Способ регазификации криопродукта

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 3 (5D

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2778739/23-26 (22) 15,06.79 (46) 30.05.83. Бюл. )" 20 (72 ) С. С. Будневич, Л. А, Акулов, Е. И. Борзенко, В, И. Иванов, В.Н.Новотельнов, С. В . Холодковский и

К. Я. Шмалько (71 ) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт холодильной промышленности (53) 621.59(088.8) (56 ) 1 . "Разделение воздуха методом глубокого охлаждения". Под ред.

В. И. Епифановой, Т. 2, И., 1973, с. 441 ..

2. Патент Японии М 49-45054, кл, 13(7) В 322, 1974. (54)(57) 1.СПОСОБ РЕГАЗИФИКАЦИИ КРИОПРОДУКТА, преимущественно жидкого водорода, включающий его сжатие и нагрев путем теплообмена с воздухом, поступающим на низкотемпературное разделение, отличающийся тем, что, с целью повышения эконо,мичности путем более полного использования холода жидкого водорода, жидкий водород после сжатия предварительно нагревают до промежуточной температуры путем теплообмена с рабочим телом прямого регенеративного цикла, при этом теплообмен газифицируемого водорода с воздухом проводят от промежуточной температуры до температуры окружающей среды совместно с регенеративным теплообменом между сжатым и расширенным потоками рабочего тела прямого регенеративного цикла, С:

1020685<

2.Способ по п.1,отличающийся тем,что жидкий водород предварительно

Изобретение относится к технике низкотемпературного разделения воздуха и водородной энергетике.

Известен способ регазификации криопродукта путем теплообмена его с ,,ркружащщвй средой . или путем электронагрева 1 ).

Недостатком этого. способа является то, что теряется холод, аккумулированный в криопродукте.

Известен также способ регазификации криопродукта, включающий сжатие криопродукта и нагрев путем теплообмена с воздухом, поступающим на низкотемпературное разделение (2 ).

Недостатком известнопо способа является то, что холод регазификации используется неполностью, так как охлаждается поток воздуха только перед сжатием в компрессоре и суммарный расход. энергии на синие охлажденного газового потока с учетом энергетических затрат на охлаждение криопродукта гораздо выше, чем расход энергии на сжатие неохлажденного газа, т.е. известный способ неэкономичен. Цель изобретения - повышение эко-. номичности способа путем более полного использования холода.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регазификации криопродукта, преимущественно жидкого водорода, включающему его сжатие и нагрев путем теплообмена с воздухом, поступающим на низкотемпературное разделение, жидкий водород после сжатия предварительно Нагревают до промежуточной температуры путем теплообмена с рабочим телом прямого регенеративного цикла при этом теплообмен газифицируемого водорода с воздухом проводят от промежуточной температуры до температуры окружа.ющей среды совместно с регенеративным теплообменном между сжатым и расширенным потоками рабочего тела прямого регенеративного цикла. нагревает до промежуточной температуры,соответствующей 100-110 К.

Кроме того, жидкии водород пред варительно нагревают до промежуточной температуры, соответствующей

100-110 К.

5 .Предлагаемый способ позволяет наиболее эффективно использовать холод, аккумулированный в жидком водороде, при его регазификации для снижения энергетических затрат на ожижение и транспортирование водорода, исключая при этом опасность замерзания воздуха при охлаждении его жидким водородом, так как самый низкотемпературный участок подогрева в пределах

30-110 К используют как источник низ-. кой температуры в прямом регенеративном цикле для получения энергии, а подогрев водорода в процессе его регазификации от 110 К до температуры

20 окружающей среды используют как источник холода для разделения воздуха.

На фиг. 1 представлена схема способа регазификации жидкого водорода; на фиг. 2 - узел схемы регазификации жидкого водорода до промежуточной температуры, вариант.

На фиг. 1 и 2 обозначены емкость

1 жидкого водорода, жидкостный насос 2,теплообменники 3 и 4, низкотемпераЗо турные компрессоры 5 и 6, турбина 7, компрессор 8, детандер 9, ректификационная колонна 10, переохладитель 11 ! и теплообменник 12, связанные между собой коммуникациями, Способ осуществляется следующим образом.

Жидкий водород из емкости 1 поступает в жидкостный насос 2, где сжимается до высокого давления, и нап40 равляется в теплообменник 3. Там водород вначале подогревают до

100 К, отводя тепло от рабочего тела прямого регенеративного цикла на участке .регенеративного (внутрен него ) теплообмена в этом цикле. В качестве рабочего тела используют циркуляционный азот, Последний расшиpRoT в водородной турбине 7 при теипературе окружающей среды и дале .

I 020685 з как описано выше, охлаждают на уча, стке регенеративного теплообмена в теплообменнике 3 на низком температурном уровне, при этом тепло отдается газифицируемому водороду. Затем циркуляционный водород сжимают. в компрессоре 5 и подогревают в теплообменнике 4 за счет охлаждения в компрессоре 8 воздуха . Далее сжатый водород поступает в водородную тур- 10 бину 7. Таким образом, процесс регенеративного теплообмена в прямом регенеративном цикле совмещен с подогревом газифицируемого водорода за счет охлаждения воздуха. На фиг.2 видно, что сначала жидкий водород нагревают в теплообменнике 12 за счет охлаждения рабочего тела прямого цикла, потом регазифицируемый водород подогревают в теялообменнике 4 за счет охлаждения воздуха, à регенеративный теалообмен между потоками прямого регенеративного цикла происходит в теплообменнике 3.

Разделяемый воздух сжимают в ком- .25 прессоре 8 до давления выше критического, затем охлаждают. при постоянном давлении в теплообменнике

4, расширяют в детандере 9 и направляют на разделение в ректификационную колонну 10, в которой воздух разделяют на жидкий кислород и газообразный азот . Для получения обоих компонентов высокой концентрации из колонны 10 отводят

35 газообразную аргонную фракцию. Азотную флегму и пар получают с помощью циркуляционного азота.

Выходящий из верхнего сечения колонны 10 азот подогревают в переохла-40 дителе 11 и делят на два потока. Один из них, равный количеству азота, полученного из разделяемого воздуха, подогревают в теплообменнике 4 за счет охлаждения воздуха. Второй поток 5 сжимают в компрессоре 6 до давления

0,55 Mila, конденсируют в трубном пространстве конденсатора колонны

10 за счет кипения жидкого кислорода в межтрубном пространстве и после переохлаждения в переохладителе 11 дросселируют в верхнее сечение колонны 10 в качестве флегмы для участия в процессе разделеия. жаргонную фракцию отбирают из исчерпывающей секции колонны 10 и за счет охлаждения воздуха подогревают в теплообменнике 4. Жидкий продукционный кислород и газообразный продукционный азот подают потребителю, В некоторых случаях по предлагаемому способу можно получить одновременно жидкие кислород и азот.

При сжатии воздуха в многоступенчатом компрессоре 8 он в каждой ступени значительно повышает свою температуру..Обычно применяют межступенчатое и концевое водяное охлаждение. Вместе с тем в водородной турбине.7 в процессе расширения необходимо подводить тепло к водороду, при этом, чем выше температура подогрева водорода, тем выше эффективность прямого регенеративного цикла, так как повышается температура источника высокой температуры и в этом цикле. В связи с этим целесообразно воздух при межступенчатом и концевом охлаждении охлаждать за счет подогрева водорода перед турбиной 7 и между ступенями расширения.

llo предлагаемому способу регазифицируют 1 т жидкого кислорода и полу« чают 6,2 т жидкого кислорода, 19 тыс.м—

3 приведенного к нормальным условиям газообразного азота и 100 кВт ° ÷ энергии.

В связи c lloBbIUleHHeM эффективности процесса разделения воздуха при использовании холода регазификации жидкого водорода примерно на 503 снижается расход энергии на получение жидкого кислорода, что составляет на тонну жидкого водорода около 3000 кВт/с, т.е. полный энергетический эффект регазификации составляет более 1000 кВт на тонну газифицируемого жидкого водорода. Еще больший экономический эффект получается если использовать тепло сжатия воздуха на подогрев рабочего тела при его расширении в турбине, так как заметно растет количество энергии, получаемой в прямом цикле, и полностью отпадает необходимость водяного охлаждения.

Составитель Г. Ольшанская

Редактор А. Огар Техред Л.Пекарь Корректор Л. Бокшан

Заказ 3877/34 Тираж,485 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, И-35, Раушская наб., д . 4/5 филиал ППП "Патент", r. .Ужгород, ул, Проектная, 4