PL233789B1 - Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modulem separacji tlenu - Google Patents

Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modulem separacji tlenu Download PDF

Info

Publication number
PL233789B1
PL233789B1 PL421441A PL42144117A PL233789B1 PL 233789 B1 PL233789 B1 PL 233789B1 PL 421441 A PL421441 A PL 421441A PL 42144117 A PL42144117 A PL 42144117A PL 233789 B1 PL233789 B1 PL 233789B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
stream
regasification
heat exchanger
medium tank
circuit
Prior art date
Application number
PL421441A
Other languages
English (en)
Other versions
PL421441A1 (pl
Inventor
Piotr Krawczyk
Marcin Wolowicz
Aleksandra Mikolajczak
Krzysztof Badyda
Original Assignee
Politechnika Warszawska
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 Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL421441A priority Critical patent/PL233789B1/pl
Publication of PL421441A1 publication Critical patent/PL421441A1/pl
Publication of PL233789B1 publication Critical patent/PL233789B1/pl

Links

Classifications

    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F25J3/04842—Intermittent process, so-called batch process
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0045—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by vaporising a liquid return stream
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0201—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
    • F25J1/0202—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration in a quasi-closed internal refrigeration loop
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0242—Waste heat recovery, e.g. from heat of compression
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0251—Intermittent or alternating process, so-called batch process, e.g. "peak-shaving"
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/04084—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of nitrogen
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04339—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of air
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/044—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a single pressure main column system only
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04472—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages
    • F25J3/04496—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for compensating variable air feed or variable product demand by alternating between periods of liquid storage and liquid assist
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F25J3/04618—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit for cooling an air stream fed to the air fractionation unit
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/24—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using regenerators, cold accumulators or reversible heat exchangers
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/02—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams using a pump in general or hydrostatic pressure increase
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/90—Hot gas waste turbine of an indirect heated gas for power generation
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop
    • 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
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/08—Internal refrigeration by flash gas recovery loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest adiabatyczna instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modułem separacji tlenu.
Zapotrzebowanie na energię elektryczną jest zmienną dynamiczną zależną od wielu czynników. Prawo energetyczne w Polsce nakazuje pierwokup energii z odnawialnych źródeł, które cechują się dużą niestabilnością i nieprzewidywalnością. W Polsce jest to głównie energia wiatrowa. Aby zapewnić prawidłową pracę krajowego systemu elektroenergetycznego konieczne jest utrzymanie rezerw w źródłach centralnie sterowalnych. Bloki parowe, obecnie pracujące w Polsce, cechują się niewielkimi możliwościami zmiany mocy przy zachowaniu wysokiej sprawności oraz powolnym rozruchem spowodowanym głównie występowaniem dużych naprężeń w kotłach. Dlatego magazynowanie energii może odegrać znaczącą rolę w funkcjonowaniu krajowego systemu elektroenergetycznego.
Z opisu patentowego US 2017016577 znany jest system magazynowania energii w skroplonym powietrzu z odzyskiem ciepła i chłodu, zawierający układ do sprężania powietrza i wstępnego schłodzenia w wymiennikach ciepła. Następnie powietrze jest rozprężane na turbinie, gdzie częściowo się wykrapla, a także możliwy jest odzysk części energii włożonej w jego sprężanie. Skroplone powietrze jest magazynowane. Podczas rozładowania magazynu skroplone powietrze oddaje część chłodu, a następnie rozpręża się na turbinie, umożliwiając odzysk energii.
Z opisu patentowego US2009282840 znany jest układ do magazynowania energii w skroplonym powietrzu wraz z separacją strumienia powietrza na strumień wzbogacony w tlen i wzbogacony w azot, w którym powietrze dostarczane do instalacji jest ochładzane w dwóch wymiennikach ciepła, a następnie częściowo się wykrapla w wyniku przepuszczenia strumienia przez zawór dławiący, po czym jest kierowane do zbiornika. Zbiornik ten posiada dwa wyloty - jeden na dole, którym może płynąć strumień czynnika skroplonego wzbogacony w azot, który szybciej się wykrapla, oraz drugi wylot u góry - którym może płynąć strumień gazowy powietrza wzbogaconego w tlen.
Z opisu patentowego US 2002020165 znany jest układ do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modułem do destylacji skroplonego powietrza współpracujący z turbiną gazową. W rozwiązaniu tym klasyczny turbozespół gazowy pracujący na przykład na gaz ziemny, współpracuje z układem magazynowania energii w ciekłym powietrzu poprzez rozprężanie strumienia zregazyfikowanego powietrza wraz ze spalinami na turbinie. Układ ten posiada dwa wloty powietrza, jeden do instalacji turbiny gazowej i drugi do instalacji magazynowania energii. Cały strumień powietrza skierowanego do magazynowania po chłodzeniu i skropleniu jest kierowany na kolumnę, gdzie zachodzi destylacja. Strumień wzbogacony w tlen jest magazynowany w osobnym zbiorniku i traktowany jest jako produkt instalacji. Strumień wzbogacony w azot jest kierowany na turbinę, gdzie rozpręża się wraz ze spalinami układu turbozespołu gazowego generując energię elektryczną.
Celem wynalazku jest opracowanie ekonomicznie opłacalnej instalacji do magazynowania energii elektrycznej w skroplonym powietrzu z modułem separacji tlenu i układem regazyfikacji umożliwiającym częściowy odzysk energii regazyfikacji.
Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modułem separacji tlenu, wyposażona w instalację upłynniania powietrza z wielostopniowym układem chłodzenia, zbiornik do magazynowania fazy ciekłej, obwód recyrkulacji fazy gazowej, oraz układ regazyfikacji fazy ciekłej z obwodem regazyfikacji łączącym zbiornik magazynujący z turbiną gazową połączoną z generatorem energii elektrycznej, przy czym w skład instalacji upłynniania powietrza wchodzi pierwszy wielostrumieniowy wymiennik ciepła z obiegami chłodniczymi połączonymi z innymi wymiennikami ciepła w układzie regazyfikacji, według wynalazku charakteryzuje się tym, że moduł separacji tlenu skł ada się z kolumny destylacyjnej połączonej przewodem dolotowym z obwodem regazyfikacji poprzez podzielnik strumienia przyłączony do obwodu regazyfikacji pomiędzy zbiornikiem magazynującym a pierwszą pompą kriogeniczną, oraz poprzez pierwszy przewód wylotowy strumienia gazu wzbogaconego w azot, przyłączony do obwodu regazyfikacji pomiędzy pierwszą pompą kriogeniczną a drugą pompą kriogeniczną poprzez mieszalnik płynów, zaś drugi przewód wylotowy strumienia gazu wzbogaconego w tlen jest połączony z odcinkiem wylotowym modułu separacji tlenu poprzez trzecią pompę kriogeniczną i końcowy wymiennik ciepła. Końcowy wymiennik wchodzi w skład trzeciego obiegu chłodniczego pierwszego wielostrumieniowego wymiennika ciepła razem z połączonym z nim trzecim zbiornikiem czynnika zimnego i trzecim zbiornikiem czynnika ciepłego. W skład pierwszego obiegu chłodniczego pierwszego wielostrumieniowego wymiennika ciepła wchodzi pierwszy wymiennik ciepła układu regazyfikacji oraz pierwszy zbiornik czynnika zimnego i pierwszy zbiornik czynnika ciepłego.
PL 233 789 B1
W skład drugiego obiegu chłodniczego pierwszego wielostrumieniowego wymiennika ciepła wchodzi drugi wymiennik ciepła układu regazyfikacji, oraz drugi zbiornik czynnika zimnego i drugi zbiornik czynnika ciepłego. Trzeci wymiennik ciepła układu regazyfikacji, do którego jest przyłączony czwarty zbiornik czynnika zimnego i czwarty zbiornik czynnika ciepłego, wchodzi w skład instalacji chłodzącej wielostopniowego układu chłodzenia.
W korzystnym wykonaniu instalacji, drugi wymiennik ciepła układu regazyfikacji stanowi wymiennik wielostrumieniowy posiadający czwarty obieg chłodniczy, w skład którego wchodzi dodatkowy wymiennik zamontowany na wyjściu turbiny gazowej. Ponadto w skład instalacji chłodzącej wielostopniowego układu chłodzenia wchodzi czwarty zbiornik czynnika ciepłego, czwarty zbiornik czynnika zimnego, rozdzielacz czynnika chłodzącego połączony z wymiennikami wielostopniowego układu chłodzenia, oraz mieszalnik wyjściowy zainstalowany pomiędzy tymi wymiennikami a czwartym zbiornik iem czynnika ciepłego.
W rozwiązaniu według wynalazku w jednej instalacji następuje skraplanie i regazyfikacja powietrza, z możliwością magazynowania energii, separacji tlenu, oraz odzysku energii regazyfikacji. W tym celu do instalacji do skraplania i regazyfikacji powietrza został przyłączony moduł separacji tlenu, zapewniający uzyskanie wysokiej czystości tlenu. Ponadto energia regazyfikacji medium jest wykorzystywana w procesie skraplania powietrza za pomocą szeregu wymienników ciepła w wielostopniowym układzie chłodzenia powietrza i w układzie regazyfikacji. Do magazynowania energii zastosowano zbiorniki czynnika zimnego i ciepłego w obiegach chłodniczych. Użycie modułu separacji tlenu jest opcjonalne.
Wynalazek jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat technologiczny instalacji do adiabatycznego magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modułem separacji tlenu, a fig. 2 przedstawia schemat blokowy instalacji.
Jak przedstawiono na fig. 1, magazynowanie energii w skroplonym powietrzu składa się z procesu skraplania powietrza poprzez sprężanie, wstępne chłodzenie oraz zdławienie i przechowywanie fazy ciekłej w zaizolowanych zbiornikach. Odzysk energii następuje poprzez regazyfikację przechowywanego w stanie ciekłym medium i wykorzystanie do generacji energii elektrycznej poprzez ekspansję w turbinie gazowej. Nie występuje przy tym proces spalania jakiegokolwiek paliwa. Układ zużywa energię elektryczną, aby schłodzić powietrze przed procesem skraplania. Turbina gazowa jest połączona z generatorem, co pozwala na ponowne uzyskanie energii elektrycznej w dogodnym czasie. Cały proces może być podzielony na trzy fazy: ładowanie, magazynowanie i rozładowanie. Ładowanie rozpoczyna się, gdy zachodzi potrzeba magazynowania energii, zwykle wtedy, gdy występuje nadwyżka energii w sieci i jest ona relatywnie tania. Energia elektryczna jest używana do zasilenia sprężarek. Następnie gaz jest wstępnie chłodzony i trafia na zawór dławiący, gdzie w wyniku negatywnego efektu Joule'a-Thomsona ochładza się i częściowo skrapla. Następnie faza ciekła jest magazynowana. Kiedy zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta, ciśnienie ciekłego medium jest podnoszone pompą kriogeniczną. W kolejnej fazie następuje ogrzewanie medium i jego regazyfikacja za pomocą zmagazynowanego wcześniej czynnika chłodniczego pracującego w obiegu z wymiennikami ciepła. Następnie gaz kierowany jest na turbinę połączoną z generatorem w celu odzyskania energii. Aby poprawić efektywność ekonomiczną magazynowania do instalacji dodano moduł separacji tlenu przyłączony do zbiornika magazynowego 15 poprzez podzielnik 16. Rozwiązanie to umożliwia przekierowanie części strumienia ciekłego medium na kolumnę destylacyjną 18, gdzie zachodzi proces separacji tlenu i azo tu. Sterowanie podziałem strumieni wylotowych za pomocą podzielnika strumienia 16 na wylocie ze zbiornika magazynowego 15 umożliwia uzyskanie maksymalizacji zwrotu nakładów w zależności od aktualnej ceny energii elektrycznej i zapotrzebowania na tlen uzyskiwany opcjonalnie w kolumnie destylacyjnej 18 modułu separacji tlenu. Sterowanie produkcją tlenu i wytwarzaną energią elektryczną pozwala na optymalizację ekonomiczną systemu.
Jak przedstawiono na fig. 2, instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modułem separacji tlenu jest wyposażona w instalację upłynniania powietrza z wielostopniowym układem chłodzenia, zbiornik do magazynowania fazy ciekłej, obwód recyrkulacji 14 fazy gazowej, oraz układ regazyfikacji fazy ciekłej z obwodem regazyfikacji 23 łączącym zbiornik magazynujący 16 z turbiną gazową 30 połączoną z generatorem energii elektrycznej. W skład instalacji upłynniania powietrza wchodzi pierwszy wielostrumieniowy wymiennik ciepła 9 z obiegami chłodniczymi połączonymi z innymi wymiennikami ciepła w układzie regazyfikacji. Instalacja upłynniania powietrza obejmuje przyłącze 1 strumienia wlotowego powietrza połączone z wielostopniowym układem chłodzenia poprzez mieszalnik powietrza 2. Wielostopniowy układ chłodzenia składa się z kolejnych stopni sprężania powietrza z pierwszym 4, drugim 6 i trzecim 8 wymiennikiem ciepła oraz pierwszą 3, drugą 5 i trzecią 7 sprężarką
PL 233 789 B1 fazy gazowej. Schłodzone powietrze jest doprowadzane do pierwszego wielostrumieniowego wymiennika 9, gdzie zachodzi kolejny proces schładzania. Zza pierwszego wymiennika wielostrumieniowego 9 strumień powietrza kierowany jest na zawór dławiący 10, gdzie w wyniku efektu Joule'a-Thompsona częściowo się wykrapla. Następnie powstały strumień dwufazowy trafia na separator faz 11, g dzie jest rozdzielany na fazę ciekłą i fazę gazową. Faza gazowa kierowana jest łącznikiem 13 na pierwszy wymiennik wielostrumieniowy 9, gdzie ogrzewa się, a następnie jest doprowadzana obwodem recyrkulacji 14 do mieszalnika powietrza 2, gdzie łączy się ze strumieniem gazu wlotowego. Faza ciekła kierowana łącznikiem fazy ciekłej 12 do zbiornika magazynującego 15. Gdy zapotrzebowanie na energię rośnie, rozpoczyna się proces regazyfikacji. Ciekłe powietrze ze zbiornika magazynującego 15 kierowane jest na podzielnik strumienia 16, gdzie następuje podział strumienia fazy ciekłej na strumień doprowadzany bezpośrednio do obwodu regazyfikacji 23 oraz na strumień doprowadzany przewodem dolotowym 17 do modułu separacji tlenu.
Moduł separacji tlenu składa się z kolumny destylacyjnej 18 połączonej przewodem dolotowym 17 z obwodem regazyfikacji 23 poprzez podzielnik strumienia 16 przyłączony do obwodu regazyfikacji 23 pomiędzy zbiornikiem magazynującym 15 i pierwszą pompą kriogeniczną 24, oraz poprzez pierwszy przewód wylotowy 48 strumienia medium wzbogaconego w azot, przyłączony do obwodu regazyfikacji 23 pomiędzy pierwszą pompą kriogeniczną 24 a drugą pompą kriogeniczną 26 poprzez mieszalnik płynów 25. Drugi przewód wylotowy 19 strumienia medium wzbogaconego w tlen jest połączony z odcinkiem wylotowym 22 modułu separacji tlenu poprzez trzecią pompę kriogeniczną 20 i wymiennik końcowy 21.
Wymiennik końcowy 21 wchodzi w skład trzeciego obiegu chłodniczego C pierwszego wielostrumieniowego wymiennika ciepła 9 razem z połączonym z nim trzecim zbiornikiem czynnika zimnego 36 i trzecim zbiornikiem czynnika ciepłego 37.
W skład pierwszego obiegu chłodniczego B pierwszego wielostrumieniowego wymiennika ciepła 9 wchodzi pierwszy wymiennik ciepła 27 obwodu regazyfikacji 23 oraz pierwszy zbiornik czynnika zimnego 32 i pierwszy zbiornik czynnika ciepłego 33.
W skład drugiego obiegu chłodniczego D pierwszego wielostrumieniowego wymiennika ciepła 9 wchodzi drugi wymiennik ciepła 28 układu regazyfikacji, oraz drugi zbiornik czynnika zimnego 34 i drugi zbiornik czynnika ciepłego 35. Drugi wymiennik ciepła 28 układu regazyfikacji stanowi wymiennik wielostrumieniowy posiadający czwarty obieg chłodniczy E, w skład którego wchodzi dodatkowy wymiennik 31 zamontowany na wyjściu turbiny gazowej 30.
Trzeci wymiennik ciepła 29 obwodu regazyfikacji 23, do którego jest przyłączony czwarty zbiornik czynnika zimnego i czwarty zbiornik czynnika ciepłego 38, wchodzi w skład instalacji chłodzącej A wielostopniowego układu chłodzenia. W skład instalacji chłodzącej A wchodzi także czwarty zbiornik czynnika ciepłego 38, czwarty zbiornik czynnika zimnego 39, rozdzielacz czynnika chłodzącego połączony z wymiennikami 4, 6, 8 wielostopniowego układu chłodzenia i mieszalnik wyjściowy zainstalowany pomiędzy tymi wymiennikami a czwartym zbiornikiem czynnika ciepłego 38.
Strumień kierowany na kolumnę destylacyjną 18 zostaje poddany procesowi destylacji frakcyjnej. Kolumnę destylacyjną 18 opuszczają dwa strumienie: strumień medium wzbogacony w tlen, głównie tlen, oraz strumień medium zubożony w tlen, a wzbogacony w azot, głównie azot. Ciśnienie strumienia medium wzbogaconego w tlen jest podnoszone przez trzecią pompę kriogeniczną 20, a następnie, po ogrzewaniu w wymienniku końcowym 21, opuszcza układ wylotem 22, za którym może być przechowywany i dystrybuowany w specjalnych butlach ciśnieniowych. Ciśnienie strumienia medium kierowanego bezpośrednio do układu regazyfikacji jest podnoszone przez pierwszą pompę kriogeniczną 24, a następnie trafia na mieszalnik płynów 25, gdzie łączy się ze strumieniem medium zubożonego w tlen i jest dalej kierowany na drugą pompę kriogeniczną 26, gdzie podnoszone jest ciśnienie. Następnie jest ogrzewany w kolejnych wymiennikach ciepła, pierwszym 27, drugim 28 i trzecim 29. W wyniku ogrzewania w wymiennikach ciepła 27, 28, 29 następuje regazyfikacja strumienia medium, który trafia na turbinę 30, gdzie poprzez generator produkowana jest energia elektryczna. Strumień medium zza turbiny trafia na dodatkowy wymiennik 31, gdzie oddaje część ciepła, a następnie opuszcza układ. Dodatkowy wymiennik 31 jest częścią czwartego obiegu chłodniczego E, do którego należy także drugi wymiennik ciepła 28.
Instalacja według wynalazku ma zastosowanie jako układ współpracujący z siecią energetyczną ze źródłami energii niesterowalnymi i nieprzewidywalnymi, takimi jak źródła odnawialne, w tym elektrownie wiatrowe. Magazynowanie energii pozwoli na zachowanie stabilności systemu przy dużych wahaniach produkcji energii elektrycznej. Dodanie modułu separacji tlenu podwyższa rentowność inwestycji ze względu na rosnące zapotrzebowanie i szerokie zastosowanie tego gazu.

Claims (3)

1. Instalacja do magazynowania energii w skropionym powietrzu z modułem separacji tlenu, wyposażona w instalację upłynniania powietrza z wielostopniowym układem chłodzenia, zbiornik do magazynowania fazy ciekłej, obwód recyrkulacji fazy gazowej, oraz układ regazyfikacji fazy ciekłej z obwodem regazyfikacji łączącym zbiornik magazynujący z turbiną gazową połączoną z generatorem energii elektrycznej, przy czym w skład instalacji upłynniania powietrza wchodzi pierwszy wielostrumieniowy wymiennik ciepła z obiegami chłodniczymi połączonymi z innymi wymiennikami ciepła w układzie regazyfikacji, znamienna tym, że moduł separacji tlenu składa się z kolumny destylacyjnej (18) połączonej przewodem dolotowym (17) z obwodem regazyfikacji (23) poprzez podzielnik strumienia (16) przyłączony do obwodu regazyfikacji (23) pomiędzy zbiornikiem magazynującym (15) a pierwszą pompą kriogeniczną (24), oraz poprzez pierwszy przewód wylotowy (48) strumienia gazu wzbogaconego w azot, przyłączony do obwodu regazyfikacji (23) pomiędzy pierwszą pompą kriogeniczną (24) a drugą pompą kriogeniczną (26) poprzez mieszalnik płynów (25), zaś drugi przewód wylotowy (19) strumienia gazu wzbogaconego w tlen jest połączony z odcinkiem wylotowym (22) modułu separacji tlenu poprzez trzecią pompę kriogeniczną (20) i końcowy wymiennik ciepła (21), który to wymiennik wchodzi w skład trzeciego obiegu chłodniczego (C) pierwszego wielostrumieniowego wymiennika ciepła (9) razem z połączonym z nim trzecim zbiornikiem czynnika zimnego (36) i trzecim zbiornikiem czynnika ciepłego (37), w skład pierwszego obiegu chłodniczego (B) pierwszego wielostrumieniowego wymiennika ciepła (9) wchodzi pierwszy wymiennik ciepła (27) układu regazyfikacji oraz pierwszy zbiornik czynnika zimnego (32) i pierwszy zbiornik czynnika ciepłego (33), w skład drugiego obiegu chłodniczego (D) pierwszego wielostrumieniowego wymiennika ciepła (9) wchodzi drugi wymiennik ciepła (28) układu regazyfikacji, oraz drugi zbiornik czynnika zimnego (34) i drugi zbiornik czynnika ciepłego (35), a trzeci wymiennik ciepła (29) układu regazyfikacji, do którego jest przyłączony czwarty zbiornik czynnika zimnego (39) i czwarty zbiornik czynnika ciepłego (38), wchodzi w skład instalacji chłodzącej (A) wielostopniowego układu chłodzenia.
2. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że drugi wymiennik ciepła (28) układu regazyfikacji stanowi wymiennik wielostrumieniowy posiadający czwarty obieg chłodniczy (E), w skład którego wchodzi dodatkowy wymiennik (31) zamontowany na wyjściu turbiny gazowej (30).
3. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że w skład instalacji chłodzącej (A) wchodzi czwarty zbiornik czynnika ciepłego (38), czwarty zbiornik czynnika zimnego (39), rozdzielacz czynnika chłodzącego połączony z wymiennikami (4, 6, 8) wielostopniowego układu chłodzenia, oraz mieszalnik wyjściowy zainstalowany pomiędzy tymi wymiennikami a czwartym zbiornikiem czynnika ciepłego (38).
PL421441A 2017-04-27 2017-04-27 Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modulem separacji tlenu PL233789B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL421441A PL233789B1 (pl) 2017-04-27 2017-04-27 Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modulem separacji tlenu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL421441A PL233789B1 (pl) 2017-04-27 2017-04-27 Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modulem separacji tlenu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL421441A1 PL421441A1 (pl) 2018-11-05
PL233789B1 true PL233789B1 (pl) 2019-11-29

Family

ID=63998314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL421441A PL233789B1 (pl) 2017-04-27 2017-04-27 Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modulem separacji tlenu

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL233789B1 (pl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL441460A1 (pl) * 2022-06-13 2023-12-18 Politechnika Warszawska Sposób magazynowania energii elektrycznej w skroplonym powietrzu

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL441460A1 (pl) * 2022-06-13 2023-12-18 Politechnika Warszawska Sposób magazynowania energii elektrycznej w skroplonym powietrzu

Also Published As

Publication number Publication date
PL421441A1 (pl) 2018-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10030815B2 (en) Method and apparatus for reliquefying natural gas
JP5026588B2 (ja) Ｌｎｇ再ガス化および発電
US7299619B2 (en) Vaporization of liquefied natural gas for increased efficiency in power cycles
US7574856B2 (en) Configurations and methods for power generation with integrated LNG regasification
US3992891A (en) Process for recovering energy from liquefied gases
US20030005698A1 (en) LNG regassification process and system
ES2634765T3 (es) Aparato y método para producir gas comprimido a baja temperatura o gas licuado
KR102283088B1 (ko) 에탄에 의한 사전 냉각 및 질소에 의한 보조 냉각으로 고압 사이클에서 천연가스를 액화시키기 위한 극지 캐스케이드 방법 및 그의 실시를 위한 플랜트
US20110132032A1 (en) Liquid air method and apparatus
US20060174627A1 (en) Gas turbine cycle
WO2007011155A1 (en) Lng bog reliquefaction apparatus
BR112019017533B1 (pt) Sistema liquidificante de gás natural
US20150192065A1 (en) Process and apparatus for generating electric energy
KR20220047785A (ko) 가스 흐름의 액화 또는 발전을 통해 냉동 에너지를 회수하기 위한 방법
US11585597B2 (en) Hydrocarbon distillation
US6170290B1 (en) Refrigeration process and plant using a thermal cycle of a fluid having a low boiling point
PL233789B1 (pl) Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu z modulem separacji tlenu
Borisov et al. Analysis of the compressorless combined cycle gas turbine unit performance efficiency in district heating systems
US20220082092A1 (en) Method for Operating a Liquid Air Energy Storage
PL236372B1 (pl) Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu i odzysku energii z modułem parowym
US10557414B1 (en) Combined cycle energy recovery method and system
US10330381B2 (en) Plant for the liquefaction of nitrogen using the recovery of cold energy deriving from the evaporation of liquefied natural gas
PL236371B1 (pl) Instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu i odzysku energii z obiegiem parowym
JP7519559B1 (ja) 空気分離装置、ならびに、液化酸素および液化窒素の製造方法
PL243767B1 (pl) Sposób magazynowania dwutlenku węgla, zwłaszcza w przemyśle spożywczym