Способ газификации криогенных жидкостей и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к криогенной технике. Цель изобретения - состоит в повышении экономичности и надежности путем устранения пульсаций давления при переменном расходе. Для этого криогенную жидкость (КЖ) подают в межтрубное пространство испарителя (И), где испаряют теплом продукционного газа (ПГ), предварительно нагретым с помощью теплоносителя (Т) в теплообменнике. В зависимости от температуры Т и теплоты парообразования испаряемого продукта ПГ можно многократно подогревать Т и подавать на испарение КЖ. Для этого трубные пространства И и теплообменника выполнены многосекционными, и секции соединены между собой последовательно по ходу газа. В случае повышения давления в резервуаре отлючают верхнюю секцию И, для чего паровая полость резервуара соединена трубопроводом с арматурой с межсекционным пространством И и трубным пространством нижней секции И. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 F 17 С 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlpH ГКНТ СССР (2 .) 4076347/23-26 (22) 10.06.86 (46) 30.09.90. Бюл. № 36 (72) В. Н. Криштал, Н. С. Стукалова, В. К. Железняков, Е. A. Богданов, Е. П. Немцев, В. Е. Позняк, Б. О. Белорусец, О. П. Литовка, И. Е. Дудкин и В. А. Кротов (53) 621.59(088. 8) (56) Патент Великобритании № 1334978, кл. F 17 С 9/02, 1973. (54) СПОСОБ ГАЗИФИКАЦИИ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к криогенной технике. Цель изобретения состоит в повышении экономичности и надежности путем устранения пульсаций давления при переменном расходе. Для этого криогенную жидИзобретение относится к технике газификации криогенных жидкостей и может быть использовано в криогенной технике, химической промышленности и транспортном машиностроении, в частности при газификации сжиженного природного газа, например метана, используемого в качестве топлива для дизельного двигателя тепловозов.

Цель, изобретения — повышение экономичности и надежности за счет устранения пульсаций давления при переменном расходе.

На чертеже изображено устройство для реализации способа.

Устройство содержит криогенный резервуар 1, нижняя часть которого соединена с трубопроводом 2 с межтрубным пространством испарителя 3, в верхней час„„Я0„„1596174 А 1 кость (КЖ) подают в межтрубное пространство испарителя (И), где испаряют теплом продукционного газа (ПГ), предварительно нагретым с помощью теплоносителя (Т) в теплообменнике. В зависимости от температуры Т и теплоты парообразования испаряемого продукта ПГ можно многократно подогревать Т и подавать на испарение КЖ. Для этого трубные пространства И и теплообменника выполнены многосекционными, и секции соединены между собой последовательно по ходу газа. В случае повышения давления в резервуаре отключают верхнюю секцию И. для чего паровая полость резервуара соединена трубопроводом с арматурой с межсекционным пространством И и трубным пространством нижней секции И. 2 с. и. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ти которого размещен сепаратор 4. Сепаратор 4 может быть выполнен, например, в виде дополнительного свободного объема. расположенного в верхней части межтрубного пространства испарителя 3, обеспечивающего приведенную скорость па ра, например не более 2 м/с, устраняющую унос капель из испарителя 3, либо сепаратор 4 может быть пленочного типа.

В испарителе 3 размещены секции 5 и 6 для продукционного газа, соединенные трубопроводами 7 — 11 с секциями 12 — 14, размещенными в теплообменнике 15. имеющем патрубки подачи 16 и выхода 7 теплоносителя. Трубопровод 18 подачи потре< ителю продукционного газа соединен с гр бопроводом 19 выхода газа из секции 14 и через регулирующие вентили 20--2"

1596174

15 трубопроводом 11 выхода газа из секции 6.

