Способ и устройство для выпаривания криогенных сред

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2541489:

ЛИНДЕ АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к способу, а также к устройству для повышения энтальпии среды, в которой энергия отбирается у первого теплоносителя, состоящего из первого дымового газа (5), и у второго теплоносителя (W), содержащего воду и дымовой газ, и путем опосредованного теплообмена передается, соответственно, в среду, причем второй дымовой газ (3) для образования второго теплоносителя (W) подается в систему, содержащую воду, через насадку. Первый теплоноситель (9), охлажденный относительно среды, используется для образования второго теплоносителя (W). 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу повышения энтальпии среды, при котором энергия отбирается у первого теплоносителя, состоящего из первого дымового газа, и у второго теплоносителя, содержащего воду и дымовой газ, и путем опосредованного теплообмена передается, соответственно, в среду, причем второй дымовой газ для образования второго теплоносителя подается в систему, содержащую воду, через насадку.

Кроме того, изобретение относится к устройству для осуществления этого способа.

Устройства, в которых теплоноситель, образованный из воды и дымового газа, используется для повышения энтальпии, уже в течение многих лет относятся к уровню техники и известны специалисту под названием испарителей ТХ LNG и теплоносителей Sub-Х®. Эта технология, в частности, используется для нагревания и/или выпаривания криогенных сред, как-то: диоксид углерода, жидкий природный газ и жидкий азот.

Нагреваемая и/или выпариваемая среда пропускается через трубы трубчатого теплообменника, установленного в резервуаре и полностью окруженного теплоносителем, состоящим из воды и дымового газа. От горелки к резервуару подводится горячий газ и под теплоносителем через насадку подается в теплоноситель. Образующиеся при этом пузырьки газа за счет своей подъемной силы обеспечивают образование турбулентного потока, так что трубы теплообменника омываются теплоносителем с большой скоростью обтекания. Благодаря большой поверхности газовых пузырьков дымовой газ охлаждается весьма эффективно, так что его температура быстро опускается до значений, при которых конденсируемые вещества, в частности вода, конденсируются. В результате для выпаривания или нагревания криогенной среды наряду с физическим теплом может использоваться также тепло, латентно накопленное в дымовом газе. Гидравлические условия обеспечивают высокий коэффициент теплопередачи между смесью дымового газа с водой и трубами теплообменника, благодаря чему теплообменник может быть выполнен весьма компактным.

Даже при условии бесконечно больших поверхностей теплообменника описанным методом температура криогенной среды может быть повышена максимум до температуры смеси дымового газа с водой. На практике среда достигает температуры обычно примерно на 10° ниже температуры теплоносителя. При повышении температуры смеси дымового газа с водой коэффициент полезного действия способа падает, поскольку все больше воды испаряется и с охлажденным воздухом выводится в атмосферу. Целесообразным оказалось поддержание смеси дымового газа с водой при температуре менее 30°С, однако предпочтительно при температуре даже менее 15°С. В результате этих ограничений максимально достижимая конечная температура среды ограничена примерно 20°С.

Если требуется конечная температура среды более 20°С, необходим следующий этап производства, на котором среда продолжает нагреваться в последовательно подключенном теплообменнике. Если при этом в качестве теплоносителя используется дымовой газ, нагревание происходит с относительно низким коэффициентом полезного действия, поскольку водяной пар, содержащийся в дымовом газе, остается в газовой фазе, и его теплота конденсации отводится в атмосферу без пользы.

Задачей изобретения является создание способа указанного вида, а также устройства для его осуществления, лишенных недостатков уровня техники.

Поставленная задача в отношении способа решается за счет того, что первый теплоноситель, охлажденный относительно среды, используется для образования второго теплоносителя.

Благодаря способу согласно изобретению энергию, накопленную в первом охлажденном теплоносителе, можно использовать для повышения энтальпии среды. В частности, имеющийся водяной пар конденсируется, а высвобождающаяся при этом теплота конденсации отводится в воду второго теплоносителя. Поскольку теплота конденсации возвращается в процесс, а не теряется в атмосфере, нагретая относительно второго теплоносителя и/или испарившаяся среда может продолжать нагреваться относительно второго теплоносителя без того, чтобы, как в уровне техники, это было связано с уменьшением термического коэффициента полезного действия.

Согласно изобретению предлагается усовершенствованный способ, чтобы для образования второго теплоносителя первый охлажденный дымовой газ подавался в воду через насадку независимо от второго дымового газа или вместе с ним.

