Способ заправки компримированным природным газом

Изобретение относится к технологии заправки потребителя, например автомобиля, тепловоза и т.п., компримированным природным газом (КПГ). Природный газ (ПГ) из магистрального газопровода 1 (МГ), где давление составляет порядка 25-90 кгс/см², подают в детандер 2, подвергая адиабатическому расширению с совершением внешней работы. При расширении часть ПГ превращается в сжиженный природный газ (СПГ), который сливают в криогенное хранилище 3. К месту заправки СПГ перевозят в изотермическом сосуде 7 на газовозе 5. На заправке СПГ регазифицируют в атмосферном регазификаторе 8 до получения компримированного природного газа, которым заправляют газовый баллон 11 потребителя 10. Изобретение направлено на снижение себестоимости заправки потребителя КПГ путем упрощения технологии, снижения энергозатрат на производство КПГ и повышения эффективности его перевозки. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к технологии заправки потребителя, например, автомобиля, тепловоза и т.п., компримированным природным газом (КПГ).

Известен способ заправки по патенту РФ №79973, в котором КПГ доставляют к месту заправки потребителя при помощи автогазозаправщика с многоярусным пакетом газовых баллонов, сгруппированных в секции. К недостаткам указанного способа относится его невысокая эффективность, так как основная часть грузоподъемности шасси заправщика (до 90%) и расходуемого им моторного топлива расходуется на перевозку баллонов. Автогазозаправщик обладает низким коэффициентом опорожнения (коэффициентом полезного использования перевозимого газа). Конечное давление заправки транспортного средства снижается при каждой последующей заправке. Известен способ получения КПГ по патенту РФ №2262645, в котором природный газ (ПГ) отбирают из сетей при давлении 2-12 кгс/см² и компримируют до давления 220-250 кгс/см². При этом способе КПГ необходимо охлаждать, отделяя попутную жидкую фазу. К недостаткам данного способа следует отнести высокую стоимость полученного КПГ, так как сетевой газ дороже магистрального. Кроме того, для реализации данного способа необходимо применять компрессор, охладитель и другое оборудование, что также повышает стоимость КПГ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является, на наш взгляд, способ заправки КПГ по патенту РФ №2211996 - прототип. В указанном способе природный газ отбирают из магистрального газопровода (МГ) при давлении порядка 90 кг/см², компримируют до нужного давления (220-250 кгс/см²), перевозят полученный КПГ на газовозе до газонаполнительной станции (ГНС), где КПГ закачивают в газовые аккумуляторы станции. Потребителя заправляют КПГ сначала непосредственно из аккумуляторов ГНС, затем производят дозаправку до более высокого давления при помощи дожимного компрессора.

К недостаткам прототипа следует отнести сравнительно высокую себестоимость заправки, в которой существенную часть занимают расходы на производство КПГ и его транспортирование до ГНС, которая, как правило, удалена от МГ.

Технической задачей является снижение себестоимости заправки потребителя КПГ путем упрощения и удешевления производства КПГ и повышения эффективности его перевозки.

Технический результат достигается тем, что в способе заправки компримированным природным газом, в котором природный газ отбирают из магистрального газопровода, обрабатывают, отобранный природный газ подвергают охлаждению и расширению для обеспечения перехода газа в жидкую фазу, отделяют жидкую фазу от газовой фазы для получения чистого сжиженного природного газа, который перекачивают в криогенный теплоизолированный сосуд газовоза, в котором сжиженный природный газ перевозят к месту заправки потребителя, где сжиженный природный газ регазифицируют до получения компримированного природного газа, которым заправляют потребителя.

В предлагаемом способе ПГ сжижают путем пропускания через дроссель или через детандер. В способе сжиженный природный газ (СПГ) нагнетают при помощи криогенного плунжерного насоса до необходимого давления. В способе СПГ регазифицируют при помощи атмосферного испарителя-регазификатора.

Предлагаемый к патентованию способ поясняется чертежом, на котором приняты следующие обозначения: 1 - магистральный трубопровод, 2 - детандер, 3 - криогенное хранилище для СПГ, 4 - труба для отвода ПГ, 5 - газовоз, 6 - криогенный насос, 7 - изотермический сосуд, 8 - атмосферный испаритель-регазификатор, 9 - заправочный шланг, 10 - потребитель, 11 - криогенный плунжерный насос высокого давления, 12 - газовый баллон потребителя.

Предлагаемый способ используют в следующем порядке. Сначала отбирают ПГ из магистрального газопровода 1, очищают от нежелательных примесей, влаги, углекислоты и пропускают через детандер 2, соединенный с хранилищем 3. При адиабатическом расширении с совершением внешней работы в детандере газ охлаждается. При этом его существенная часть (до 20% по массе) переходит в жидкую фазу, которую сливают в хранилище 3. Сопутствующую газовую фракцию (несжиженную часть потока) направляют через трубу 4 в газовую сеть, предварительно пропустив ее через теплообменник для охлаждения природного газа, идущего на сжижение. Для перевозки СПГ подгоняют к хранилищу 3 газовоз 5. СПГ перекачивают из хранилища 3 криогенным центробежным насосом 6, или под действием гидростатического столба жидкости, или под действием избыточного давления в паровой подушке хранилища в изотермический сосуд 7, установленный на газовозе 5.

СПГ перевозят на газовозе к месту заправки потребителя. Здесь СПГ нагнетают криогенным плунжерным насосом высокого давления 11 из сосуда 7 в атмосферный испаритель-регазификатор 8 до необходимого давления. В регазификаторе СПГ нагревается за счет атмосферного тепла. При этом сжиженный газ переходит в газообразную фазу (регазифицируется), и нагревается до температуры, близкой к температуре окружающей атмосферы. Потребителя, например, автобус, заправляют через шланг 9, который соединяют с газовым баллоном 11. По мере наполнения баллонов потребителя давление газа в регазификаторе постоянно растет за счет нагнетания в него жидкой фазы криогенным плунжерным насосом высокого давления.

Таким образом, заправка потребителя осуществляется в три этапа. Сначала ПГ из МГ переводят в СПГ путем дросселирования или расширения с совершением внешней работы, используя даровое ибыточное давление, созданное в МГ газоперекачивающей компрессорной станцией (избыточно совершенная работа по транспорту газа, которая обычно преобразуется в необратимые термодинамические потери при редуцировании газа на газоредуцирующих станциях, в данном способе преобразуется в полезную работу). Затем СПГ в компактном виде перевозят к месту заправки. Здесь СПГ превращают в КПГ, испаряя за счет дарового тепла окружающей атмосферы. В предлагаемой технологии энергию тратят только на перекачивание СПГ из одного аппарата в другой и нагнетание несжимаемой жидкости до давления заправки. Удельный вес СПГ почти в 600 раз превышает удельный вес природного газа при стандартных условиях, а в изотермическом сосуде давление его паров не превышает 16 кгс/см², что позволяет экономично перевозить СПГ к месту заправки. Потребителя заправляют КПГ, полученным за счет дарового тепла окружающей атмосферы.

Согласно описанной выше схеме заявителем была собрана опытная установка для проверки предлагаемого способа. Испытания доказали правильность выбранных технических решений. Измерения показали, что на перекачивание и нагнетание СПГ было затрачено энергии почти в 20 раз меньше, чем требуется для компримирования эквивалентной массы ПГ (повышение эффективности). Транспортные расходы на перевозку СПГ к месту заправки оказались почти на порядок ниже расходов на перевозку КПГ эквивалентной массы, не говоря уже о затратах на соблюдение мер безопасности, которые для КПГ выше, чем для СПГ. При этом для реализации предлагаемого способа не нужны компрессор, охладитель и другое оборудование, используемое в прототипе (упрощение технологии).

Неочевидным в предлагаемом способе является то, что КПГ производят на месте заправки потребителя из СПГ, полученного из ПГ за счет использования дарового высокого давления в МГ и привезенного в компактном сжиженном виде к месту заправки. Как известно из уровня техники, ранее СПГ, полученный побочно при компримировании ПГ, считали нежелательной попутной фракцией, отделяли от КПГ и направляли стороннему потребителю.

Согласно результатам испытаний заявителем начато изготовление опытного образца мобильного комплекса заправочного оборудования на базе автотягача с полуприцепом.

Описанное выше техническое решение, отвечающее критериям новизны, неочевидности и промышленной применимости, предлагается к правовой защите патентом на изобретение.

1. Способ заправки компримированным природным газом, в котором природный газ отбирают из магистрального газопровода, обрабатывают, перекачивают в баллон газовоза, отличающийся тем, что отобранный природный газ подвергают адиабатическому расширению с совершением внешней работы для обеспечения перехода природного газа в жидкую фазу, отделяют жидкую фазу от газовой фазы для получения чистого сжиженного природного газа, который перекачивают в баллон газовоза, выполненный в виде изотермического сосуда, в котором сжиженный природный газ перевозят к месту заправки, где сжиженный природный газ регазифицируют до получения компримированного природного газа, которым производят заправку потребителя.

2. Способ заправки по п.1, отличающийся тем, что природный газ сжижают путем пропускания через дроссель.

3. Способ заправки по п.1, отличающийся тем, что природный газ сжижают путем пропускания через детандер.

4. Способ заправки по п.1, отличающийся тем, что сжиженный природный газ нагнетают при помощи криогенного плунжерного насоса.

5. Способ заправки по п.1, отличающийся тем, что сжиженный природный газ регазифицируют при помощи атмосферного регазификатора.