Способ заполнения емкости сжатым газом

 

Изобретение относится к криогенной технике, конкретно - к способам заполнения емкости сжатым газом путем регазификации сжиженного газа. При осуществлении способа поступающий из криогенного резервуара сжиженный газ нагревают путем его пропускания через атмосферный и рекуперативный теплообменники. Способ отличается тем, что сжиженный газ испаряют путем теплообмена с атмосферным воздухом, холодные пары пропускают через рекуперативный теплообменник и сжимают компрессором, при этом часть сжатого газа отводят для рекуперативного теплообмена с холодными парами. Способ обеспечивает возможность перекачивания одним компрессором большой массы газа за счет подачи на его вход более холодных плотных паров. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к криогенной технике, конкретно - к способам заправки баллонов сжатым газом путем регазификации сжиженного газа, и может быть использовано в газовой промышленности или на транспорте, например, для заправки баллонов сжатым природным газом при его применении в качестве моторного топлива.

Известна установка для снабжения сжатым газом, выключающая криогенный резервуар для сжиженного газа, оборудованный контуром высокого давления для вытеснения сжиженного газа из резервуара в питающий трубопровод и встроенный теплообменник для охлаждения паров в верхней части резервуара перед наполнением сжиженным газом из стационарного хранилища (см. патент США N 5 467 603, МПК F 17 C 7/04, опубл. 21.11.95).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является "Способ газификации криогенных жидкостей" по авторскому свидетельству СССР N 832240, в котором криогенную жидкость предварительно нагревают путем теплообмена с газом, подаваемым потребителю. В данном способе не предусмотрены средства для сжатия и охлаждения регазифицированного газа, что существенно снижает его эффективность.

Цель изобретения (техническая задача) - улучшение технических характеристик, повышение эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе заполнения емкости сжатым газом, при котором поступающий из криогенного резервуара сжиженный газ нагревают путем его пропускания через атмосферный испаритель и рекуперативный теплообменник, сжиженный газ в атмосферном испарителе испаряют при постоянном давлении до получения холодных паров с температурой, не ниже температуры кипения сжиженного газа, пары пропускают через рекуперативный теплообменник, откачивают и сжимают компрессором, при этом сжатый газ перед подачей в емкость потребителя охлаждают путем его теплообмена с холодным газом в рекуперативном теплообменнике.

Способ отличается также тем, что глубину охлаждения сжатого газа регулируют путем управления расходом его потока, часть которого направляют для теплообмена с холодным газом в рекуперативном теплообменнике.

Следует отметить ряд технических особенностей предлагаемого способа, повышающих его эффективность. Холодные пары охлаждают как сжатый газ, так и сам компрессор, благодаря чему отпадает необходимость в специальном холодильнике. Таким образом, вместо дорогостоящего криогенного насоса при данной технологии можно применять более дешевый серийный компрессор, причем без системы охлаждения. Отмеченные усовершенствования существенно снижают общий вес оборудования, что позволяет производить систему для осуществления предлагаемого способа в виде передвижных заправочных комплексов на базе автопоезда.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема заправки сжатым газом по предлагаемому способу, где приняты следующие обозначения: 1 - криогенный резервуар со сжиженным газом; 2 - атмосферный испаритель; 3 - рекуперативный теплообменник; 4 - компрессор; 5 - 9 - трубопроводы; 10 - емкость потребителя; 11 - 14 - управляемые вентили.

В примере конкретного исполнения криогенный резервуар 1 изготовлен в виде изотермического сосуда, предназначенного для хранения сжиженного природного газа (СПГ) под давлением 1...8 МПа. Резервуар с СПГ перевозят к месту заправки емкости потребителя на полуприцепе с помощью автотягача.

Атмосферный испаритель 2 содержит выполненный из оребренной металлической трубы змеевик, открыто размещенный на резервуаре. Рекуперативный теплообменник 3 содержит кожух для сжатого газа, через который проходит змеевик для холодного газа. Компрессор 4, также установленный на полуприцепе, имеет трубопровод 5 для всасывания холодных паров, пропущенных через теплообменник 3, и трубопровод 6 для выхода сжатого газа. Трубопровод 7 предназначен для отвода части потока сжатого газа в теплообменник 3. Трубопровод 8 предназначен для вывода газа из теплообменника в заправочный трубопровод 9, который имеет стандартный наконечник для соединения с емкостью потребителя 10. Вентили 11 - 14 служат для регулирования потоков газа.

В случае использования природного газа сжиженный природный газ поступает из резервуара при температуре 140...160 К под давлением 1...8 МПа, а сжатый газ подают в емкость потребителя при температуре 230...310 К под давлением 20...25 МПа.

