Способ охлаждения газовой смеси

Изобретение относится к технологии раздельного извлечения компонент газовых смесей, в частности очистки гексафторида урана от легколетучих примесей. Способ охлаждения газовой смеси включает предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха, предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха, охлаждение сжатого атмосферного воздуха в турбодетандере до заданной температуры, отвод работы, затраченной на расширение, регулирование холодопроизводительности. Предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха производят на цеолите, обеспечивающем очистку до точки росы 203K. Предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха осуществляют в рекуперативном теплообменнике. Отвод работы, затраченной на расширение, осуществляют нагревом промежуточного рабочего тела на тормозящем устройстве. Регулирование холодопроизводительности обеспечивают изменением числа оборотов турбины турбодетандера.

Использование изобретения позволяет обеспечить необходимую степень очистки гексафторида урана от легколетучих примесей, существенно упрощает технологическое и конструктивное исполнение схемы охлаждения, обеспечивает необходимый интервал температур даже при самых теплонапряженных режимах работы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии раздельного извлечения компонент газовых смесей, в частности очистки гексафторида урана от легколетучих примесей, и может быть использовано для улучшения качества и снижения себестоимости продукции газоразделительных производств.

Технология очистки гексафторида урана от легколетучих примесей представляет собой процесс фракционной разгонки гексафторида урана (ГФУ) и примесей. Процесс осуществляется на температурном уровне Т=193 K и состоит в проведении десублимации и сублимации ГФУ и «легких» примесей в специальных охлаждаемых ёмкостях.

В настоящее время в качестве источников «холода», удовлетворяющего требованиям эксплуатации, на разделительных предприятиях применяют: машины Fillips; двуокись углерода в твердом состоянии (применяют на ОАО «УЭХК»); каскадные холодильные машины; холодильные газовые турбодетандерные установки (применяют на ОАО «СХК»). Широкого распространения эти технологии не получили по ряду причин.

Машины Fillips отличаются невысоким ресурсом, сложны в эксплуатации, имеют продолжительный период выхода на рабочий режим из отепленного состояния.

Двуокись углерода имеет недостаточную температуру для ведения технологического процесса. При рабочих давлениях требуется температура Т=193 K для десублимации продукта. Температура CO2 в твердом состоянии Т=197 K.

Каскадные холодильные машины на такой температурный уровень серийно не выпускаются, отличаются сложной конструкцией (не менее 3 каскадов, так как степень сжатия в контуре по техническим условиям не более 8) и требуют промежуточных рабочих тел. Рабочими телами на последнем каскаде, как правило, являются экзотические вещества, обладающие высокой стоимостью.

Наиболее удобной с точки зрения эксплуатации является технология адиабатного расширения предварительно осушенного от влаги и углекислоты сжатого воздуха в тубодетандерном агрегате.

В качестве прототипа выбран способ охлаждения, реализуемый с помощью холодильной газовой турбодетандерной установки (агрегат турбодетандерный РТ 10/6 КД 2014.00.000, изготовлен на машиностроительном заводе им. 40-летия Октября, г. Балашиха).

В прототипе предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха (рабочего тела) от паров воды и углекислого газа и предварительное захолаживание осуществляют на регенеративных теплообменниках. Регенераторы работают в паре. На один подают холодный воздух из турбодетандера для удаления конденсата в атмосферу и охлаждения насадок, чтобы обеспечить последующую осушку и предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха, во втором регенераторе в это время производят осушку сжатого атмосферного воздуха. Через каждые три минуты необходимо переключение регенераторов для обеспечения требуемого перепада температуры на входе и выходе регенератора (не более 14°C). При данном режиме расход сжатого атмосферного воздуха составляет ~10000 м3/ч. Очищенный сжатый атмосферный воздух подают на турбодетандер для охлаждения. Охлажденный воздух разделяют на два потока (работа и предварительная очистка). Отвод работы, затраченной на расширение, осуществляют с помощью электродвигателя, работающего в режиме шунтирования с последующим преобразованием в электроэнергию. Регулируют холодопроизводительность изменением количества подаваемого в турбодетандер сжатого атмосферного воздуха за счет изменения проходного сечения направляющего аппарата, осуществляемого изменением положения лопаток диафрагмы направляющего аппарата при постоянной скорости вращения турбины турбодетандера.

Недостатки прототипа:

- отсутствие эффективного регулирования холодопроизводительности при работе на минимальных режимах вызывает большой перерасход потребляемой электроэнергии (при удельном расходе электроэнергии ~0,179 кВт/ккал фактический перерасход составляет на ~50-80% больше);

- применение регенеративных теплообменников приводит к большому расходу сжатого атмосферного воздуха ~10 000 м3/ч, что снижает кпд;

- регулирование холодопроизводительности дросселированием рабочего потока трудоемко и приводит к значительным энергопотерям;

- используемая централизованная система охлаждения представляет собой рассчитанную на обслуживание всего комплекса сосудов охлаждения разветвленную сеть коммуникаций, выполненную в специальной изоляции, с большим количеством специальной (криогенной) запорной арматуры.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа охлаждения, свободного от недостатков прототипа.

Поставленная задача решается тем, что:

В способе охлаждения газовой смеси, включающем предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха, предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха, охлаждение сжатого атмосферного воздуха в турбодетандере до заданной температуры, отвод работы, затраченной на расширение, регулирование холодопроизводительности, предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха производят на цеолите, обеспечивающем очистку до точки росы 203 K. Предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха осуществляют в рекуперативном теплообменнике. Отвод работы, затраченной на расширение, осуществляют нагревом промежуточного рабочего тела на тормозящем устройстве. Регулирование холодопроизводительности обеспечивают изменением числа оборотов турбины турбодетандера.

Расход сжатого атмосферного воздуха составляет 450-550 м3/ч.

В качестве промежуточного тела используют турбинное масло.

Принципиальная технологическая схема оборудования, разработанного для осуществления заявленного способа охлаждения газовой смеси, представлена на фиг.1.

Способ осуществляют следующим образом.

Сжатый атмосферный воздух подают в сорбционный осушитель 1, наполненный цеолитом, обеспечивающим очистку до точки росы 203 K, например, цеолитом СИЛОБИТ МС 512. Осушенный до точки росы 203 K сжатый атмосферный воздух с температурой 293 K направляют в рекуперативный теплообменник 2. В рекуперативном теплообменнике 2 за счет теплообмена с отходящим от потребителя воздушным потоком, сжатый атмосферный воздух предварительно захолаживают до температуры около 230 K и подают в турбодетандер 3. В турбодетандере 3 предварительно охлажденный сжатый атмосферный воздух расширяется по адиабате и охлаждается до температуры 173 K, после чего поступает на охлаждение потребителей и далее на охлаждение прямого потока в рекуперативный теплообменник 2. Отвод работы, затраченной на расширение, осуществляют нагревом промежуточного рабочего тела, например турбинного масла TURBO BLEND, в масленом тормозе 4. Нагретое промежуточное рабочее тело направляют в теплообменник 5, где оно охлаждается. После охлаждения промежуточное рабочее тело возвращают в маслобак 6.

Холодопроизводительность регулируют изменением числа оборотов турбины турбодетандера за счет изменения давления на масленый тормоз.

Разработанный способ рекомендуется для применения в технологических процессах по охлаждению объектов с тепловыделением до 7 кВт на температурном уровне Т=193 K с использованием децентрализованной схемы охлаждения.

Преимущества предлагаемого способа охлаждения газовой смеси применительно к технологии очистки гексафторида урана от легколетучих примесей:

- обеспечивает необходимую степень очистки гексафторида урана от легколетучих примесей;

- существенно упрощает технологическое и конструктивное исполнение схемы охлаждения;

- обеспечивает необходимый интервал температур даже при самых теплонапряженных режимах работы;

- децентрализованная система охлаждения - это возможность полной автоматизации работы;

- применение атмосферного воздуха в качестве рабочего тела исключает попадание вредных веществ в окружающую среду.

1. Способ охлаждения газовой смеси, включающий предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха, предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха, охлаждение сжатого атмосферного воздуха в турбодетандере до заданной температуры, отвод работы, затраченной на расширение, регулирование холодопроизводительности, отличающийся тем, что предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха производят на цеолите, обеспечивающем очистку до точки росы 203K, предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха осуществляют в рекуперативном теплообменнике, отвод работы, затраченной на расширение, осуществляют нагревом промежуточного рабочего тела на тормозящем устройстве, регулирование холодопроизводительности обеспечивают изменением числа оборотов турбины турбодетандера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход сжатого атмосферного воздуха составляет 450-550 м3/ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве промежуточного рабочего тела используют турбинное масло.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к криогенной технологии газоразделения попутных нефтяных газов. Способ комплексной осушки и очистки попутного нефтяного газа включает газодинамическую сепарацию, мембранную технологию удаления кислых соединений.

Группа изобретений относится к области сжижения природных газов высокого давления и их смесей. Способ частичного сжижения природного газа по варианту 1 включает предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления.

Изобретение относится к газовой промышленности, конкретно к технологиям ожижения природного газа. Способ производства сжиженного природного газа, согласно которому входящий поток газа очищают от примесей и компримируют до разделения его на технологический и продукционный потоки.

Способ сжижения газа, заключающийся в том, что предварительно очищенный и осушенный природный газ охлаждают и конденсируют в теплообменнике предварительного охлаждения, затем сепарируют, отделяя жидкую этановую фракцию, которую направляют на фракционирование, а газовый поток с первого сепаратора последовательно охлаждают в теплообменнике сжижения, используя смешанный хладагент, переохлаждают газообразным азотом в теплообменнике переохлаждения, давление переохлажденного СПГ снижают в жидкостном детандере, и переохлажденный СПГ направляют на сепарирование, после чего сжижаемый газ направляют в емкость хранения СПГ, отсепарированный газ направляют в систему топливного газа.

Способ предназначен для раздачи природного газа потребителям газа низкого давления с получением сжиженного газа. Способ заключается в отводе потока газа из магистрального трубопровода высокого давления, расширении его в многоступенчатой турбине с получением в ней механической энергии, теплообмене в теплообменнике и раздаче полученного газа низкого давления потребителю, при этом газ из магистрального трубопровода высокого давления направляют на вход тракта горячего теплоносителя теплообменного устройства и охлаждают, а на выходе из тракта его направляют в многоступенчатую турбину, где охлажденный поток газа расширяют до давления меньше заданного давления подачи потребителю в трубопроводе низкого давления, при котором подаваемый поток сжатого природного газа меняет свои параметры и свое агрегатное состояние, переходя из однофазного на входе в многоступенчатую турбину в двухфазный поток на выходе из нее, при этом из последнего отделяют в сепараторе жидкую фазу и направляют для раздачи в трубопровод сжиженного газа, а оставшуюся после отделения часть потока направляют на вход тракта холодного теплоносителя теплообменного устройства для подогрева при теплообмене с подаваемым потоком сжатого природного газа из магистрального трубопровода высокого давления и далее сжимают эту часть в дожимающем компрессоре до давления, равного давлению в трубопроводе низкого давления, одновременно нагревая ее до положительных температур, а затем направляют для раздачи в трубопровод низкого давления, причем на сжатие этой части природного газа в компрессоре используют механическую энергию расширения, полученную в многоступенчатой турбине, при этом отделение сжиженной части природного газа осуществляют после каждой ступени турбины.

Способ и система предназначены для оптимизации операций изоляции диоксида углерода и направлены на управление рабочими параметрами наземной установки для сжатия диоксида углерода (CO2) или трубопровода для поддержания потока CO2 в жидком или сверхкритическом состоянии при транспортировке к месту изоляции.

Группа изобретений относится к системе и способу сжижения газа. Способ сжижения газа содержит следующие этапы.

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки природного или попутного нефтяного газов в сжиженный газ, представляющий собой пропан-бутановую фракцию.

Группа изобретений относится к области сжижения природных газов высокого давления и их смесей. В способе частичного сжижения природного газа прямой поток после охлаждения дросселируют и разделяют на продукционный и технологический потоки.

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки попутного газа в товарную продукцию. Способ заключается в том, что попутный нефтяной газ после охлаждения в рекуперативном теплообменнике сепарируют в многоступенчатом центробежном сепараторе от нефтебензиновых жидких фракций, водного конденсата и механических примесей, которые выводят для дальнейшей переработки на газофракционирующую установку, а газообразную фракцию направляют на двухступенчатое компремирование.

Использование: энергетические газотурбодетандерные установки с использованием избыточного давления топливного газа могут быть применены для электроснабжения компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов.

Изобретение относится к газоредуцирующему оборудованию. Пневматический детандер-генераторный агрегат включает приводной пневмодвигатель.

Изобретение относится к области криогенной техники. Способ включает сжатие атмосферного воздуха до давления ниже критического, предварительное охлаждение сжатого воздуха, комплексную очистку, разделение сжатого очищенного воздуха на прямые детандерный и технологический потоки, охлаждение сжатых прямых потоков холодом обратных потоков, адиабатическое расширение прямого детандерного потока воздуха, ожижение, дросселирование прямого технологического потока воздуха.

Изобретение относится к отраслям промышленности, использующим ископаемое топливо, например электроэнергетике, химии, нефтехимии, металлургии, коксохимии. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к детандер-генераторным агрегатам (ДГА), и предназначено для утилизации тепловой энергии, содержащейся в транспортируемом по магистралям природном газе.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к комбинированным системам нагрева и охлаждения. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к детандер-генераторным агрегатам (ДГА), и предназначено для утилизации тепловой энергии, содержащейся а транспортируемом по магистралям природном газе.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах, работающих параллельно с сетью или синхронным генератором. .

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в устройствах для охлаждения помещения, предназначенных для получения холода и электричества при низком уровне шума.

Изобретение может использоваться для утилизации избыточной энергии газа. Газотурбогенератор содержит турбину, асинхронный генератор, датчик частоты вращения турбины, проходные изоляторы, трехфазное устройство подогрева газа, датчик температуры, блок управления, контактор. Каждая фаза устройства подогрева газа имеет многослойную структуру с внешней немагнитной токопроводящей трубой с датчиком температуры и обмоткой. Асинхронный генератор содержит основную и вспомогательную трехфазные обмотки, соединенные по схеме «звезда» и смещенные по окружности статора на 60 градусов друг относительно друга. Основная обмотка соединена с регулируемыми конденсаторами с выпрямителем в нулевой точке, а также с питающей сетью через датчик активной мощности и контакты контактора. Выпрямитель соединен с регулирующим элементом в виде биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ). БТИЗ управляется сигналом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) от датчика активной мощности. Контактор управляется от датчика частоты вращения турбины. Вспомогательная обмотка соединена через электронный коммутатор с косинусными конденсаторами и фазными выводами обмотки устройства подогрева газа. Электронный коммутатор управляется сигналом от датчика температуры. Техническим результатом является повышение энергетической эффективности газотурбогенератора. 4 ил.

Изобретение относится к технологии раздельного извлечения компонент газовых смесей, в частности очистки гексафторида урана от легколетучих примесей. Способ охлаждения газовой смеси включает предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха, предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха, охлаждение сжатого атмосферного воздуха в турбодетандере до заданной температуры, отвод работы, затраченной на расширение, регулирование холодопроизводительности. Предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха производят на цеолите, обеспечивающем очистку до точки росы 203K. Предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха осуществляют в рекуперативном теплообменнике. Отвод работы, затраченной на расширение, осуществляют нагревом промежуточного рабочего тела на тормозящем устройстве. Регулирование холодопроизводительности обеспечивают изменением числа оборотов турбины турбодетандера.Использование изобретения позволяет обеспечить необходимую степень очистки гексафторида урана от легколетучих примесей, существенно упрощает технологическое и конструктивное исполнение схемы охлаждения, обеспечивает необходимый интервал температур даже при самых теплонапряженных режимах работы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх