуперативный теплообмен объединяют с теплофизическим комплексом сжижения исходного компримируемого газа.

Достигаемый изобретением технический результат заключается в возможности создания высоких и сверхвысоких давлений газов, обладающих высокой химической активностью и/или взрывоопасных, а также возможности компримирования указанных газов с обеспечением высокой химической чистоты.

Изобретение поясняется чертежами, где на: фиг.1 - показан общий вид камеры со шлюзами, сечение по А-А на фиг.2; фиг.2 - то же, сечение по Б-Б на фиг.1.

Изобретение состоит в функциональном объединении трех главных основополагающих действий. Первое - компримируемый газ исходно принимают в его жидком состоянии и подают в камеру давления не традиционными насосами, а путем соответствующего шлюзования с применением возвратных контейнеров. Второе - осуществляют последующую термическую газификацию поданного сжиженного газа с использованием рекуперативного теплообмена. Третье - нагнетают в камеру давления вспомогательную жидкость, которой заполняют возвратные шлюзовые контейнеры (после их освобождения от сжиженного газа) перед выводом через шлюз, и таким образом возвращают эту жидкость в ее рециркуляционный контур.

Способ реализуется в устройстве, которое, как показано на фиг.1, конструктивно объединяет следующие основные функциональные компоненты: рабочие цилиндры 1-4, количество которых (в данном варианте четыре) принципиально не ограничивается, и каждый из которых имеет в своем составе: - специальный шлюз 5, 6, являющийся предметом самостоятельного изобретения. Из его комплектации (фиг.1) условно показаны лишь приемная площадка 7, 8 для возвратных контейнеров 9, 10 и верхний съемный шлюзовой затвор 11-13; - средний корпусной блок 14, который герметично состыкован с центральной сборной камерой 15 и снабжен внутренними технологическими каналами 16-18, а также оборудован рядом других вспомогательных конструктивных элементов, по существу из перечня известных средств технической оснастки и потому не показанных на фиг.1; - поршень (вытеснитель), осевая часть 19 которого снабжена замковым захватом 20 и закреплена на подвижном штоке вертикального подъемника 21 (22, 23), а внешняя поршневая оболочка 24 с внутренней теплоизолирующей вставкой 25 имеет продольный заливочный паз 26 (27). Дополнительно может быть оборудована вспомогательная емкость для забора и последующего слива части сжиженного газа (на фиг.1 не показана); - подвижный верхний колпак 28 (29, 30), на котором снизу закреплен (или выполнен в нем) заливочный канал 31 (32, 33) со стыковочным патрубком 8 (35), а сверху закреплен шток 36 (37) вертикального подъемника 38 (39); - возвратные контейнеры 40, 9, 10, 41 двойного назначения: первоначально для транспортирования через шлюз сжиженного газа, а при их выходе - для транспортирования вспомогательной жидкости. В случае использования криогенных жидкостей контейнеры оборудуют теплоизоляцией, например известной многослойной экранно-вакуумной, и плавающими теплоизоляционными крышками. При этом вакуумную дюаровскую зону таких контейнеров снабжают устройствами, обеспечивающими ее разгерметизацию при входе в шлюз (на фиг.1 это не показано по причине известности таких технических решений).

Устройство включает также центральную сборную камеру 15, состоящую из: - осевого блока 42 крепления приводов 43, 44 с толкателями, например, телескопического типа 45, оснащенными захватами 46 для горизонтального перемещения верхних шлюзовых затворов из исходного осевого положения в центральную зону 47, 48 и обратно;
- гидравлических каналов 49 для организованного слива сжиженного газа в газификатор с возможной промежуточной дозирующей емкостью.

Кроме того, устройство содержит газификатор 50 с известным применением в его конструкции рекуперативного теплообменника. Условно показаны входной 51 и выходной 52 патрубки такого теплообменника, а также выход 53 получаемого на данном устройстве сжатого рабочего газа.

Работа устройства по данному способу рассматривается далее, начиная со стадии готовности шлюза соответствующего рабочего цилиндра к выдаче контейнера с исходным сжиженным газом в центральную сборную камеру с заданным газовым давлением.

Основные процессы в работе данного устройства условно подразделяются на пять вспомогательных тактов, составляющих характерный цикл функционирования каждого из рабочих циклов.

Первый такт. Включением подъемника 21 вначале опускают поршень (вытеснитель) до указанного положения, при котором его осевой частью 19 (посредством замка 20) захватывают верхний шлюзовой затвор 11 и соответствующим подъемом перемещают затвор в верхнее положение 12. Одновременно подвижный колпак 29 подъемником 39 также перемещают в его верхнее положение 54.

Второй такт. От осевого блока 42 выдвигают штанговый захват 46 и вспомогательные направляющие (на фиг.1 не показаны) для удержания затвора 12 после его расстыковки соответствующим раскрытием замка 20. Освобожденный поршень (вытеснитель) поднимают в его верхнее рабочее положение, а шлюзовой затвор 12 захватом 46 перемещают к центру, например в указанное (для другого цилиндра) положение 13 (47, 48).

Третий такт. Контейнер со сжиженным газом 41 поднимают из шлюзовой камеры на подставке 55 в рабочее положение 40 (последнее условно показано на разрезе другого цилиндра). После этого регулируемым включением привода 23 поршень (вытеснитель) 24 (56) начинают погружать в контейнер, вытесняя сжиженный газ 57, например, через переливную кромку 58 (59) и далее с использованием подвижной отражательной диафрагмы 60 направляют его поток по гидравлическим каналам 61 и 49 в зону слива в газификатор или вначале в промежуточную дозирующую емкость.

Четвертый такт. Исходное положение - поршень (вытеснитель) 62 доведен до дна контейнера 40, чем завершено вытеснение сжиженного газа. (Для полнейшего ускоренного удаления остатков возможно дополнительное использование соответствующего электроподогрева).

Подвижный колпак 28 приводом 38 через шток 36 опускают вниз до упора в уплотнительном кольце. При этом стыковочный патрубок 34 (35) вводят в уплотнительный узел 63 (64), сообщая заливочный канал 31 (32, 63) с внутренним технологическим каналом 17 (65), в который начинают нагнетать вспомогательную жидкость. Это может быть, например, глицерин или его растворы, или другая жидкость, определяемая конкретными техническими требованиями. Такую жидкость через канал 31 (32, 33) далее направляют в профилированный заливочный паз 26 (27), предотвращающий ее разбрызгивание в процессе заполнения контейнера 40. По мере его заполнения (66) осуществляют соответствующий подъем приводом 22 поршня (вытеснителя) до его верхнего положения 67.

При осуществлении указанного такта особо выделяется следующее. Процесс заполнения контейнера 40 вспомогательной жидкостью производят в специально создаваемой изолированной камере - при крайнем нижнем положении подвижного колпака 28. При этом, в случае применения контейнеров с вакуумными теплоизоляционными зонами, последние также заполняются вспомогательной жидкостью, а в случае особо высоких давлений производят соответствующее заполнение и самой шлюзовой камеры. Одновременно с этим создают частичную сдувку газа из изолированной заливочной камеры через дренажные каналы 68 и 69 во внешнюю систему улавливания выделяющихся паров вспомогательной жидкости. Для их количественного уменьшения возможно также применение подмораживания, например верхнего уровня заливки 66 путем соответствующего использования упоминавшихся плавающих теплоизолирующих крышек и забора для целей такого подмораживания части сжиженного газа в специальную полость поршня (вытеснителя) на стадии предыдущего такта.

Пятый такт. Контейнер 40 на подставке 55 опускают в шлюзовую камеру в положение 41, показанное при первом такте. При этом подвижный колпак 28 вновь перемещают в крайнее верхнее положение 54 так же, как при первом такте. Верхний шлюзовой затвор из положения 13 (48) посредством привода 43 толкателя с соответствующим захватом 46 перемещают в положение 12 первого такта и далее в обратной последовательности повторно перехватывают затвор замком 20 осевой части 19 поршня (вытеснителя) и устанавливают в исходное положение 1. Контейнер вспомогательной жидкостью выводят через шлюз и далее направляют (70) на передачу этой жидкости в ее рециркуляционный контур, а к данному шлюзу вновь подают (71) контейнер 9, наполненный исходным сжиженным газом, таким образом возобновляя первый такт очередного повторения рабочего цикла и т.д.

Рассмотренное функционирование каждого цилиндра осуществляют с помощью соответствующих управляющих систем, которыми одновременно обеспечивают фазовый сдвиг так, чтобы наиболее сглаживать исходную цикличность при завершающей газификации и выдаче рабочего газа.

Завершающий процесс газификации подаваемого в приемную камеру 15 сжиженного газа производят с использованием известного рекуперативного теплообмена, при котором на вход 51 рекуператора подают, например, сам исходный компримируемый газ из соответствующей установки его традиционного сжижения и далее с вышеуказанной подачей - в рассмотренное устройство по данному способу создания высоких и сверхвысоких давлений.

Формула изобретения

1. Способ термомеханического компримирования газов, состоящий в том, что требуемый газ в исходном сжиженном состоянии в транспортных контейнерах соответствующей конструкции подают в сборную камеру с заданным давлением путем шлюзования и далее производят известные теплофизические процессы газификации, например, с использованием рекуперативного теплообмена и низкопотенциальной тепловой энергии, а перед обратным шлюзованием освобожденные от сжиженного газа транспортные контейнеры заполняют вспомогательным жидким веществом, которое для этого соответственно нагнетают в шлюзовую зону вышеуказанной сборной камеры с высоким или сверхвысоким давлением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при шлюзовании криогенных сжиженных газов у транспортных контейнеров после их ввода в шлюзовую камеру производят разгерметизацию всех зон их вакуумной теплоизоляции и плавающих теплоизоляционных крышек, а перед обратным шлюзованием эти зоны заполняют вспомогательным жидким веществом, которым одновременно заполняют и саму шлюзовую камеру при создании особо высоких давлений, при этом вспомогательное жидкое вещество после заполнения зон шлюзования подмораживают в поверхностных слоях с использованием исходного сжиженного газа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяемый при газификации рекуперативный теплообмен объединяют с теплофизическим комплексом сжижения исходного компримируемого газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2