В случае с азотом, как показывают расчеты, для регазификации сжиженного азота хватает тепла, выделяемого при рекуперативном охлаждении сжатого азота в теплообменнике. Тогда сжиженный азот можно сразу подавать в рекуперативный теплообменник, минуя атмосферный испаритель. При этом существенно сокращается время регазификации и оптимально утилизируется тепло, возникающее при сжатии газа в компрессоре.

Наполнение емкости потребителя сжатым газом производят в следующем порядке. Резервуар 1 наполняют известным способом сжиженным (в данном случае природным) газом из стационарного криогенного хранилища или из магистрального газопровода при помощи ожижителя и доставляют на автотягаче к месту заправки емкости.

Для заполнения сжатым газом емкости 10 ее присоединяют к трубопроводу 9, открывают вентили 11, 12 и включают компрессор 4. Сжиженный природный газ перетекает из резервуара 1 через вентиль 11 в испаритель 2, где он начинает кипеть, нагревшись до температуры 140 К. Образовавшиеся холодные пары поступают в теплообменник 3 и сразу откачиваются через трубопровод 5 компрессором 4. Благодаря непрерывной работе компрессора давление холодных паров в испарителе 2 остается низким, а их температура при этом равна 140...150 К. Клапан 11 служит для задания такого расхода криогенной жидкости, при котором она полностью испаряется в испарителе 2.

В теплообменнике 3 температура холодных паров несколько повышается и на входе компрессора уже составляет около 200 К. С помощью компрессора газ нагнетается через трубопроводы 6 и 9 в емкость 10, где его давление растет, пока не достигнет значения, заданного потребителем. При этом температура сжатого газа повышается. Если требуется сжать газ до давления 20 МПа, то его температура в компрессоре, как показывают расчеты, увеличивается до 300 К, а в емкости потребителя будет еще выше. Газ с такими параметрами требуется охлаждать. Для этого открывают вентиль 13 и часть сжатого газа отводят по трубопроводу 7 в кожух теплообменника, где он охлаждается за счет теплообмена с холодным паром в змеевике. Охлажденный газ направляется через трубопровод 8 и открытый вентиль 14 в трубопровод 9, где он смешивается с прямым потоком теплого сжатого газа из вентиля 12 и охлаждает его до нужной температуры. Глубину охлаждения газа в трубопроводе 9 можно регулировать путем управления расходом в трубопроводах 7, 8 при помощи вентилей 13, 14.

Описанный выше способ заправки емкости сжатым природным газом, который также применим для других криогенных жидкостей (например, жидкий азот или кислород), имеет в сравнении с известными способами ряд преимуществ, из которых можно указать следующие: - возможность перекачивания одним компрессором массы газа за счет подачи на его вход более холодных плотных паров; - возможность применения серийного компрессора без системы охлаждения; - возможность частичного или полного исключения внешних источников тепла для газификации сжиженного газа; - возможность регулирования температуры сжатого газа в широком диапазоне, что особенно важно при заправке баллонов в зимнее время, при этом возможна заправка сжатым газом, температура которого ниже температуры воздуха (100%-ная ускоренная заправка); - расширение возможностей по заправке газобаллонных автомобилей сжатым природным газом путем доставки больших объемов газа в сжиженном виде к месту заправки (увеличение загрузки АГНКС, расширение сети заправочных станций и т.д.).

Приведенные выше сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям новизны, неочевидности и промышленной применимости, в связи с чем представляется к правовой защите патентом на изобретение.

Формула изобретения

1. Способ заполнения емкости сжатым газом, при котором поступающий из криогенного резервуара сжиженный газ нагревают путем его пропускания через атмосферный и рекуперативный теплообменники, отличающийся тем, что сжиженный газ в атмосферном теплообменнике испаряют при постоянном давлении до получения холодных паров с температурой, не ниже температуры кипения сжиженного газа, полученные пары пропускают через рекуперативный теплообменник, откачивают и сжимают компрессором, при этом сжатый газ перед подачей в емкость потребителя охлаждают путем его теплообмена с холодным газом в рекуперативном теплообменнике.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что глубину охлаждения сжатого газа регулируют путем управления расходом его потока, часть которого направляют для теплообмена с холодным газом в рекуперативном теплообменнике.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что емкость заполняют природным газом, при этом сжиженный природный газ поступает из резервуара при температуре 140 - 160 К под давлением 1 - 8 МПа, а сжатый газ подают в емкость при температуре 230 - 310 К под давлением 20 - 25 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1