Секции 5 и 6 размещены в испарителе 3 одна над другой и между ними установлен патрубок 23, соединенный трубопроводом 24 с арматурой 25 с верхней частью резервуара 1. На трубопроводе 7 установлен клапан 26. Верхняя часть резервуара 1 соединена трубопроводом 27 через обратный клапан 28 с трубопроводом 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Криогенную жидкость подают по трубопроводу 2 в межтрубное пространство испарителя 3, где ее испаряют теплом продукционного газа,,предварительно нагретого теплоносителем в теплообменнике 15, например, газифицируемой криогенной жидкостью является метан при давлении 1,1 МПа.

Параметры метана: энтальпия жидкости при температуре 112 К на входе в испаритель i 732000 Дж/кг; энтальпия пара на линии насыщения i"=1275000 Дж/кг; температура насыщения Т =150,3 К; средняя теплоемкость газа Ср — — 2240 Дж/кг,К.

В качестве теплоносителя используется вода с температурой Т =303 — 379К, которую по патрубку 16 подают в межтрубное пространство теплообменника 15. Следовательно, охлаждение продукционного газа при испарении метана составляет

Дт=т — т — Л1 — Л(,, где At разность температур между потоками на холодном конце испарителя;

At — разность температур на теплом конце теплообменника.

Если принять М„=A,=10 К, то

ЛТ=ЗОЗ вЂ” 150,3 — 10 — 10=132,7 К. Поэтому число ступеней пропускания продукционного газа через теплоноситель и жидкий метан равно! — з=/ йа

AT ° Ср 1 42,7 2240

После сепаратора 4 испарившийся газ подают по трубопроводу 7 в секцию 12 теплообменника 15, подогревают теплоносителем до температуры, близкой к температуре воды (насыщения), и подают по трубопроводу 8 в секцию 5 испарителя 3, где он, охлаждаясь, испаряет жидкий метан. Далее испарившийся газ подают по трубопроводу 9 в секцию 13, где его снова подогревают теплоносителем до температуры, близкой к температуре воды, и снова возвращают в испаритель 3 для испарения жидкого метана, для чего его подают по трубопроводу 10 в секцию 6.

В зависимости от температуры теплоносителя и теплофизических свойств испаряемого продукта испарившийся газ можно многократно подогревать теплоносителем и подавать на испарение криогенной жидкости. На выходе из секции 6 получают

55 продукционный газ, который разделяют на две части, соотношение которых определяется температурами теплоносителя и газа после смешения потоков. Соотношение потоков может регулироваться автоматически плавным изменением или ступенчатым„ например, за счет комбинации открытия или закрытия регулирующих вентилей 20—

22, настроенных на расходы 1:2:4 чаети холодного потока соответственно.

Ступенчатое регулирование позволяет при подключении дополнительных расходов холодного потока (например расходы через вентили 21 и 22) производить перераспределение холодного и горячего потоков, тем самым поддерживать заданный диапазон температур продукционного газа.

Соотношение расходов 1:2:4 обеспечивает семь ступеней регулирования.

При этом изменение расхода продукционного газа не влияет на перераспределение расходов через вентили 20 — 22 и тем самым обеспечивается поддержание температуры продукционного газа в заданном диапазоне 5 — 20 С. Затем оставшуюся часть холодного потока подают в секцию 14 теплообменника 15, где подогревают теплоносителем до температуры, близкой к температуре теплоносителя, и смешивают с другой холодной частью, подаваемой по трубопроводу 11 через регулирующие вентили 20 — 22. После смешения продукционный газ имеет температуру, необходимую потребителю (5 — 20 С), и его по трубопроводу 18 подают потребителю.

В случае повышения давления в резервуаре 1 выше рабочего (при длительном малом расходе продукционного газа) производят отбор газа из верхней части резервуара 1, для чего закрывают клапан 26, и газ поступает по трубопроводу 27 через обратный клапан 28 в секцию 6 испарителя 3, а из нее — потребителю аналогичным образом.