Дымовые газы, необходимые обоим теплоносителям, образуются при сгорании топлива в горелке, к которой в качестве окислителя целесообразным образом подводятся воздух или воздух, обогащенный кислородом, или другая кислородосодержащая газовая смесь. В отличие от терминологии, принятой в химии, в рамках настоящего изобретения в качестве окислителя рассматриваются лишь такие вещества или смеси веществ, которые содержат кислород и могут отдавать его при реакции с топливом. Предпочтительно первый дымовой газ образуется в одной горелке, в то время как для образования второго дымового газа используется вторая горелка. Однако вариант способа согласно изобретению предусматривает использование только одной горелки, в которой образуется как первый, так и второй дымовой газ.

В предпочтительном варианте выполнения способа согласно изобретению первый теплоноситель образуется как кислородосодержащий дымовой газ, для чего первое топливо сжигается при избытке кислорода. После охлаждения относительно среды кислородосодержащий дымовой газ в качестве окислителя целесообразно полностью подавать в горелку, в которой в результате сгорания второго топлива образуется второй дымовой газ. В идеале первый дымовой газ образуется таким образом, чтобы во вторую горелку с первым охлажденным дымовым газом кислород подавался в количестве, достаточном для полного окисления второго топлива. Если количество кислорода, поданного с первым дымовым газом, недостаточно для полного сгорания второго топлива, то изобретение предусматривает, чтобы во вторую горелку дополнительно подавался дополнительный окислитель, в случае которого речь предпочтительно идет о воздухе.

Способ согласно изобретению, в частности, годится для выпаривания криогенной жидкости, как, например, жидкого природного газа, жидкого этилена, жидкого диоксида углерода или жидкого азота, и для перегрева образовавшейся при этом газовой фазы до температуры более 20°С. Однако она может быть использована также для нагрева сверхкритической среды или криогенного газа, как, например, диоксида углерода.

Кроме того, изобретение относится к устройству для повышения энтальпии среды, содержащему горелку для образования первого дымового газа и горелку для образования второго дымового газа, первый и второй теплообменники, причем в первом теплообменнике у первого теплоносителя, состоящего из первого дымового газа, и во втором теплообменнике у второго теплоносителя энергия отбирается и, соответственно, путем опосредованного теплообмена может передаваться в среду, а также к перемешивающему устройству, в котором для образования второго теплоносителя вода может смешиваться с дымовым газом и в котором установлен второй теплообменник.

Поставленная задача в отношении устройства решается за счет того, что оно содержит подающее устройство, с помощью которого первый теплоноситель, охлажденный относительно среды, для образования второго теплоносителя может подаваться в перемешивающее устройство.

При этом подающее устройство может быть выполнено таким образом, что оно допускает изменение химического состава первого охлажденного теплоносителя, прежде чем он будет подан в перемешивающее устройство.

Один из вариантов выполнения устройства согласно изобретению предусматривает, чтобы перемешивающее устройство было соединено с подающим устройством или подающими устройствами, с помощью которых первый и второй дымовые газы могут подаваться в перемешивающее устройство вместе или раздельно.

Другой вариант выполнения устройства согласно изобретению предусматривает, что горелка для образования первого дымового газа идентична горелке для образования второго дымового газа или отлична от нее.

Еще один вариант выполнения устройства согласно изобретению предусматривает, что горелка для образования второго дымового газа соединена с устройством, с помощью которого в нее в качестве окислителя подается первый дымовой газ, охлажденный относительно среды.

Устройство согласно изобретению пригодно для повышения энтальпии среды любого вида. Однако с особым успехом оно может быть использовано для выпаривания криогенной жидкости и нагревания образующейся при этом газовой фазы до температуры порядка более 20°.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере выполнения, схематически изображенном на фиг.1.

Пример выполнения изображает устройство для выпаривания криогенной жидкости, как, например, жидкого природного газа или жидкого азота, а также для перегрева газовой фазы, образующейся при испарении.

По трубопроводу 1 криогенная жидкость подается в теплообменник Е1, установленный в перемешивающем устройстве М и окруженный теплоносителем W, в случае которого речь идет о смеси газа с водой. В результате опосредованного теплообмена тепло теплоносителя W передается криогенной жидкости, вследствие чего она испаряется. По трубопроводу 2 из перемешивающего устройства М отводится газовая фаза, температура которой примерно на 10°С меньше температуры теплоносителя W, обычно составляющей около 20°С. Для передачи тепла теплоносителю W к перемешивающему устройству М по трубопроводам 3 подводится дымовой газ и под теплообменником Е1 через насадку подается в теплоноситель W, где он распределяется в виде мелких пузырьков. При этом дымовой газ 3 в непосредственном контакте с водой охлаждается настолько быстро, что содержащиеся в нем конденсируемые вещества, в первую очередь водяной пар, конденсируются. Точно так же, как его ощутимое тепло, высвобождающаяся при этом теплота конденсации отдается в воду, благодаря чему может быть использована не только низшая, но и высшая теплота сгорания дымового газа 3. Охлажденный дымовой газ отводится по трубопроводу 4.

