PL121010B1 - Installation for transformation of lpg into gaseous state sostojanie - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest instalacja do przeprowadzania cieklego gazu ziemnego w stan gazowy z jednoczesnym wytwarzaniem energii elektryczej.W.znanych instalacjach do przeprowadzania cieklego gazu ziemnego w stan gazów y wykorzy¬ stuje sie energie cieplna spalanych gazów lub wody morskiej krazacej w ukladzie otwartym.Zastosowanie wody morskiej jest spowodowane tym, ze proces ten prowadzi sie najczesciej w miejscu cumowania tankowców.Wada instalacji wykorzystujacych cieplo spalanych gazów sa wysokie koszty eksploatacyjne spowodowane zuzyciem ciepla w granicach 2% wartosci opalowej gazu poddanego procesowi konwersji.Do wad instalacji pracujacych w oparciu o wode morska naleza wysokie koszty inwestycyjne oraz zmiany bilansu cieplnego otoczenia powodujace niedostatek energii cieplnej w zimie. Aby temu zapobiec stosuje sie dodatkowe zródla o znacznym zuzyciu paliwa.W obu rozwiazaniach traci sie energie zawarta w cieklym gazie ziemnym, wyrazajaca sie jego zdolnoscia do chlodzenia.Z opisii patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 183 666, znane jest urzadzenie do przeprowadzania cieklego gazu ziemnego w stan gazowy, w którym przez wymiennik ciepla przeplyw a z jednej strony ciekly gaz przeznaczony do przemiany a z drugiej zas strony czynnik roboczy zamknietego obiegu termodynamicznego. W tym zamknieciu obiegu czynnik roboczy po przejsciu przez wymiennik ciepla przeplywa kolejno przez sprezarke, wymiennik ciepla, celem wstepnego ogrzania sprezonego czynnika roboczego, turbine pracujaca w obwodzie zamknietym, w danym przypadku polaczona z generatorem jak równiez przez strone schladzajaca wymiennika ciepla. W powyzszym znanym urzadzeniu czynnik roboczy przechodzi w zamknietym obwodzie przemiane fazowa, to znaczy czynnik roboczy zostaje w sprezarce zamieniony w ciecz a w podlaczo¬ nym w kolejnosci po niej wymienniku ciepla uzyskuje znowu gazowy stan skupienia, w zwiazku z czym czynnik roboczy ma w turbinie pracujacej w obudowie zamknietym jak równiez w wymien¬ niku, ciepla gazowy stan skupienia.Tego typu obiegi z przemiana fazowa czynnika roboczego wymagaja duzej ilosci energii mechanicznej, poniewaz konieczne jest wytwarzanie cisnien sprezajacych sluzacych do przemiany w ciecz czynnika roboczego.1 121010 Znane jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 293 850 zastosowanie do przeprowadzenia plynnego gazu ziemnego do stanu gazowego urzadzenia o zamknietym obwodzie termodynamicznym, w którym czynnik roboczy pozostaje przez caly czas w gazowym stanie skupienia.W powyzszym rozwiazaniu zamniety obieg musi pracowac metoda cisnienia przejsciowego, poniewaz wychodzacy ze sprezarki sprezony gaz zostaje przed wejsciem do wymiennika ciepla i do turbiny wstepnie ogrzany w drugim wymienniku ciepla przy cisnieniu przejsciowym za pomoca gazu wychodzacego z turbiny, zanim przeplynie on przez glówny wymiennik ciepla, w którym zachodzi przemiana cieklego gazu ziemnego w stan gazowy.Rozwiazanie to wykazuje podwyzszone zuzycie energii w zwiazku z zastosowaniem przejscio¬ wego wymiennika ciepla.V Tftstsrtecja weftlug wynalazku umozliwia wykorzystanie, przy przeprowadzaniu cieklego gazu ziemnego w stan"gazbwy, energii cieplej salonego paliwa oraz energii zawartej w cieklym gazie, przejawiajacej sie w jego zdolnosci do chlodzenia.Zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku instalacja zawiera dwa obiegi termodynamiczne, z których jeden stanowi turbina gazowa pracujaca w ukladzie zamknietym , której cieplo odlotowe przeprowadza ciekly gaz ziemny w stan gazowy, a drugi stanowi turbina gazowa pracujaca w ukladzie otwartym, której cieplo odlotowe ogrzewa czynnik roboczy ukladu zamknietego.Korzystnie uklad zamkniety zawiera wymiennik ciepla, nagrzewnice powierzchniowa, spre¬ zarke oraz turbine gazowa, natomiast uklad otwarty stanowi turbina gazowa regeneracyjna.W korzystnym przykladzie wykonania turbina gazowa jest turbina gazowa o obiegu prostym, natomiast regeneracyjny wymienik ciepla znajduje sie w ukladzie zamknietym turbiny.Przedmiot wynalazku zostal uwidoczniony na rysunku przedstawiajacym schemat instalacji do przeprowadzania cieklego gazu ziemnego w stan gazowy.Wartosci liczbowe podane w przykla¬ dzie wykonania sa przykladowej azot krazacy w ukladzie zamknietym mozna zastapic wodorem lub gazami szlachetnymi.Zgodnie z rysunkiem skroplony gaz ziemny jest doprowadzony przewodem 10 do wymiennika ciepla 1. W wymienniku ciepla 1 gaz ziemny doprowadzony pod cisnieniem 6860 kPa w temperatu¬ rze — 155°C przechodzi ze stanu cieklego w stan gazowy, a nastepnie jest odprowadzany przez przewód 11.Uklad zamkniety azotu abejmuje przewód 12, sprezarke 2, przewód 13, nagrzewnice powierzchniowa 3, przewód 14. turbine 4, przewód 15 oraz wymiennik ciepla 1.W wymienniku ciepla 1 nastepuje przejscie gazu ziemnego w stan gazowy przy jednoczesnym ochlodzeniu azotu. Azpt o cisnieniu okolo 265 kPa i temperaturze—134°C przeplywa do sprezarki 2 osiagajac cisnienie 2140 kPa i temperature 38°C, a nastepnie do nagrzewnicy powierzchniowej 3 gdzie zostaje ogrzany do 325°C. Azot przeplywa przez turbine 4 o ukladzie zamknietym, generujac energie mechaniczna przy równoczesnym ochlodzeniu do okolo 50°C. Ochlodzony azot doplywa do wymiennika ciepla 1 gdzie ulega dalszemu chlodzeniu.Nagrzewnica powierzchniowa 3 wykorzystuje jako czynnik roboczy cieplo odlotowe turbiny gazowej, której gazy odlotowe przeplywaja przez przewód 16, nagrzewnice powierzchniowa 3 i przewód 17 i sa wypuszczane na zewnatrz instalacji.Aby polepszyc prace zamknietego ukladu z obiegiem azotu korzystnym jest lizycie turbiny 6 regeneracyjnej pracujacej w ukladzie otwartym. Uzycie zwyklej turbiny gazowej bez wymiennika ciepla 7, w miejsce turbiny regeracyjnej wymaga uzycia bardziej zlozonej instalacji ukladu zamknie¬ tego azotu.Przewód 18 doprowadza do turbiny 6 regeneracyjnej powietrze, zas przewód 19 zasila komore spalania 8 paliwem korzystnie gazem ziemnym.Turbiny 4, 6 sa zródlem energii elektrycznej powstajacej odpowiednio w generatorach 5,9.Polaczenie dwóch obiegów termodynamicznych, zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku, zapewnia przeprowadzenie cieklego gazu ziemnego w stan gazowy przy uzyciu gazów odlotowych powstalych w ukladzie zamknietym azotu, który to uklad z kolei wykorzystuje gazy odlotowe znanej turbiny gazowej regeneracyjnej. W wyniku procesu uzyskuje sie zamiane ciepla w energie mechaniczna przy sprawnosci rzedu 55% podczas gdy sprawnosci znanych obiegów termodynami¬ cznych nie przekraczaja 40%.121010 3 Turbine gazowa regeneracyjna mozna zastapic silnikiem wysokopreznym, turbina spalinowa lub dowolna instalacja termiczna wytwarzajaca cieplo odlotowe.Zastrzezenia patentowe 1 Instalacja do przeprowadzania cieklego gazu ziemnego w stan gazowy, zawierajacy dwa obiegi termodynamiczne, z których pierwszy obejmuje turbine gazowa, pracujaca w obiegu zam¬ knietym pierwszy wymiennik ciepla, do którego jest doprowadzany gaz ziemny, sprezarke oraz drugi wymiennik ciepla, zas drugi obieg termodynamiczny obejmuje turbine gazowa, pracujaca w obiegu otwartvm, której cieplo jest doprowadzane do drugiego wymiennika ciepla zamnietego obiegu termodynamicznego, znamienna tym, ze pierwszy zamkniety obieg termodynamiczny jest obiegiem turbiny gazowej bez przemiany fazowej czynnika roboczego. 2. Instalacja wedlug zastrz. 1. znamienna tym, ze jako czynnik roboczy zamknietego obiegu termodynamicznego stosuje sie azot w stanie gazowym. 3 Instalacja wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze turbina gazowa (6) otwartego obiegu termodynamicznego pracuje z cisnieniem przejsciowym ijej obieg zawiera wymiennik ciepla (7)dla cisnienia przejsciowego.J£l PW rh !lL v*\ J2l h H3 ywyywy/WyA/yA-r 15-. f 11- -$ PL PL PL PL PL PL PL PL