Ввиду того, что температура газа, забираемого из паровой полости резервуара 1, может быть значительно выше равновесной температуры, возможны повышение давления пара в испарителе 3 и передавливание жидкости по трубопроводу 2 в резервуар 1, что приводит к уменьшению уровня жидкости в испарителе 3. Для обеспечения гарантированного уровня жидкости над секцией 6 открывается клапан 25 и образовавшиеся пары перепускаются в резервуар 1 через патрубок 23 по трубопроводу 24.

Так как расход пара, образующегося в испарителе 3, значительно меньше расхода продукционного газа, выдаваемого потребителю, то давление в верхней части резервуара 1 уменьшается. Производят обратное переключение клапанов 25 и 26 и подачу газа потребителю по указанной схеме.

1596174

Испарение криогенной жидкости в свободном объеме путем теплообмена с продукционным газом позволяет устранить пульсации давления и расхода при газификации криогенных жидкостей. В этом случае обеспечивается такое соотношение коэффициентов теплоотдачи в испарителе со стороны криогенной жидкости и газа, что температура теплообменной повехности близка к температуре насыщения криогенной жидкости. Теплообмен между стенкой и криогенной жидкостью происходит в условиях пузырькового кипения.

Количество аккумулированного тепла в конструкции минимально. Поэтому паропроизводительность аппарата определяется только количеством тепла, вносимым испарившимся продукционным газом. При этом пар в испарителе не перегревается и после сепарации капель выводится при температуре, близкой к температуре насыщения.

Поэтому уменьшаются масса и габариты аппарата за счет уменьшения теплового потока и обеспечения высоких значений коэффициентов теплоотдачи. Многократные нагревание и пропускание продукционного газа через криогенную жидкость и теплоноситель позволяют подвести от теплоносителя к криогенной жидкости требуемое количество тепла и испарить заданное количество природного газа.

Размещение секций испарителя одна над другой необходимо для получения стабилЬной температуры испарившегося пара, для че

ro нижняя секция должна быть гарантированно залита криогенной жидкостью.

Соединение межсекционного пространства испарителя с паровой полостью криогенного резервуара и последней с трубным пространством нижней секции испарителя позволяет отключить верхнюю секцию испарителя в случае повышения давления в резервуаре, например, при длительном прекращении отбора газа потребителем.

Установка сепаратора в верхней части межтрубного пространства испарителя обеспечивает получение сухого пара, что устраняет попадание влаги в теплообменник на горячую повехность, а следовательно, исключает колебание расхода и необходимость установки ресиверов для сглаживания колебаний. формула изобретения

1. Способ газификации криогенных жидкостей, включающий испарение жидкости и нагрев полученного пара теплоносителем с получением продукционного газа, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности за счет устоанения пульсаций давления при переменном расходе, испарение криогенной жидкости осуществляют в свободном объеме до температуры пара, близкой к насыщению, путем теплообмена с нагретым теплоносителем паром, при этом нагрев пара осуществляют ступенчато и после каждой сту20 пени нагрева, кроме последней, пар направляют на стадию испарения.

2. Устройство газификации криогенных жидкостей, содержащее соединенные между собой криогенный резервуар, трубчатые испаритель и теплообменник, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности за счет устранения пульсаций давления при переменном расходе, нижняя часть криогенного резервуара подключена к межтрубному пространству испари

З0 теля, снабженного сепаратором, который своим выходом подключен к трубному пространству теплообменннка, при этом трубные пространства испарителя и теплообменника выполнены в виде соединенных по ходу пара секций, расположенных поочередно в теплообменнике и испарителе, и секции испарителя располжены одна под другой.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что верхняя часть резервуара подключена посредством патрубков соответственно

40 к трубному пространству нижней секции испарителя и к расположенному между секциями его межтрубному пространству.

1596174

Составитель Г. Ольшанская

Редактор Yi. Касарда Техред А. Кравчук Корректор H. Ревская

Заказ 2902 Тираж 419 Подписное

В1!ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Г!ропзводс асино-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101