Установка для получения и долговременного хранения сжиженного природного газа

 

Изобретение относится к криогенной технике, криогенным газовым холодильным машинам, работающим по обратному циклу Стирлинга, а также к получению и хранению сжиженного природного газа. Природный газ повышенного давления из магистрального трубопровода, проходя через обратный клапан, дроссельный клапан, расширительную емкость, предварительно охлаждается и поступает в конденсатор холодильной машины для сжижения. Сжиженный газ самотеком сливается в сосуд Дьюара, а затем насосом высокого давления через обратный клапан подается в теплоизолированную емкость. За счет внешних теплопритоков в верхней части емкости образуется выпар сжиженных газов. По достижении определенного давления срабатывает предохранительный клапан, что служит сигналом для отключения линии подачи природного газа от магистрали. В результате газообразный выпар высокого давления через заборное устройство, предохранительный клапан, обратный клапан, дроссельный клапан, расширительную емкость поступает в конденсатор холодильной машины Стирлинга, где происходит его переконденсация с последующим сливом в емкость. Таким образом обеспечивается долговременное хранение сжиженного природного газа. 1 ил.

Изобретение относится к области криогенной техники, криогенных газовых холодильных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, а также получения и хранения сжиженного природного газа.

Известно, что сжиженный природный газ рассматривается как перспективное жидкое топливо, а температура кипения сжиженных природных газов соответствует температуре -162^oC (113K) (Нефтегазовая вертикаль./ Анал.журнал 9 - 10 (24-25), М. , 1998, стр. 123/). Однако существует проблема высококвалифицированного получения и хранения сжиженного газа как криогенной жидкости.

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их подачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения./Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287 - 288).

Известно устройство сосуда Дьюра для жидкого азота с вакуумно-порошковой изоляцией (Соколов Е.Я., Бродянский В.М., Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

Известно, что ввиду внешних теплопритоков в емкостях с криогенными жидкостями образуется выпар (пары сжиженных газов), количество которого зависит от многих факторов: формы емкостей; типов теплоизоляции и т.д. (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Первод под ред. проф. М.П.Малкова., М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 250). Однако выброс выпара за пределы емкости для хранения сжиженных газов приводит либо к потери ценного продукта, либо к загрязнению окружающей среды.

Известно конструктивное решение стационарного резервуара (теплоизолированной емкости) для хранения сжиженного газа (кислорода) с вакуумно-перлитовой изоляцией (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П.Малкова., М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 254).

Недостатком данного технического решения является то, что несмотря на достаточно хорошую изоляцию в резервуаре возникают потери сжиженного газа на испарение, за счет внешних тепопритоков.

Известно, что причиной низкого КПД реальных ожижителей газов является несовершенство применяемых холодильных циклов и способов сохранения холода (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П.Малкова., М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 15).

Известно, что для сжижения газов используются различные циклы, например с дросселированием или детандерные, однако в области криогенных температур (60 - 160 К) наиболее высокоэффективным циклом является цикл с холодильной машиной, работающей по циклу Стирлинга. Эффективность криогенных машин Стирлинга практически в 2 раза выше по сравнению с другими установками. применяемыми для сжижения газов (Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185 - 186).

Известно устройство газовой холодильной машины "Филипса", работающей по обратному циклу Стирлинга, предназнеченной для ожижения воздуха (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд. "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35). Однако данная холодильная машина для сжижения природного газа ранее не применялась.

Известно устройство для сжижения смеси газов, имеющих различные температуры кипения, в том числе и природного газа, и последующего его хранения, содержащее линию подачи природного газа, холодильную машину с конденсатором, дроссельный клапан и теплоизолированную емкость для хранения сжиженного природного газа (Патент ФРГ N 1232173, F 25 J 1/00, 1967). Однако в качестве холодильной машины целесообразно применить машину Стирлинга.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности систем и снижении материальных затрат при получении и хранении сжиженного природного газа.

Для достижения этого технического результата установка для получения и долговременного хранения сжиженного газа, содержащая линию подачи природного газа, холодильную машину с конденсатором, выполненную в виде машины Стирлинга, дроссельный клапан и теплоизолированную емкость для хранения сжиженного природного газа, снабжена магистральным трубопроводом, а также расположенными на линии подачи газообразного природного газа, соединяющей магистральный трубопровод с конденсатором машины Стирлинга, регулирующим, обратным и дроссельным клапанами и расширительной емкостью, линией сжиженного газа, соединяющей конденсатор машины Стирлинга с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа, с размещенными на ней сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном, и линией выпара сжиженного газа, соединяющей теплоизолированную емкость с линией подачи природного газа, с установленными на ней заборным устройством в газосодержащей части емкости, предохранительным и обратным клапанами, при этом линия выпара подсоединена к линии подачи газа на участке между обратным и дроссельным клапаном.

Введение в состав установки для получения и долговременного хранения сжиженного газа магистрального трубопровода, холодильной машины Стирлинга, линии подачи газообразного природного газа из магистрального трубопровода с дроссельным клапаном и расширительной емкостью, линии сжиженного газа с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и линии выпара сжиженного газа, соединяющей теплоизолированную емкость с линией подачи природного газа, подсоединенной к линии подач газа на участке между обратным и дроссельным клапаном, позволяет получить новое свойство, заключающееся в высокоэффективном сжижении природного газа и в возможности переконденсации выпара сжиженных газов в конденсаторе холодильной машины с последующим сливом в емкость для хранения сжиженных газов, за счет теплообмена с рабочим телом холодильной машины Стирлинга, а также снижение затрат мощности холодильной машины за счет предварительного дросселирования газообразного выпара.

На чертеже изображена установка для получения и долговременного хранения сжиженного газа.

В состав установки входит холодильная машина Стирлинга 1, линия подачи газообразного природного газа 2 из магистрального трубопровода 3, линия сжиженного газа 4, линия выпара сжиженного газа 5 и теплоизолированная емкость 6. Линия подачи природного газа 2 включает в себя регулирующий клапан 7, обратный клапан 8, дроссельный клапан 9, расширительную емкость 10, и соединяет магистральный трубопровод 3 с конденсатором (не показан) холодильной машины 1. Линия сжиженного газа 4 состоит из сосуда Дьюара 11, насоса высокого давления 12, обратного клапана 13, и соединяет конденсатора холодильной машины 1 с теплоизолированной емкость 6 для хранения сжиженного газа. Линия выпара сжиженного газа 5 соединяет теплоизолированную емкость 6 с линией подачи природного газа 2 и состоит из заборного устройства 14 в газосодержащей части емкости 6, предохранительного клапана 15, обратного клапана 16, при этом линия выпара 5 подсоединена к линии подачи газа 2 на участке между обратным 8 и дроссельным клапаном 9.

Установка для получения и долговременного хранения сжиженного газа работает следующим образом.

Природный газ повышенного давления из магистрального трубопровода 3 по линии подачи 2 поступает в холодильную машину Стирлинга 1 для сжижения. Для регулирования подачи природного газа предусмотрен регулирующий клапан 7. Проходя через обратный клапан 8 и дроссельный клапан 9 в расширительную емкость 10, природный газ предварительно охлаждается, а затем поступает в конденсатор (не показано) холодильной машины 1 для сжижения. Сжиженный газ по линии слива 4 самотеком сливается в сосуд Дьюара 11, а затем наосом высокого давления 12 через обратный клапан 13 подается в теплоизолированную емкость 6.

За счет внешних теплопритоков в верхней части емкости 8 образуется выпар сжиженных газов. При достижении определенного давления срабатывает предохранительный клапан 15, что служит сигналом для отключения линии подачи природного газа 2 от магистрали 3. В результате этого по линии выпара 5 газообразный выпар высокого давления, через заборное устройство 14, предохранительный клапан 15, обратный клапана 16 поступает в дроссельный клапан 9, проходя через который в расширительную емкость 10, предварительно охлаждается, а затем поступает в конденсатор холодильной машины Стирлинга 1, где происходит его переконденсация с последующим его сливом в емкость 6, тем самым обеспечивается долговременное хранение сжиженного природного газа. Переход газа в жидкую фазу в конденсаторе холодильной машины 1 создает необходимый перепад давлений в линиях 2 и 5. Обратные клапаны 8, 13 и 16 предотвращают движение рабочих сред в линиях 2, 4 и 5 в обратных направлениях.

Источники информации: 1. Нефтегазовая вертикаль. /Аналитический журнал/ 9-10 (24-25), М., 1998, стр. 123.

2. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287 - 288.

3.Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202.

4. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова., М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 250.

5. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова., М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 254.

6. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова., М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 15.

7. Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185 - 186.

8. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей по ред. проф. М.П.Малкова/, Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35.

9. Патент ФРГ N 1232173, F 25 J 1/00, 1967 - прототип.

Формула изобретения

Установка для получения и долговременного хранения сжиженного газа, содержащая линию подачи природного газа, холодильную машину с конденсатором, дроссельный клапан и теплоизолированную емкость для хранения сжиженного природного газа, отличающаяся тем, что холодильная машина выполнена в виде машины Стирлинга, а установка снабжена магистральным трубопроводом, а также расположенными на линии подачи газообразного природного газа, соединяющей магистральный трубопровод с конденсатором машины Стирлинга, регулирующим, обратным и дроссельным клапанами и расширительной емкостью, линией сжиженного газа, соединяющей конденсатор машины Стирлинга с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа, с размещенными на ней сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном, и линией выпара сжиженного газа, соединяющей теплоизолированную емкость с линией подачи природного газа, с установленными на ней заборным устройством в газосодержащей части емкости, предохранительным и обратным клапанами, при этом линии выпара подсоединена к линии подачи газа на участке между обратным и дроссельным клапанами.

РИСУНКИ

Рисунок 1