Газовая фаза 2, образованная в теплообменнике Е1, подается дальше в теплообменник Е2, где она перегревается путем опосредованного теплообмена с дымовым газом 5, образованным в горелке В1. Перегретая газовая фаза отводится по трубопроводу 6. В горелке В1 топливо 7, как, например, природный газ, сжигается с окислителем 8, в случае которого речь обычно идет о воздухе. Сжигание производится при избытке кислорода, вследствие чего образующийся дымовой газ содержит кислород. Этот дымовой газ не охлаждается ниже точки росы содержащейся в нем воды, так что по трубопроводу 9 отводится кислородосодержащий дымовой газ, содержащий наряду со своей физической теплотой еще и латентную теплоту. Благодаря своему содержанию кислорода и его количеству охлажденный дымовой газ может подаваться в горелку В2 в качестве окислителя, с помощью которого топливо 10 полностью окисляется и превращается в дымовой газ 3.

1. Способ повышения энтальпии среды, при котором энергия отбирается у первого теплоносителя, состоящего из первого дымового газа (5), и у второго теплоносителя (W), содержащего воду и дымовой газ, и путем опосредованного теплообмена передается, соответственно, в среду, причем второй дымовой (3) газ для образования второго теплоносителя (W) подается в систему, содержащую воду, через насадку, отличающийся тем, что первый теплоноситель (9), охлажденный относительно среды, используют для образования второго теплоносителя (W).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования второго теплоносителя (W) охлажденный первый дымовой газ (9) подается в систему, содержащую воду через насадку независимо от второго дымового газа (3) или вместе с ним.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый дымовой газ (5) и второй дымовой газ (3) образуются в одной и той же горелке или в разных горелках (В1, В2).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый дымовой газ (5) образуется при избытке кислорода и после охлаждения относительно среды подается в горелку для образования второго дымового газа (3) в качестве окислителя.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что он используется для выпаривания и/или нагревания жидкого природного газа или жидкого этилена, или жидкого азота, или диоксида углерода.

6. Устройство для повышения энтальпии среды (1), содержащее горелку (В1) для образования первого дымового газа (5) и горелку (В2) для образования второго дымового газа (3), первый (Е2) и второй теплообменники (Е1), причем в первом теплообменнике (Е2) у первого теплоносителя, состоящего из первого дымового газа (5), а во втором теплообменнике (Е1) у второго теплоносителя (W) энергия отбирается и, соответственно, путем опосредованного теплообмена может передаваться в среду (1, 2), а также на перемешивающее устройство (М), в котором для образования второго теплоносителя (W) вода может смешиваться с дымовым газом (3) и в котором установлен второй теплообменник (Е1), отличающееся тем, что оно содержит подающее устройство (9, В2, 3), с помощью которого первый теплоноситель, охлажденный относительно среды, для образования второго теплоносителя (W) может подаваться в перемешивающее устройство (М).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что перемешивающее устройство (М) соединено с подающим устройством (3), с помощью которого первый и второй дымовые газы могут подаваться в перемешивающее устройство (М) вместе или раздельно.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что горелка (В1) для образования первого дымового газа (5) идентична горелке (В2) для образования второго дымового газа (3) или отлична от нее.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что горелка (В2) для образования второго дымового газа (3) соединена с подающим устройством (9), с помощью которого в нее в качестве окислителя подается первый дымовой газ, охлажденный относительно среды.

10. Устройство по одному из пп.6-9, отличающееся тем, что оно может быть использовано для выпаривания и/или нагревания жидкого природного газа или жидкого этилена, или жидкого азота, или диоксида углерода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, в ракетно-космической технике и т. д.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии, в ракетно-космической технике и в народном хозяйстве, например, для газификации сжиженных газов и их смесей.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сред, находящихся в жидком состоянии. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус, в котором расположены теплообменные элементы и нагреватель.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сред, находящихся в жидком состоянии. Предложен способ подогрева криогенной жидкости, заключающийся в пропускании жидкости через теплообменные элементы с подведением к ним тепла.

Изобретение относится к области газоснабжения, в частности к испарению сжиженного углеводородного газа в самих расходных емкостях и грунтовых испарителях и последующему дросселированию парового потока без образования гидратов, и может быть использовано при снабжении сжиженным углеводородным газом жилищно-коммунальных потребителей и объектов сельского хозяйства от подземных резервуарных установок с естественной регазификацией продукта.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к испарителям криогенной жидкости, и может быть использовано в газификационных установках. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус с камерами подвода и выдачи хладагента, теплообменные элементы, содержащие камеру жидкого хладагента и центральную трубу, снабженную эжектором.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к испарителям криогенной жидкости, и может быть использовано в газификационных установках. .

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к устройствам перекачки и заправки в емкости жидкого азота. .

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии, в ракетно-космической технике и в народном хозяйстве, например, для газификации сжиженных газов и их смесей.

Изобретение относится к технологии осуществления процесса регазификации сжиженного природного газа. .

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус, в котором расположены теплообменные элементы и нагреватель. Корпус выполнен в виде, как минимум, двух двухслойных оболочек, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, каждая из оболочек состоит из двух соединенных между собой обечаек, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенного компонента. Оболочки корпуса выполнены профилированными и содержат цилиндрическую часть и сужающуюся часть в виде конфузора с образованием кольцевой полости с каналами для прохода криогенного компонента между указанными частями. Внутри конической части установлен патрубок, соединенный с полостью внутренней оболочки, а коллектор подвода одного из компонентов топлива к смесительным элементам размещен внутри корпуса испарителя. Изобретение направлено на улучшение технических характеристик и расширение функциональных возможностей испарителя. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус, в котором расположены теплообменные элементы и нагреватель. Корпус выполнен в виде как минимум двух двухслойных оболочек, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, каждая из оболочек состоит из двух соединенных между собой обечаек, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенного компонента. Оболочки корпуса выполнены профилированными и содержат, цилиндрическую часть и сужающуюся часть в виде конфузора с образованием кольцевой полости с каналами для прохода криогенного компонента между указанными частями. Внутри конической части установлен патрубок, соединенный с полостью внутренней оболочки, а коллекторы подвода и отвода криогенного компонента внутрь наружной оболочки расположены на упомянутой сужающейся части наружной оболочки. Изобретение направлено на улучшение технических характеристик и расширение функциональных возможностей испарителя. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Испаритель содержит корпус с встроенным в него трубчатым змеевиком. Змеевик выполнен в виде трубного пучка с коллекторами для ввода и вывода испаряемой внутри труб жидкости. На корпусе размещены патрубки ввода и вывода промежуточной жидкости в межтрубное пространство. Внутри корпуса встроен электронагревательный элемент или устройство для ввода греющего пара для нагрева промежуточной жидкости. Коллектор для ввода испаряемой криогенной жидкости в аппарат выполнен с трубной решеткой и размещен за пределами корпуса аппарата. Каждая трубка змеевика имеет свое отверстие в корпусе для ввода в испаритель. При использовании изобретения достигается обеспечение взрывобезопасной эксплуатации испарителя криогенной жидкости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к системам автономного энергоснабжения удаленных населенных пунктов и других объектов с использованием газификации на основе сжиженного природного газа. Способ испарения и использования сжиженного природного газа для систем автономного энергоснабжения в арктической зоне состоит из следующих операций: размещения криогенного хранилища СПГ в вечномерзлом грунте; подачи сжиженного природного газа из заглубленного криогенного хранилища в испаритель; испарения сжиженного природного газа посредством теплообмена с отработанными газами с газового двигателя; направления испарившегося сжиженного природного газа в газовый коллектор; направления одной части газа из газового коллектора в газовый двигатель для производства электроэнергии; направления второй части испарившегося сжиженного природного газа из газового коллектора в котельную станцию для производства тепловой энергии. Достигаемый технический результат - снижение теплопритоков к криогенному хранилищу и увеличение срока бездренажного хранения сжиженного природного газа, обеспечение комплексного автономного энергоснабжения потребителей электрической и тепловой энергией с минимальными потерями. 1 ил.

Раскрыт способ для испарения криогенной жидкости. Способ включает: сжигание топлива в горелке для производства отработанного газа; смешивание атмосферного воздуха и отработанного газа для производства смешанного газа; осуществление контакта смешанного газа посредством непрямого теплообмена с криогенной жидкостью для испарения криогенной жидкости. Также способ включает в себя этапы, на которых удаляют часть смешанного газа из кожуха с помощью выпуска, расположенного между верхней по потоку теплообменной трубой и первой нижней по потоку теплообменной трубой. Эта часть смешанного газа образует обходной поток смешанного газа, который распределяют ниже по потоку от первой нижней по потоку теплообменной трубы. Использование изобретения позволяет минимизировать выбросы загрязняющих веществ, уменьшить обледенение теплообменных элементов испарителя. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх