RU1772548C

RU1772548C - Method of producing liquid at cryogenic temperature

Info

Publication number: RU1772548C
Application number: SU904829176A
Authority: RU
Inventors: Юрий Дмитриевич Видинеев; Валентина Александровна Калягина
Original assignee: Московский Институт Химического Машиностроения
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1990-05-28
Publication date: 1992-10-30

Abstract

Использование: в электроэнергетике, на транспорте, дл криогенного обеспечени устройств высокотемпературной сверхпроводимости . Сущность изобретени : способ получени жидкостей при криогенных температурах включает компримирова- ние потока криоагента до давлени выше критического, охлаждение в теплообменнике обратным потоком, при этом часть потока расшир ют с отбором внешней работы в двух последовательно включенных детандерах , один из которых низкотемпературный, а оставшуюс часть потока охлаждают и дросселируют от давлени пр мого потока до давлени обратного потока, охлажденную часть потока дросселируют от давлени пр мого потока до давлени обратного потока , охлажденную часть потока дросселируют до промежуточного давлени ниже критического, полученную пэрожидкостную смесь сепарируют, отдел пар от жидкости . Пар подогревают пр мым потоком, охлажда последний, и смешивают с потоком, подаваемым в низкотемпературный детандер , а жидкость дросселируют до давлени обратного потока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.Usage: in the electric power industry, in transport, for cryogenic supply of high-temperature superconductivity devices. SUMMARY OF THE INVENTION: a method for producing liquids at cryogenic temperatures involves compressing a cryoagent stream to a pressure higher than critical, cooling in a heat exchanger with a reverse flow, and part of the flow is expanded with external work selected in two expanders connected in series, one of which is low-temperature, and the remainder the flow is cooled and throttled from the pressure of the forward flow to the pressure of the return flow, the cooled part of the flow is throttled from the pressure of the direct flow to the pressure back of the flow, the cooled portion of the flow is throttled to an intermediate pressure below the critical pressure, the resulting per-liquid mixture is separated, separating the vapor from the liquid. The steam is heated by a direct stream, cooling the latter, and mixed with the stream supplied to the low-temperature expander, and the liquid is throttled to a return pressure. 1 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Изобретение относитс к криогенной технике и может быть использовано в электроэнергетике, на транспорте, дл криогенного обеспечени устройств высокотемпературной сверхпроводимости.The invention relates to cryogenic technology and can be used in the electric power industry, in transport, for the cryogenic supply of high temperature superconductivity devices.

Известно несколько способов получени жидкостей при криогенных температурахсиспользованием дроссель-эффекта и расширени газов с совершением внешней работы 1. Существо известных способов состоит в том, что криоагент сжимают в компрессоре, охлаждают обратным потоком до оптимальной температуры и отвод т часть пр мого потока через расширительную машину в обратный поток более низкотемпературного теплообменника, оставшуюс часть пр мого потока после дальнейшего охлаждени направл ют в дроссель илиSeveral methods are known for producing liquids at cryogenic temperatures using the throttle effect and gas expansion to perform external work 1. The essence of the known methods consists in compressing the cryoagent in a compressor, cooling it with the reverse flow to the optimum temperature, and extracting part of the direct flow through the expansion machine into the return flow of the lower temperature heat exchanger, the remaining part of the forward flow after further cooling is directed to the choke or

парожидкостный детандер и охлажденный до заданной температуры поток полученной жидкости отвод т потребителю либо испар ют при заданной температуре и вместе с образовавшимс после дросселировани паром низкого давлени используют в качестве обратного потока в цепи теплообменников до входа в компрессор.a vapor-liquid expander and a stream of the obtained liquid cooled to a predetermined temperature are discharged to the consumer or evaporated at a predetermined temperature, and together with the low pressure steam formed after throttling, they are used as a return flow in the heat exchanger circuit before entering the compressor.

Различие отдельных способов состоит в количестве расширительных машин и способе их включени .The difference between the individual methods is the number of expansion machines and the way they are turned on.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату вл етс способ получени жидкого гели , в котором газообразный гелий компримируют до давлени выше критического , в частности до оптимального, определенного расчетом, охлаждают вThe closest to the invention in technical essence to the achieved result is a method of producing a liquid gel, in which gaseous helium is compressed to a pressure above critical, in particular to an optimal, determined by calculation, cooled in

теплообменнике обратным потоком, причем часть потока расшир ют с отбором внешней работы в двух последовательно включенных расширительных машинах, а оставшуюс часть потока охлаждают и дросселируют от давлени пр мого потока до давлени обратного потока. При этом образуетс пар и жидкость при заданной температуре . Данный способ прин т за прототипa heat exchanger with a return flow, wherein a part of the flow is expanded to take external work in two successively connected expansion machines, and the remaining part of the flow is cooled and throttled from the pressure of the direct flow to the pressure of the return flow. In this, steam and liquid are formed at a given temperature. This method is adopted as a prototype.

2.2.

Основной недостаток данного способа заключаетс в больших энергозатратах и низкой доле получаемой жидкости при заданной температуре.The main disadvantage of this method is the high energy consumption and low proportion of the produced liquid at a given temperature.

Цель изобретени -снижениеудельных энергозатрат установки путем предварительного дросселировани части охлажденного пр мого потока от давлени пр мого потока до промежуточного давлени , а также увеличение количества жидкости, получаемой при заданной температуре путем охлаждени образующейс после предварительного дросселировани жидкости потоком пара, полученного после дросселировани от промежуточного давлени до давлени обратного потока,The purpose of the invention is to reduce the specific energy consumption of the installation by pre-throttling part of the cooled direct flow from the direct pressure to the intermediate pressure, as well as increasing the amount of liquid obtained at a given temperature by cooling the vapor generated after pre-throttling the liquid after throttling from the intermediate pressure to return pressure

На фиг. 1 представлена схема установки , в которой может быть реализован предлагаемый способ; на фиг. 2 - измененна по п. 2 нижн часть схемы; на фиг. 3 - процессы , изображенные в T-S-диаграмме, характеризующие предлагаемый способ.In FIG. 1 shows a setup diagram in which the proposed method can be implemented; in FIG. 2 - the lower part of the scheme, as modified by claim 2; in FIG. 3 - processes depicted in the T-S diagram characterizing the proposed method.

Установка состоит из газгольдера 1, основного компрессора 2, концевого холодильника основного компрессора 3, деух детандер-компрессоров 4, 5, концевого холодильника 6, регенеративных теплообмен- ников 7, 8, 9. 10, включенных последовательно в линию пр мого и обратного потоков, теплообменника охлаждени части пр мого потока потоком промежуточного давлени 11, двух дроссель-вентилей 12, 13, отделител жидкости 14, сборника жидкости 15, п ти регулирующих вентилей 16, 17, 18, 19, 20. двух запорных вентилей 21, 22. В исполнении по фиг. 2 имеетс также переохладитель 23.The installation consists of a gas holder 1, a main compressor 2, an end cooler of the main compressor 3, a couple of expander compressors 4, 5, an end cooler 6, regenerative heat exchangers 7, 8, 9. 10, connected in series to the forward and return flows, a heat exchanger for cooling a part of the direct flow by an intermediate pressure stream 11, two throttle valves 12, 13, a liquid separator 14, a liquid collector 15, five control valves 16, 17, 18, 19, 20. two shut-off valves 21, 22. in FIG. 2 also has a subcooler 23.

Пример конкретного выполнени способа дл азота.An example of a specific process for nitrogen.

Газообразный азот при температуре окружающей среды сжимают от давлени выше критического, например 4,0 МПа, охлаждают до 260 К и отвод т в первую расширительную машину, где расшир ют до 1.0 МПа и при этом поток охлаждаетс до 210 К. Затем поток охлаждаетс до 180 К и повторно расшир етс до 0,13 МПа с понижением температуры до -130 К. Охлажденный пр мой поток дросселируют отNitrogen gas at ambient temperature is compressed from a pressure higher than critical, for example 4.0 MPa, cooled to 260 K and taken to the first expansion machine, where it is expanded to 1.0 MPa and the flow is cooled to 210 K. Then the flow is cooled to 180 K and re-expanded to 0.13 MPa with decreasing temperature to -130 K. The cooled forward flow is throttled from

4,0 до 1 МПа, при этом образуетс 0,45 пара при давлении 1 МПА, отдел ют пар от жидкости и охлаждают паром пр мой поток, который подогреваетс до температуры входа во вторую расширительную машину, т.е. до 180 К. При повторном дросселировании чистой жидкости от промежуточного давлени до давлени обратного потока 0,13 МПа образуетс 0,27 пара. В результате работы по предлагаемому способу дол получаемой жидкости увеличиваетс па 11 % против прототипа и соответственно сокращаетс удельный расход энергии. 4.0 to 1 MPa, with the formation of 0.45 steam at a pressure of 1 MPA, the steam is separated from the liquid and the direct stream is cooled by steam, which is heated to the inlet temperature of the second expansion machine, i.e. up to 180 K. Repeated throttling of a clean liquid from an intermediate pressure to a return pressure of 0.13 MPa results in 0.27 steam. As a result of the work according to the proposed method, the fraction of the obtained liquid increases by 11% against the prototype and, accordingly, the specific energy consumption is reduced.

Отличительной особенностью предлагаемого способа вл етс предварительное дросселирование до промежуточного давлени охлажденной части потока криоаген- та, в качестве которого могутA distinctive feature of the proposed method is pre-throttling to an intermediate pressure of the cooled part of the cryogen stream, which can be

использоватьс азот, неон, аргон, сепарирование жидкости от пара, использование образующегос при этом пара дл охлаждени пр мого потока, подача его в низкотемпературную расширительную машину, аuse nitrogen, neon, argon, separating the liquid from the steam, using the steam generated in this process to cool the direct flow, feeding it into a low-temperature expansion machine, and

также охлаждение жидкости, получаемой после предварительного дросселировани , потоком пара, полученного после дросселировани от промежуточного давлени до давлени обратного потока. Температураalso cooling the liquid obtained after pre-throttling with the steam stream obtained after throttling from the intermediate pressure to the back pressure. Temperature

криоагента на выходе из низкотемпературной расширительной машины ниже температуры перед первым дросселем на величину недорекуперации.cryoagent at the outlet of the low-temperature expansion machine below the temperature in front of the first choke by the amount of under-recovery.

Claims

1. The method of producing liquids

cryogenic temperatures, including compression of the cryoagent stream to a pressure higher than critical, cooling in the heat exchanger with a reverse flow, at

this part of the flow is expanded with the selection of external work in two series-connected expanders, one of which is low-temperature, and the remaining part of the flow is cooled and throttled from the pressure of the direct flow to the pressure of the return flow, characterized in that, in order to reduce the specific energy consumption, it is cooled a portion of the flow is throttled to an intermediate pressure below a critical pressure,

the resulting vapor-liquid mixture is separated, the steam is separated from the liquid, the steam is heated by a direct stream, cooling the latter and mixed with the stream supplied to the low-temperature expander, and the liquid

throttled to return pressure.

2. The method according to claim 1, characterized in that, in order to increase the amount of liquid obtained at a given temperature, jmype formed after the pre-flow .. P

FIG. 2

Jli

FIG. I

FIG. 3

5