EA030079B1 - Гидравлический газовый компрессор и его применение - Google Patents

Гидравлический газовый компрессор и его применение Download PDF

Info

Publication number
EA030079B1
EA030079B1 EA201592258A EA201592258A EA030079B1 EA 030079 B1 EA030079 B1 EA 030079B1 EA 201592258 A EA201592258 A EA 201592258A EA 201592258 A EA201592258 A EA 201592258A EA 030079 B1 EA030079 B1 EA 030079B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
gas
liquid
separator
shaft
air
Prior art date
Application number
EA201592258A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201592258A1 (ru
Inventor
Дин Миллар
Original Assignee
Дин Миллар
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дин Миллар filed Critical Дин Миллар
Publication of EA201592258A1 publication Critical patent/EA201592258A1/ru
Publication of EA030079B1 publication Critical patent/EA030079B1/ru

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F3/00—Cooling or drying of air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F1/00—Ventilation of mines or tunnels; Distribution of ventilating currents
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F1/00—Ventilation of mines or tunnels; Distribution of ventilating currents
    • E21F1/08—Ventilation arrangements in connection with air ducts, e.g. arrangements for mounting ventilators
    • E21F1/085—Ventilation arrangements in connection with air ducts, e.g. arrangements for mounting ventilators using compressed gas injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/06—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using expanders
    • F25B9/065—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using expanders using pressurised gas jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/304—Alkali metal compounds of sodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/608—Sulfates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/10—Inorganic absorbents
    • B01D2252/103—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/10—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/24—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by centrifugal force
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

В изобретении описаны системы, содержащие гидравлические компрессоры для получения сжатого газа, используемого для охлаждения. В одном из применений сжатый газ используется для охлаждения глубоких подземных выработок. В другом применении система используется для выделения химических соединений из газовых смесей, таких как газообразные продукты сгорания ископаемого топлива на электростанциях. Еще в одном применении система интегрируется в систему кондиционирования здания. Система может также использоваться как часть компрессионного холодильника при минимальном расходе энергии.

