Ожижитель водорода малой производительности

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к водородным ожижителям малой производительности. Ожижитель водорода малой производительности содержит верхнюю крышку, соединенную с корпусом фланцем, предварительный теплообменник «теплой» зоны, выполненный из девяти медных трубок, спаянных между собой и свернутых в спираль, сборник жидкого водорода, вокруг которого концентрично расположен основной теплообменник «холодной» зоны, выполненный из четырех спаянных между собой медных трубок, свернутых в спираль, и ванну жидкого азота. Согласно изобретению предварительный теплообменник «теплой» зоны, сборник жидкого водорода, основной теплообменник «холодной» зоны, ванна жидкого азота, располагающиеся внутри корпуса, смонтированы на внутренней поверхности его крышки, а также сборник и медные трубки основного теплообменника расположены соосно кольцевой ванне с жидким азотом в пространстве, ограниченном ее внутренними стенками. Изобретение обеспечивает повышение надежности и эффективности за счет интенсифицированного теплообмена между змеевиком ванны жидкого азота и жидким азотом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к водородным ожижителям малой производительности.

Известна конструкция ожижителя, работающая в режиме сжижения и ретроградной конденсации паров водорода и предназначенная для ожижения небольших количеств водорода и неона (Butkevich I.K., Dobrov V.М. Hydrogen/neon liquefier with helium expander refrigeration cycle //Chemical and Petroleum Engineering. - 1969. - T. 5. - №. 3. - стр. 251-252). Гелий из компрессора поступает в ожижитель, где последовательно охлаждается в теплом теплообменнике, азотной ванне и холодном теплообменнике, после расширяется в детандере, снижая температуру до -253°С-263°С, и направляется в теплообменник-конденсатор, охлаждая сжимаемый газ, далее через теплообменник покидает установку и возвращается в компрессор. В свою очередь, сжиженный водород или неон поступает в ресивер Недостатком такого устройства является необходимость своевременного и регулярного технического обслуживания детандера, необходимость его энергообеспечения, чувствительность к процессам обледенения от возможного остаточного конденсата. Применение гелия в качестве промежуточного рабочего тела под относительно высоким давлением подразумевает необходимость применения более металлоемкой и дорогой запорно-регулирующей арматуры, и более прочных магистралей, что помимо увеличения их стоимости также сказывается на эффективности рабочих теплообменных процессов.

Известен способ получения жидкого параводорода (Патент 166373 Союз Советских Социалистических Республик, МПК F25J 1/02. Способ получения жидкого параводорода / А.Г. Зельдович, Ю.К. Пилипенко. - № 145251; заявл. 10.09.1962; опубл. 19.11.1964, Бюл. № 22), в котором сжатый водород охлаждается последовательно в теплообменнике теплой зоны, ванне жидкого азота, промежуточном теплообменнике, ванне жидкого азота, кипящего под вакуумом, теплообменнике холодной зоны, расширяется в детандере и дросселируется дросселем в ванную жидкого водорода. Предварительно водород проходит систему сжатия и очистки. Из теплообменника холодной зоны сжижаемый водород поступает в детандер, проходит змеевики и конвертор.

Недостаток данного изобретения заключается в наличии детандера и вращающихся деталей, снижающих надежность, ремонтопригодность и срок службы.

Наиболее близким из известных технических решений является водородно-ожижительная станция ВОС-3 (Рожков И.В. Получение жидкого водорода / И.В. Рожков, О.А. Алмазов, А.А. Ильинский - Москва: Издательство «Химия», 1967. - стр. 199), содержащая газгольдер, из которого чистый водород засасывается компрессором и сжимается до высокого давления, блок маслоотделения и ожижитель, в котором водород охлаждается в первом теплообменнике, ванне с жидким азотом, втором теплообменнике, после чего расширяется в дроссельном вентиле, ожижается и накапливается в сборнике. Жидкий азот попадает в азотную ванну из сосуда Дьюара, где кипит под низким давлением, создаваемым вакуум-насосом. Изоляционное пространство ожижителя заполнено мипорой и откачивается форвакуумным насосом.

Недостатком изобретения является необходимость производить ряд трудоемких операций по распайке трубок из-за того, что вывод сжиженного водорода и ввод обратного потока пара из конденсатора в теплообменник «холодной» зоны осуществляется через боковую стенку кожуха ожижителя.

Технический эффект, достигаемый предложенным ожижителем водорода, заключается в высокой надежности, долгосрочном ресурсе, облегченном техническом обслуживании и ремонте, обеспечиваемых эффективной компоновкой конструкции ожижителя водорода малой производительности и свободой термических деформаций внутренних узлов ожижителя от его корпуса. Непосредственный контакт змеевика с жидким азотом обуславливают повышение эффективности ожижителя водорода малой производительности и интенсификацию теплообмена и предварительного азотного охлаждения.

Данный технический эффект достигается в ожижителе водорода малой производительности, содержащем верхнюю крышку, соединенную с корпусом фланцем, предварительный теплообменник «теплой» зоны, выполненный из девяти медных трубок, спаянных между собой и свернутых в спираль, сборник жидкого водорода, вокруг которого концентрично расположен основной теплообменник «холодной» зоны, выполненный из четырех спаянных между собой медных трубок, свернутых в спираль, и ванна жидкого азота, согласно изобретению, предварительный теплообменник «теплой» зоны, сборник жидкого водорода, основной теплообменник «холодной» зоны, ванна жидкого азота, располагающиеся внутри корпуса, смонтированы на внутренней поверхности его крышки, а также сборник и медные трубки основного теплообменника «холодной» зоны расположены соосно кольцевой ванне с жидким азотом в пространстве, ограниченном ее внутренними стенками.

Суть изобретения поясняется на фигуре 1, где показано, что в состав ожижителя водорода входят:

1 - корпус;

2 - фланец;

3 - рама;

4 - трубки теплообменников;

5 - предварительный теплообменник «теплой» зоны;

6 - ванна жидкого азота;

7 - основной теплообменник «холодной» зоны;

8 - сборник жидкого водорода;

9 - змеевик азотной ванны;

10 - дроссельный вентиль;

11 - вакуумная изоляция.

Конструктивно ожижитель водорода содержит корпус 1 с закрепленным на нем фланцем 2, к которому крепится рама 3. На раме 3 установлены трубки 4, связка из девяти таких медных трубок образует предварительный теплообменник «теплой» зоны 5. После предварительного теплообменника «теплой» зоны 5 установлена ванна жидкого азота 6, в которую устанавливается состоящий из связки четырех медных трубок 4 основной теплообменник «холодной» зоны 7, в центре которого установлен сборник жидкого водорода 8. Во внутреннем объеме ванны жидкого азота 6 расположен змеевик ванны жидкого азота 9. В крышке сборника жидкого водорода 8 установлен дроссельный вентиль 10. Внутреннее пространство ожижителя водорода малой производительности защищено вакуумной изоляцией 11.

Работа ожижителя водорода малой производительности осуществляется следующим образом.

Сжатый водород охлаждается последовательно в предварительном теплообменнике «теплой» зоны 5, по одной трубке 4 которого проходит сжатый водород высокого давления, по трем трубкам 4 - обратный расширенный водород, и по пяти трубкам 4 - газообразный азот из ванны жидкого азота 6, далее в концентрично расположенных вокруг сборника жидкого водорода 8 ванне с жидким азотом 6 и основном теплообменнике «холодной» зоны 7, одна трубка 4 которого предназначена для сжатого водорода, а три трубки 4 - для обратного потока расширенного водорода. Далее водород расширяется в дроссельном вентиле 10, смонтированном на верхней крышке сборника жидкого водорода 8, в котором он накапливается, сжижаясь после дросселирования. Неожиженный расширенный водород через предварительный теплообменник «теплой» зоны 5 и основной теплообменник «холодной» зоны 7 выводятся из ожижителя. Внутреннее пространство ожижителя водорода малой производительности защищено вакуумной изоляцией 11.

Преимуществом приведенного ожижителя водорода малой производительности является конструктивное совершенство и надежность, обеспечиваемые облегченной разборкой и сборкой ожижителя водорода малой производительности за счет монтажа элементов конструкции к крышке корпуса, и высокая эффективность, обеспечивающаяся интенсифицированным теплообменом между змеевиком ванны жидкого азота и жидким азотом.

Таким образом, реализация данного изобретения приведет к высокой эффективности и технологичности ожижителя водорода малой производительности.

1. Ожижитель водорода малой производительности, содержащий верхнюю крышку, соединенную с корпусом фланцем, предварительный теплообменник «теплой» зоны, выполненный из девяти медных трубок, спаянных между собой и свернутых в спираль, сборник жидкого водорода, вокруг которого концентрично расположен основной теплообменник «холодной» зоны, выполненный из четырех спаянных между собой медных трубок, свернутых в спираль, и ванна жидкого азота, отличающийся тем, что предварительный теплообменник «теплой» зоны, сборник жидкого водорода, основной теплообменник «холодной» зоны, ванна жидкого азота, располагающиеся внутри корпуса, смонтированы на внутренней поверхности его крышки.

2. Ожижитель водорода по п. 1, отличающийся тем, что сборник и медные трубки основного теплообменника расположены соосно кольцевой ванне с жидким азотом в пространстве, ограниченном ее внутренними стенками.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области криогенной техники. Способ сжижения природного газа включает очистку и осушку исходного природного газа и охлаждение в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате до образования двухфазного потока, который выводят из теплообменного аппарата и разделяют на газ и жидкую фракцию в сепараторе, жидкую фракцию направляют на утилизацию, газ возвращают из сепаратора в теплообменный аппарат для его сжижения и переохлаждения посредством внешнего замкнутого азотно-детандерного цикла.

Изобретение относится к области сжижения или отверждения газов, а именно к способам и технологическим процессам получения сжиженного природного газа. Способ производства сжиженного природного газа включает разделение сырьевого потока природного газа на технологический и продукционный потоки.

Комплекс по производству сжиженного природного газа (СПГ) содержит основание гравитационного типа (ОГТ), на верхней плите которого расположены модули верхнего строения, включающие соединительные модули 35-38, расположенные вдоль средней линии верхней плиты 2 ОГТ, и модули оборудования, по меньшей мере часть из которых расположена в один ряд с каждой стороны от соединительных модулей 35-38.

Установка 100 производства СПГ, образованная из множества контейнерных блоков 10 сжижения природного газа. Каждый контейнерный блок 10 сжижения природного газа может производить предварительно заданное количество СПГ, например до 0,3 млн.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в сплит-системах сжижения природного газа со смешанным хладагентом. Раскрыта сплит-система сжижения природного газа со смешанным хладагентом («MR»), в которой компрессоры MR низкого давления («LP») и среднего давления («MP») приводятся в действие первой газовой турбиной, а пропановый компрессор и компрессор MR высокого давления («HP») приводятся в действие второй газовой турбиной.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в сплит-системах сжижения природного газа со смешанным хладагентом. Раскрыта сплит-система сжижения природного газа со смешанным хладагентом («MR»), в которой компрессоры MR низкого давления («LP») и среднего давления («MP») приводятся в действие первой газовой турбиной, а пропановый компрессор и компрессор MR высокого давления («HP») приводятся в действие второй газовой турбиной.

Изобретение может быть использовано при сжижении газовых потоков, в частности газовых потоков, содержащих водород или гелий. Составы хладагентов включают первый компонент азот, второй компонент, выбранный из метана или аргона, третий компонент, выбранный из этана или этилена, и четвертый компонент, выбранный из н-бутана, изобутана, 1-бутена, пропана, пропилена, н-пентана и изопентана.

Избретение относится к способу охлаждения потока углеводородного сырья путем косвенного теплообмена с потоком первого хладагента в теплообменнике охлаждения, включающему: а) сжатие теплого потока первого хладагента низкого давления за одну или более ступеней сжатия, чтобы получить сжатый поток первого хладагента; б) охлаждение сжатого потока первого хладагента в одном или более блоков охлаждения, чтобы получить сжатый охлажденный поток первого хладагента; в) введение сжатого охлажденного потока первого хладагента в первое устройство разделения жидкости и пара, чтобы получить первый поток пара хладагента и первый поток жидкого хладагента; г) введение первого потока жидкого хладагента в теплообменник охлаждения; д) охлаждение первого потока жидкого хладагента в теплообменнике охлаждения, чтобы получить охлажденный поток жидкого хладагента; е) дросселирование охлажденного потока жидкого хладагента, чтобы получить холодный поток хладагента, введение холодного потока хладагента в теплообменник охлаждения, чтобы обеспечить холодоснабжение, требуемое для охлаждения потока углеводородного сырья, первого потока жидкого хладагента и потока второго хладагента; ж) сжатие первого потока пара хладагента за одну или более ступеней сжатия, чтобы получить сжатый поток пара хладагента; з) охлаждение и конденсация сжатого потока пара хладагента, чтобы получить конденсированный поток хладагента; и) дросселирование конденсированного потока хладагента, чтобы получить дросселированный поток хладагента; к) введение потока второго хладагента в теплообменник охлаждения; л) введение потока углеводородного сырья в теплообменник охлаждения; и м) охлаждение потока углеводородного сырья в теплообменнике охлаждения, чтобы получить охлажденный углеводородный поток; и н) дополнительное охлаждение и сжижение охлажденного углеводородного потока в основном теплообменнике, чтобы получить сжиженный углеводородный поток.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть применено для сжижения природного газа на газораспределительных станциях. Предложена установка, включающая в варианте 1 блоки осушки и очистки, теплообменник, компрессионную холодильную машину с двумя испарителями, два холодильника, детандер, два редуцирующих устройства, циркуляционный компрессор и сепаратор.

Способ управления запуском установкой по производству сжиженного природного газа (СПГ). Охлаждают теплообменник от первого температурного профиля в первый момент времени до второго температурного профиля во второй момент времени на этапе (а), при этом первый температурный профиль имеет первую среднюю температуру, которая больше, чем вторая средняя температура второго температурного профиля.

Изобретение относится к производственным сооружениям и может быть использовано при создании комплексов по производству сжиженного природного газа (СПГ) на основании гравитационного типа в прибрежной и морской зоне. Комплекс по производству сжиженного природного газа (СПГ) содержит по меньшей мере два основания гравитационного типа 4-6 (ОГТ), на каждом из которых расположена технологическая линия 1-3 сжижения природного газа с применением смешанного хладагента, включающая установки приема и подготовки сырьевого газа, установки стабилизации газового конденсата, установки осушки газа и удаления ртути, установки выделения широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), систему подготовки и сжатия хладагентов и установку сжижения. По меньшей мере на одном ОГТ 4 (5, 6) технологическая линия 1 (2, 3) включает установку фракционирования для получения компонентов смешанного хладагента из ШФЛУ и по меньшей мере в одном соответствующем ОГТ 4 (5, 6) расположено по меньшей мере по одному резервуару для каждого компонента смешанного хладагента. В каждом ОГТ 4 (5, 6) расположен по меньшей мере один резервуар для хранения СПГ. По меньшей мере в одном ОГТ 4 (5, 6) расположен по меньшей мере один резервуар для хранения стабилизированного газового конденсата (СГК). По меньшей мере на одном ОГТ имеется причал 7 (8) для отгрузки СПГ и СГК в танкеры. По меньшей мере по одному резервуару для каждого компонента смешанного хладагента соединены трубопроводами с системами подготовки и сжатия хладагентов всех технологических линий с образованием единой системы подпитки компонентами смешанных хладагентов. По меньшей мере один резервуар для хранения СГК соединен трубопроводами с установками стабилизации конденсата всех технологических линий с образованием единой системы хранения и отгрузки СГК. Резервуары для хранения СПГ соединены друг с другом трубопроводами с образованием единой системы хранения и отгрузки СПГ. Изобретение позволяет исключить избыточное дублирование оборудования за счет создания единых для всего комплекса технических систем. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.
Наверх