Description

изобретение относится к гидравлическим газовым компрессорам, таким как компрессор, разработанный Чарльзом Тейлором в конце девятнадцатого века. Как показано на фиг. 1, гидравлический газовый компрессор 1 содержит опускную шахту 2 с водоприемником 3 и водовыпуском 4. Водоприемник 3 сообщается с естественным или искусственным источником водного потока, таким как река или иной аналогичный источник. На водоприемнике 3 шахты 2 или возле него установлен газоподводящий трубопровод 5. Этот трубопровод 5 может вводить посредством различных технических средств воздух или газ в поток воды, стекающей вниз по опускной шахте 2. Эта шахта 2 заканчивается в камере 6, расположенной под землей. Длина опускной шахты 2 может выбираться в зависимости от требуемой степени сжатия газа. Чем глубже под землей будет расположена камера 6, тем длиннее будет опускная шахта 2, и, соответственно, будет выше степень сжатия газа. Глубина 100 м и более обеспечивает получение достаточной степени сжатия, чтобы сжатый газ можно было использовать в промышленном производстве.
В процессе работы камера 6 содержит смесь сжатого газа и жидкости, большей частью в форме воды. Сжатый газ может быть выведен через выпускной трубопровод 7, который соединяется с системой трубопроводов, подающих сжатый газ конечным потребителям, как это будет описано ниже. Вертикальная выпускная шахта 8, имеющая водоприемник 9, соединенный с камерой 6, и водовыпуск 10, сообщающийся с поверхностью водоема, обеспечивает подачу воды из камеры 6 на поверхность. Этот водоем может быть напрямую или опосредованно соединен с тем же водным потоком, который питает опускную шахту 2, или же это может быть отдельный поток. В некоторых случаях выпускная шахта 8 может быть напрямую или опосредованно соединена с насосом, расположенным на поверхности водоема, и вода может возвращаться в исходный водный поток, который питает опускную шахту 2. Если выпускная шахта 8 непосредственно соединена с насосом, то в контур может быть включен последовательно охлаждающий теплообменник для отвода тепла, которое может аккумулироваться в воде.
Следует заметить, что гидравлические газовые компрессоры, раскрытые в настоящем описании, могут использоваться для сжатия не только воздуха, но и других газов. Для целей настоящего изобретения термины "воздух" и "газ", используемые при описании одного и того же элемента, являются взаимозаменяемыми. Например, гидравлический газовый компрессор по настоящему изобретению может использоваться для получения сжатого метана (природного газа). Кроме того, при использовании закрытых контуров такой гидравлический газовый компрессор может использоваться для сжатия паров хладагентов, таких как, например, К22 или К134а. Аналогичным образом, в настоящем описании в качестве рабочей жидкости, которая протекает через систему, указывается вода. В других вариантах осуществления изобретения вода может быть заменена другой жидкостью, особенно в тех случаях, когда жидкость с помощью насоса возвращается в источник, запитывающий опускную шахту. Для вариантов осуществления изобретения, которые используются в целях разделения газов, другие жидкости могут выбираться на основе зависимости от давления растворимости в выбранной жидкости газообразных компонентов смеси, подлежащих разделению. Вода чаще всего используется в качестве растворителя ввиду ее доступности и низкой стоимости по сравнению с другими растворителями, однако в настоящем описании терми- 3 030079
ны "вода" и "жидкость", используемые при описании одного и того же элемента, являются взаимозаменяемыми.
В одном из вариантов сжатый газ, получаемый с помощью гидравлического газового компрессора 1, может использоваться для понижения температуры воздуха, подаваемого в подземные выработки (фиг. 4). В этом случае выпускной трубопровод сжатого газа напрямую или опосредованно (если сжатый газ подается в подземные выработки через систему трубопроводов) заканчивается у вентиляционной шахты 30 подземных выработок, или же сжатый газ запасается в приемном резервуаре и смешивается с воздушным потоком, проходящим вниз по вентиляционной шахте 30 в подземные выработки 31. В одном из примеров, используя сжатый воздух из гидравлического газового компрессора 1 в идеальном устройстве, которое может расширять газ адиабатически, можно получать 3,8 кг/с сжатого воздуха при температуре -126,1°С с охлаждающей мощностью (419,14-271,94) кДж/кг х 3,8 кг/с = 560 кВттепл., которая доставляется в поток воздуха вентиляции подземных выработок в результате перемешивания воздушных потоков (см. фиг. 3). Эта охлаждающая мощность достаточна для понижения температуры потока воздуха 800 м3/с вентиляции подземных выработок на 0,58°С. В другом примере, в котором подземные выработки находятся на большей глубине, например 600 м и глубже, такая система компрессора может производить 11,2 кг/с воздуха при давлении 56 бар изб., которые при адиабатическом расширении могут понизить температуру такого же количества воздуха вентиляции на 2,4°С.
Кроме охлаждения воздуха сжатый газ, подаваемый в воздушный поток вентиляции из гидравлического газового компрессора 1, может проходить через сопло в вентиляционный штрек подземных выработок, который имеет форму, показанную ссылочным номером 135 на фиг. 4, так что установка по настоящему изобретению может действовать как охладитель воздушного потока вентиляции и вспомогательный вентилятор.
В другом варианте система гидравлического газового компрессора 50 представляет собой закрытый контур. В этом случае опускная шахта 102 не сообщается с источником природной воды. Вместо этого вода циркулирует по закрытому контуру и подается в опускную шахту 102 насосом 110. Перед тем как вода поступает в опускную шахту 102 или одновременно с ее поступлением через впускной трубопровод 112 в поток воды нагнетается атмосферный воздух. Дополнительно между насосом 110 и впускной частью опускной шахты 102 в водоводе может быть выполнено сужение, и стенки водовода могут быть расположены под соответствующим углом к суженной части для формирования устройства, аналогичного соплу Вентури. В узкой части сопла Вентури атмосферный воздух засасывается в систему через впускной трубопровод 112.
Смесь газа и воды проходит вниз по опускной шахте в систему разделения смеси жидкость-газ или в циклон 122. Как и в вышеописанной системе разделения смеси газов, по мере продвижения смеси воздух-вода вниз по опускной шахте 102 кислород воздуха будет растворяться в воде, а азот будет сжиматься и выделяться в форме газа в выпускной трубопровод 123 сжатого газа, присоединенный к системе 122 разделения смеси жидкость-газ.
Газообразный азот, выходящий из системы 122 разделения смеси жидкость-газ высокого давления может быть подан в воздухозаборную вентиляционную шахту подземных выработок. В выпускном трубопроводе 123 сжатого газа может быть установлен последовательно приемный резервуар 60 для накопления сжатого газа, получаемого в системе 122 разделения смеси жидкость-газ. По длине выпускного трубопровода 123 сжатого газа могут быть установлены регулирующие устройства и/или клапаны 61 для регулирования расхода сжатого газа, поступающего в приемный резервуар 60 и/или воздухозаборную вентиляционную шахту подземных выработок. Для повышения общей эффективности охлаждения, обеспечиваемого системой, воздухозаборная вентиляционная шахта 30 может иметь секцию в форме сопла 135 Вентури, через которое проходит атмосферный воздух, прежде чем он поступит в подземные выработки 31. В этом случае выпускной трубопровод 123 сжатого заканчивается на входе в сопло 135 Вентури или возле него, обеспечивая возможность обогащения атмосферного воздуха сжатым азотом.
В варианте, в котором часть воздухозаборной вентиляционной шахты 30 выполнена в форме сопла 135 Вентури, диаметр вентиляционной шахты 30 имеет уменьшенную величину в зоне сужения 90, причем стенки вентиляционной шахты 30 плавно суживаются в направлении зоны сужения 90 и более плавно расширяются в направлении от зоны сужения 90. Такая конфигурация обеспечивает возможность подавать более холодный воздух, имеющий состав, аналогичный составу атмосферного воздуха, в подземные выработки 31 и выводить его через вертикальную выпускную шахту 158 с помощью главной шахтной вентиляционной установки 170.
Вода, выходящая из системы 122 разделения смеси жидкость-газ высокого давления, содержит растворенный в ней кислород и в гораздо меньшей степени азот. Когда эта вода поднимается по вертикальной выпускной шахте 140, давление по меньшей мере части растворенного в ней кислорода и азота изотермически понижается, так что когда смесь воды и газа поступает в сепаратор 150 смеси жидкость-газ низкого давления, кислород и азот выводятся через выпускной трубопровод 151, который в некоторых применениях заканчивается в некоторой точке воздухозаборной вентиляционной шахты 30. Сепаратор 150 смеси жидкость-газ низкого давления может иметь примерно такую же конструкцию, что и сепаратор 122 смеси жидкость-газ высокого давления, или же он может иметь иную конструкцию, в зависимо- 4 030079
сти от установки и применения. В любом случае сепаратор смеси жидкость-газ низкого давления также будет способен отделить газ от жидкости, используя центробежную сепарацию. Поскольку газ, проходящий по выпускному трубопроводу 151, содержит в большей степени кислород и в меньшей степени азот, этот газ может быть добавлен к атмосферному воздуху, поступающему в воздухозаборную вентиляционную шахту 30, для повышения в нем концентрации кислорода. В результате, воздух, поступающий в подземные выработки 31, может содержать кислород и азот в концентрациях, более близких к концентрациям этих газов в атмосферном воздухе.
Вода, выходящая из сепаратора 150 смеси жидкость-газ низкого давления возвращается обратно в систему насосом 110.
Применение гидравлического газового компрессора, как это было описано, для охлаждения воздуха, например, в подземных выработках, обеспечивает существенную экономию энергии по сравнению с используемыми в настоящее время традиционными компрессорами и/или мощными вентиляционными установками.
В другом варианте смесь газов, проходящая через газоподводящий трубопровод 5, поступает из выпуска 20 электростанции 21 (фиг. 2). В большинстве случае электростанция 21 работает на ископаемом топливе, так что газы, выделяющиеся в результате его сгорания, содержат преимущественно СО2, водяной пар и Ν2, а также существенно меньшие концентрации нежелательных компонентов ΝΟΧ, ЗО2, и, возможно, несгоревшие углеводороды или О2, если горение осуществляется с избытком воздуха. Для целей настоящего иллюстративного описания считается, что газы, выделяющиеся в результате сгорания топлива, содержат только СО2, Н2О и Ν2.
Когда пузырьки этих газов входят в контакт с водой в опускной шахте 2, водяной пар быстро конденсируется в воду (если он не стал уже конденсатом перед поступлением в гидравлический газовый компрессор в результате регенерации тепла отходящих газов). Таким образом, пузырьки газа будут содержать только СО2 и Ν2.
Закон Генри (см., например, полезный сборник констант закона Генри в публикации ЗапДег, 1999, ЬДр://№№№.Ьепгу8-1а№.огд или Вайто и др., 1. Рйуз. Сйеш. Ке! Э;йа 13(2):563-600, 1984, оба документа вводятся здесь ссылкой), описывающий зависимость растворимости газов от давления, может быть выражен следующим образом:
Л =κ,χ,
где Ρί - парциальное давление газа ί в газовой фазе, К1 - константа Генри для газа ί и х1 максимальная мольная доля (концентрация) газа в растворителе (воде), указываемая как растворимость. Константа Генри для Ν2 равна 155,88 МПа/(моль/дм3), и для СО2 она равна 2937 МПа/(моль/дм3). Таким образом, очевидно, что константа Генри для СО2, по меньшей мере, на порядок выше константы Генри для Ν2, и, таким образом, именно СО2 первым растворяется полностью при повышении давления. При этом в воде растворится лишь малое количество Ν2. Подробный анализ растворимости газов при изменении давления приведен в работе МШат Ό, "Анализ примера адаптации гидравлических воздушных компрессоров для использования в современной технике, АррйеД Тйетша1 Епдшееттд, 69: 55-77, 2014, полное содержание которой вводится здесь ссылкой.
На выпуске 4 опускной шахты 2 система 22 разделения смеси жидкость-газ на глубине (под давлением), на которой СО2 будет полностью растворен в воде, будет обеспечивать выделение СО2 из входного потока газов, растворенных в воде, проходящей через систему 22 разделения смеси жидкость-газ. Система 22 может быть выполнена, например, в форме центробежного сепаратора, такого как циклон, гидроциклон, вихревая камера или воронка, как показано на фиг. 2, или разделительный туннель 6, как показано на фиг. 1. В случае центробежного сепаратора смесь жидкость-газ, входящая в сепаратор, подвергается действию силы, которая формирует вихревое движение смеси. Вихревое движение смеси жидкость-вода под давлением приводит к тому, что большая часть газа поднимается в верхнюю часть сепаратора, а вода выходит в воронку в нижней части сепаратора. В том случае, когда входная смесь газов содержит Ν2 и СО2, и сепаратор смеси жидкость-газ расположен на глубине (под давлением), на которой СО2 будет полностью растворен в воде, из системы жидкость-газ будет прежде всего высвобождаться сжатый азот. В системе, в которой центробежного сепаратора 22 нет, поток газов, выходящий из выпуска 4 опускной шахты 2, который содержит азот под высоким давлением, может быть выпущен через выпускной трубопровод 23 сжатого газа.
Для обеспечения постоянного потока сжатого газа из выпускного трубопровода 23 последовательно с ним или в подсоединенной к нему распределительной системе трубопроводов может быть установлен приемный резервуар 60.
По мере подъема воды давление падает, в результате чего растворимость углекислого газа уменьшается, и он выходит из раствора (вместе с небольшим количеством азота, который также растворен в воде). В выходной части 10 выпускной шахты 8 поток будут состоять из двух фаз, и поток газов может быть отделен от воды с помощью второй системы 25 разделения смеси жидкость-газ, к которой подсоединен выпускной трубопровод 26 для выходящего газа (как показано на фиг. 2). Конструкция второй системы 25 разделения смеси жидкость-газ может быть аналогична конструкции первого сепаратора 22,
- 5 030079
или же это может быть другая конструкция. В этом случае газовая фаза смеси жидкость-газ будет находиться под меньшим давлением, чем в случае прохождения смеси через первый сепаратор смеси жидкость-газ.
Газ, растворенный в воде, который отделяется на глубине, обеспечивает механизм вывода сжатого газа из верхней части приемного резервуара. Выход газа напрямую влияет на механическую эффективность установки сжатия воздуха. Для систем с закрытым и открытым контуром уменьшить потерю части эффективности, которая связана с растворимостью газов, можно с использованием какого-нибудь растворяющегося вещества. В общем случае присутствие в воде растворенной соли приводит к уменьшению растворимости газов, в частности, растворимость газов снижается по мере повышения концентрации растворенной соли. Например, в воду, циркулирующую в открытом или закрытом контуре гидравлического газового компрессора, может быть добавлен сульфат натрия.
Для снижения потери эффективности, связанной с растворимостью газов в воде, в системах с замкнутым контуром можно повысить температуру циркулирующей воды. В одном из вариантов в замкнутом контуре гидравлического газового компрессора температура воды, циркулирующей в термоизолированных трубопроводах, может постепенно повышаться за счет тепла, передаваемого воде в результате сжатия газов.
В другом варианте поток, выходящий из первого гидравлического газового компрессора, может быть подан на вход второго, аналогичного гидравлического компрессора. Такая конфигурация будет особенно полезна, когда поток СО2 содержит много примесей. Поскольку растворимость газов в воде зависит от их парциального давления, во втором гидравлическом газовом компрессоре с повышением давления будет растворяться меньше азота по сравнению с количеством азота, растворяющегося в первом гидравлическом газовом компрессоре при том же давлении. В сепараторе 22 смеси жидкость-газ высокого давления на глубине меньше азота будет переноситься в растворенной форме, в жидкой фазе. В верхнем продукте сепаратора 25 смеси жидкость-газ низкого давления, находящегося на поверхности, второго гидравлического газового компрессора чистота СО2 будет выше.
Когда приходится учитывать другие газы, присутствующие в системе, такие как кислород, который может быть в достаточных количествах в результате сгорания топлива с избыточным количеством воздуха, будут ли эти газы присутствовать в верхнем продукте сепаратора 23 высокого давления или сепаратора 25 низкого давления, зависит от их относительной растворимости под давлением, в частности константа Генри для кислорода равна 77,94 МПа/(моль/дм3), в два раза меньше константы Генри для азота, что означает вдвое большую растворимость кислорода в воде по сравнению с азотом. Основная часть кислорода, растворенная в воде, будет выноситься по вертикальной шахте 8, а нерастворенный кислород будет выходить в верхнюю часть циклона 22 высокого давления, в результате чего снижается чистота азота, который составляет основную часть потока. Для повышения чистоты азота в этом потоке его необходимо пропустить через другой гидравлический газовый компрессор, в котором циклон 22 высокого давления расположен на такой глубине, на которой кислород может быть полностью растворен. Верхний продукт этого циклона будет представлять собой поток высокочистого сжатого газообразного азота. Таким образом, можно сделать вывод, что при использовании гидравлических газовых компрессоров в качестве части системы разделения газообразных продуктов сгорания эти компрессоры должны быть соединены по каскадной схеме.
В предыдущих абзацах, относящихся к варианту осуществления изобретения, который касается разделения смесей газов, использование смеси газообразных продуктов сгорания для иллюстрации систем и способов разделения газов, включает конкретные способы и системы для улавливания углерода в новых или уже существующих электростанциях, работающих на ископаемом топливе, которые используют гидравлические газовые компрессоры.
В различных местах гидравлического газового компрессора и связанных с ним систем могут быть установлены регулирующие устройства, клапаны, вентили и другие необходимые устройства для регулирования потока воды, воздуха и/или газов. Управление этими регулирующими устройствами, клапанами и вентилями может осуществляться микропроцессором и соответствующими электронными схемами.
Вышеописанный принцип построения системы гидравлического газового компрессора с закрытым контуром может быть использован в системе кондиционирования воздуха в жилых домах (см. фиг. 5а). В этом случае в качестве вертикальной шахты используется скважина 200. Сепаратор 201 смеси жидкостьгаз, конструкция которого аналогична конструкции вышеупомянутых сепараторов, расположен в скважине 200 и запитывается по вертикальному трубопроводу 202. Сжатый газ, который отделяется от воды в сепараторе 201 смеси жидкость-газ, выводится из этого сепаратора по трубе 203 подачи сжатого газа. Сжатый газ из трубы 203 подается в установку, в которой он расширяется, охлаждая воздух. Вода, выходящая из сепаратора 201 смеси жидкость-газ, медленно (по сравнению с опускным трубопроводом 202) поднимается вверх, обтекая сепаратор 201 и трубу 203, и затем закачивается обратно в опускной трубопровод 202 механическим насосом 204. Перед тем как вода снова поступает в опускной трубопровод 202, она проходит через сопло 205 Вентури, в котором в систему вводится газ из трубопровода 206 подачи газа. Газ низкого давления, скапливающийся в скважине 200, может быть выведен через выпускной тру- 6 030079
бопровод 207.
Системы, содержащие вертикальные шахты 200, показанные на фиг. 5Ь-5Г, могут использоваться в ситуациях, когда отсутствует горизонтальное пространство, необходимое для вышеописанных систем. В системе с закрытым контуром, схема которой показана на фиг. 5Ь, в верхней части вертикальной шахты 200 обеспечивается второй сепаратор 208 смеси жидкость-газ с выпускным трубопроводом 207. В этой конфигурации выпускной трубопровод 207 присоединен к сепаратору 208. Системы с открытым контуром представлены на фиг. 5с и 5ά. В этих случаях вода закачивается насосом 204 по возвратному трубопроводу 210 в источник 211 воды, который запитывает опускной трубопровод 202. Газ подается в эту систему по впускному трубопроводу 206, который расположен в опускном трубопроводе 202. Системы, в которых вода, выходящая из вертикальной шахты 200, не возвращается в трубопровод 202, представлены на фиг. 5е и 5Г. В этих вариантах вода может подаваться в другой водный поток или может использоваться для каких-либо иных целей.
В другом варианте система может включать разделительный канал или разделительную камеру 320 вместе с вертикальной шахтой 300 (фиг. 6). В различных системах, представленных на фиг. 6, опускной трубопровод 302 входит в разделительный канал или разделительную камеру 320, из которой сжатый газ выводится через выпускной трубопровод 303. Обеспечивается возможность подъема воды по вертикальной шахте 300, и газ низкого давления выводится через выпускной трубопровод 307 (фиг. 6а и 6Ь). В другом варианте обеспечивается возможность подъема воды по вертикальной шахте в сепаратор 308 смеси жидкость-газ, который соединен с выпускным трубопроводом 307 (фиг. 6с). Различные ссылочные номера, указанные на фиг. 6, соответствуют номерам, указанным на фиг. 5.
Еще в одном варианте вышеописанный гидравлический газовый компрессор модифицирован для работы в качестве компрессионного холодильника с минимальным расходом энергии (фиг. 7). Контур гидравлического газового компрессора, показанный на фиг. 7, по существу такой же, что и контур, показанный на фиг. 4 (для охлаждения глубоких подземных выработок). В экономичном компрессионном холодильнике, представленном на фиг. 7, сжатый газ, выходящий из сепаратора 422 смеси жидкость-газ, пропускается через устройство, которое обычно указывается как контур холодильника с механической компрессией паров, включая конденсатор 453, испаритель 454 и расширительный клапан 455. В этой системе в качестве газа обычно используется хладагент, такой как К22 или К134а. Различные ссылочные номера, указанные на фиг. 7, соответствуют номерам, указанным на фиг. 4.
Настоящее изобретение было описано на примере одного или нескольких вариантов его осуществления. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что в эти варианты могут быть внесены различные изменения без выхода за пределы объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой.

Claims (19)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ охлаждения подземной выработки, включающий подачу и расширение сжатого газа из гидравлического газового компрессора в воздушный поток, поступающий в воздухозаборную вентиляционную шахту подземной выработки, для понижения температуры воздушного потока.
  2. 2. Способ по п.1, в котором гидравлический газовый компрессор содержит опускную шахту и сепаратор смеси жидкость-газ, сообщающийся с выпускной частью опускной шахты и с впускной частью выпускного трубопровода, по которому сжатый газ транспортируется в воздухозаборную вентиляционную шахту.
  3. 3. Способ по п.2, в котором перед подачей в воздухозаборную вентиляционную шахту сжатый газ транспортируется по системе трубопроводов.
  4. 4. Способ по п.2, в котором сжатый газ поступает в воздухозаборную вентиляционную шахту через сопло.
  5. 5. Способ по п.4, в котором сопло имеет сходство с соплом Вентури.
  6. 6. Способ по п.1, в котором диаметр воздухозаборной вентиляционной шахты уменьшается в зоне сужения, причем стенки воздухозаборной вентиляционной шахты плавно суживаются в направлении зоны сужения и более плавно расширяются от зоны сужения в том месте, где сжатый воздух вводится в воздушный поток вентиляционной шахты.
  7. 7. Способ по п.1, в котором газ представляет собой воздух, метан, хладагенты или их любые сочетания.
  8. 8. Система охлаждения подземной выработки, содержащая
    воздухозаборную вентиляционную шахту для подачи воздушного потока в подземные выработки и гидравлический газовый компрессор для подачи сжатого газа в воздушный поток вентиляционной
    шахты, выполненный так, чтобы сжатый газ расширялся, образуя воздушный поток с пониженной температурой воздушного потока.
  9. 9. Система по п.8, в которой гидравлический газовый компрессор содержит опускную шахту и сепаратор смеси жидкость-газ, сообщающийся с выпускной частью опускной шахты и впускной частью выпускного трубопровода, по которому сжатый газ транспортируется в воздухозаборную вентиляцион- 7 030079
    ную шахту.
  10. 10. Система по п.9, в которой перед подачей в воздухозаборную вентиляционную шахту сжатый газ транспортируется по системе трубопроводов.
  11. 11. Система по п.9, в которой сжатый газ поступает в воздухозаборную вентиляционную шахту через сопло.
  12. 12. Система по п.11, в которой сопло имеет сходство с соплом Вентури.
  13. 13. Система по п.8, в которой диаметр воздухозаборной вентиляционной шахты уменьшается в зоне сужения, причем стенки воздухозаборной вентиляционной шахты плавно суживаются в направлении зоны сужения и более плавно расширяются углом от зоны сужения в том месте, где сжатый воздух вводится в воздушный поток вентиляционной шахты.
  14. 14. Система по п.8, в которой газ представляет собой воздух.
  15. 15. Система подземной выработки, включающая систему охлаждения по п.8, в которой содержится гидравлический газовый компрессор, расположенный под землей на глубине более чем около 100
    м;
    воздухозаборник для введения атмосферного воздуха в жидкость перед ее подачей в опускную шахту или во время подачи;
    первый сепаратор у выпускной части опускной шахты для выпускания первого сжатого газа в воздухозаборную вентиляционную шахту или в штольню подземной выработки;
    вертикальную шахту для транспортировки жидкости из первого сепаратора смеси жидкость-газ во второй сепаратор смеси жидкость-газ, причем из второго сепаратора смеси жидкость-газ в воздухозаборную вентиляционную шахту подземных выработок подается кислород.
  16. 16. Система по п.15, в которой первый сепаратор смеси жидкость-газ является сепаратором высокого давления и/или второй сепаратор смеси жидкость-газ является сепаратором низкого давления.
  17. 17. Система по п.15, в которой первый и второй сепараторы смеси жидкость-газ представляют собой независимые центробежные сепараторы или разделительные туннели.
  18. 18. Система по п.17, в которой центробежный сепаратор представляет собой циклон, гидроциклон, вихревую камеру или воронку.
  19. 19. Система по п.15, содержащая также второй гидравлический газовый компрессор;
    второй воздухозаборник, подсоединенный ко второму сепаратору смеси жидкость-газ для введения газа в жидкость перед ее подачей во вторую опускную шахту или во время подачи;
    третий сепаратор смеси жидкость-газ в выпускной части второй опускной шахты для выпускания второго сжатого газа в воздухозаборную вентиляционную шахту или в штольню подземных выработок;
    вторую вертикальную шахту для транспортировки жидкости из третьего сепаратора смеси жидкость-газ в четвертый сепаратор смеси жидкость-газ, причем из четвертого сепаратора смеси жидкостьгаз в воздухозаборную вентиляционную шахту подземной выработки подается кислород.
    - 8 030079
EA201592258A 2013-06-10 2014-06-10 Гидравлический газовый компрессор и его применение EA030079B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2818357A CA2818357A1 (en) 2013-06-10 2013-06-10 Hydraulic air compressor applications
PCT/CA2014/000486 WO2014197968A1 (en) 2013-06-10 2014-06-10 Hydraulic gas compressors and applications thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201592258A1 EA201592258A1 (ru) 2016-04-29
EA030079B1 true EA030079B1 (ru) 2018-06-29

Family

ID=52016954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201592258A EA030079B1 (ru) 2013-06-10 2014-06-10 Гидравлический газовый компрессор и его применение

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20160115790A1 (ru)
EP (1) EP3008400A1 (ru)
CN (1) CN105408701B (ru)
AU (1) AU2014280794B2 (ru)
CA (2) CA2818357A1 (ru)
EA (1) EA030079B1 (ru)
WO (1) WO2014197968A1 (ru)
ZA (1) ZA201509136B (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017127716A1 (de) * 2017-11-23 2019-05-23 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Isotherme kompression für einen kühlkreislauf
WO2021046525A1 (en) * 2019-09-05 2021-03-11 Kenneth Hanson Linear gas compressor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB522849A (en) * 1938-08-23 1940-06-28 University Patents Inc Improvements in processes for reducing the temperatures in mines and devices for accomplishing the same
JP2002031430A (ja) * 2000-07-14 2002-01-31 Okinawa Kaihatsuchiyou Okinawa Sogo Jimukiyokuchiyou 水力を利用した低温不凍液製造装置，製氷蓄熱装置および空調設備
US6638024B1 (en) * 2000-10-12 2003-10-28 Bruce Jay Hancock Hydraulic air compressor system—employing a body of fluid to provide compression

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US543410A (en) * 1895-07-23 taylor
US3538340A (en) * 1968-03-20 1970-11-03 William J Lang Method and apparatus for generating power
US3772202A (en) * 1971-06-28 1973-11-13 Irving Trust Co Moist road salt composition and process for making the same
US5620947A (en) * 1994-12-27 1997-04-15 Exxon Production Research Company Water-based high temperature well servicing composition and method of using same
WO2007112482A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-11 Shairzal Safety Engineering Pty Ltd Passive apparatus and method for filtering noxious gases
CN100580225C (zh) * 2007-07-05 2010-01-13 南京大学 深部开采矿井降温装置
CA2599471A1 (en) * 2007-08-31 2009-02-28 Alexandre Cervinka Underground communication network system for personal tracking and hvac control
US8894755B2 (en) * 2008-09-24 2014-11-25 Statoil Petroleum As Gas-liquid separator
JP5437968B2 (ja) * 2010-10-14 2014-03-12 本田技研工業株式会社 水電解システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB522849A (en) * 1938-08-23 1940-06-28 University Patents Inc Improvements in processes for reducing the temperatures in mines and devices for accomplishing the same
JP2002031430A (ja) * 2000-07-14 2002-01-31 Okinawa Kaihatsuchiyou Okinawa Sogo Jimukiyokuchiyou 水力を利用した低温不凍液製造装置，製氷蓄熱装置および空調設備
US6638024B1 (en) * 2000-10-12 2003-10-28 Bruce Jay Hancock Hydraulic air compressor system—employing a body of fluid to provide compression

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Khurmi R. S. and Gupta J. K.. Textbook of Refrigeration and Airconditioning. New Delhi: Rajendra Ravindra Printers, 2006, ISBN: 81-219-2781-1, *Chapter 4* *

Also Published As

Publication number Publication date
ZA201509136B (en) 2017-03-29
WO2014197968A1 (en) 2014-12-18
CA2914433A1 (en) 2014-12-18
CA2818357A1 (en) 2014-12-10
EA201592258A1 (ru) 2016-04-29
CN105408701B (zh) 2018-10-16
AU2014280794B2 (en) 2018-11-29
CN105408701A (zh) 2016-03-16
AU2014280794A1 (en) 2015-12-24
EP3008400A1 (en) 2016-04-20
US20160115790A1 (en) 2016-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6923629B2 (ja) 発電システム及び方法からの低圧液体二酸化炭素の生成
US20200171424A1 (en) Separation of co2 from gas mixtures
US9593883B2 (en) Module for treatment of carbon dioxide and treatment method thereof
CN106461320A (zh) 使用优化的混合制冷剂系统的液化天然气设施
US11231224B2 (en) Production of low pressure liquid carbon dioxide from a power production system and method
CN105263604A (zh) 含水分气体的杂质除去装置及杂质除去系统
AU2019201595A1 (en) Method and apparatus for dampening flow variations and pressurizing carbon dioxide
EA030079B1 (ru) Гидравлический газовый компрессор и его применение
CN104117266A (zh) 一种多级非平衡吸收方法分离nh3和co2混合气体的装置及其分离工艺
RU2532822C1 (ru) Установка и способ введения реагента в трубопровод с использованием эжектора
RU2676829C1 (ru) Установка для отбензинивания попутного нефтяного газа
US20100258007A1 (en) Gas Treatment Units
JP6354517B2 (ja) 深冷空気分離装置及び深冷空気分離方法
CN104481472B (zh) 一种co2驱产出气分离和回注一体化方法
CN112031717A (zh) 开采石油的方法及具有其的采油系统
CN204298357U (zh) 一种含氧煤层气脱氧、脱氮以及液化系统
BR102016000015A2 (pt) aparato e processo para sequestro de dióxido de carbono e para recuperação avançada de petróleo
CN207713686U (zh) 瓦斯气烷烃水合物提纯系统
RU2490440C1 (ru) Способ добычи нефти
CN103791509A (zh) 氧-燃料锅炉系统及其操作
RU2715805C1 (ru) Комплекс сжижения природного газа с модулем удаления инертов (варианты)
Dlamini et al. Carbon dioxide conditioning pathways for pipeline transport
CN206037525U (zh) 氨罐弛放气氨回收装置
RU44367U1 (ru) Установка для подготовки попутного нефтяного или природного газа к транспорту по газопроводу
UA46370C2 (en) Method for development of gas-condensate bed

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU