RU2139479C1 - Method of liquefaction of gas - Google Patents
Method of liquefaction of gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2139479C1 RU2139479C1 RU98118859A RU98118859A RU2139479C1 RU 2139479 C1 RU2139479 C1 RU 2139479C1 RU 98118859 A RU98118859 A RU 98118859A RU 98118859 A RU98118859 A RU 98118859A RU 2139479 C1 RU2139479 C1 RU 2139479C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- gas
- liquid phase
- flow
- dew point
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения сжиженных газов и может быть использовано в газонефтедобывающей и перерабатывающей промышленности, в металлургии, химии и других областях техники. The invention relates to a technology for the production of liquefied gases and can be used in the gas and oil production and processing industries, in metallurgy, chemistry and other fields of technology.
Известен способ сжижения газа, включающий сжатие газа в компрессоре, предварительное охлаждение в теплообменнике и охлаждение в детандере с последующим расширением газа в дроссельном вентиле с отбором жидкой фазы (см. Политехнический словарь. 1989, М., "СЭ", стр. 477 /1/). Недостатком известного способа является сложность его осуществления, большие энергозатраты и малый КПД. A known method of gas liquefaction, including gas compression in a compressor, pre-cooling in a heat exchanger and cooling in an expander, followed by gas expansion in a throttle valve with the selection of the liquid phase (see Polytechnical Dictionary. 1989, M., "SE", p. 477/1 /). The disadvantage of this method is the complexity of its implementation, high energy consumption and low efficiency.
Известен способ сжижения газа или многокомпонентных газовых смесей, включающий адиабатическое охлаждение газового потока в сверхзвуковом сопле и отбор жидкой фазы, который осуществляют путем направления газожидкостной смеси на перфорированную перегородку с отклонением потока от прямолинейного движения (см. описание к патенту США N 3528217, НКИ 55-15, МКИ B 01 D 51/08, 1970 /2/). Недостатком известного способа является его относительно малая эффективность. Обусловлено это тем, что при отклонении газового потока, двигающегося со сверхзвуковой скоростью, возникают ударные волны, существенно повышающие температуру газа, что в результате приводит к обратному переходу части капель уже сжиженного газа в газообразное состояние. A known method of liquefying gas or multicomponent gas mixtures, including adiabatic cooling of the gas stream in a supersonic nozzle and the selection of the liquid phase, which is carried out by directing the gas-liquid mixture to the perforated partition with the deviation of the flow from rectilinear motion (see the description of US patent N 3528217, NKI 55- 15, MKI B 01 D 51/08, 1970/2 /). The disadvantage of this method is its relatively low efficiency. This is due to the fact that when a gas stream moving at a supersonic speed deviates, shock waves arise that significantly increase the gas temperature, which as a result leads to the reverse transition of some drops of already liquefied gas to a gaseous state.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является известный способ сжижения газа, включающий адиабатическое охлаждение газового потока в сверхзвуковом сопле и отбор жидкой фазы (см. описание к патенту США N 5306330, НКИ 95-29, МКИ B 01 D 51/08, 1994 /3/). Для того, чтобы осуществить отбор жидкой фазы, охлажденный газовый поток, уже содержащий капельки сконденсировавшейся жидкости, отклоняют в сопле и направляют на сепарирующий узел. В результате отклонения потока возникают центробежные силы, под действием которых образовавшиеся капли смещаются от оси потока и проходят по одному каналу, а осушенный газ - по другому. The closest to the claimed in its technical essence and the achieved result is a known method of gas liquefaction, including adiabatic cooling of the gas stream in a supersonic nozzle and the selection of the liquid phase (see the description of US patent N 5306330, NKI 95-29, MKI B 01 D 51 / 08, 1994/3 /). In order to carry out the selection of the liquid phase, the cooled gas stream, already containing droplets of condensed liquid, is rejected in the nozzle and sent to a separation unit. As a result of the flow deflection, centrifugal forces arise, under the influence of which the droplets formed are displaced from the flow axis and pass through one channel, and the dried gas - along another.
Недостатком известного способа является его малая эффективность. Во-первых, не происходит полного разделения "газ - жидкость" и по каналу, предназначенному для отвода жидкой фазы наряду с каплями жидкости идет и газ, в результате чего возникает проблема повторной сепарации. Во-вторых, из-за поворота газового потока возрастает его температура, что приводит к испарению части уже сконденсировавшихся капель. The disadvantage of this method is its low efficiency. Firstly, there is no complete gas-liquid separation, and along with the channel designed to drain the liquid phase, gas also flows along with liquid droplets, as a result of which the problem of re-separation occurs. Secondly, due to the rotation of the gas stream, its temperature rises, which leads to the evaporation of part of the already condensed droplets.
Заявляемое изобретение направлено на повышение эффективности методов получения сжиженных газов. The claimed invention is aimed at improving the efficiency of methods for producing liquefied gases.
Указанный результат достигается тем, что способ сжижения газа включает его адиабатическое охлаждение в сверхзвуковом сопле и отбор жидкой фазы, при этом перед подачей газового потока в сопло его закручивают до достижения центробежного ускорения в потоке во время прохождения им сопла не менее 10000 g, а отбор жидкой фазы в сопле осуществляют на расстоянии L от точки росы, определяемом соотношением:
L = v•τ,
где L - расстояние от точки росы в сопле до места отбора сжиженной компоненты, м;
V - скорость газового потока на входе в сопло, м/с;
τ - время движения капель сжиженной компоненты от оси потока до стенки сопла, с;
g - ускорение свободного падения, м/c2.This result is achieved by the fact that the method of liquefying a gas includes adiabatic cooling in a supersonic nozzle and the selection of the liquid phase, while before feeding the gas stream into the nozzle, it is twisted until centrifugal acceleration in the stream during passage of the nozzle is at least 10,000 g, and liquid the phases in the nozzle are carried out at a distance L from the dew point, determined by the ratio:
L = v • τ,
where L is the distance from the dew point in the nozzle to the place of selection of the liquefied component, m;
V is the gas flow velocity at the inlet to the nozzle, m / s;
τ is the time of motion of droplets of the liquefied component from the axis of the flow to the nozzle wall, s;
g is the acceleration due to gravity, m / s 2 .
Отличительными признаками заявляемого способа являются:
- закрутка газового потока перед подачей его в сопло;
- закрутка потока до достижения в нем значений центробежного ускорения во время прохождения сопла не менее 10000 g;
- осуществление отбора жидкой фазы в месте, отстоящем на расстояние L = v•τ от точки росы, где под точкой росы понимается область внутри сопла, в которой начинается переход из газовой фазы в жидкую (образование центров конденсации).Distinctive features of the proposed method are:
- swirling the gas stream before feeding it into the nozzle;
- swirling the flow until it reaches the values of centrifugal acceleration during the passage of the nozzle at least 10000 g;
- the selection of the liquid phase in a place separated by a distance L = v • τ from the dew point, where the dew point is the region inside the nozzle in which the transition from the gas phase to the liquid begins (the formation of condensation centers).
Закрутка газового потока перед его подачей в сопло позволяет повысить эффективность способа сжижения, так как за счет этого в газовом потоке возникают центробежные силы, приводящие к отделению образовавшихся капель от газового потока, но при этом отпадает необходимость в повороте потока, как это предусмотрено в прототипе. The swirling of the gas stream before it is fed into the nozzle allows to increase the efficiency of the liquefaction method, since due to this, centrifugal forces appear in the gas stream, which lead to the separation of droplets formed from the gas stream, but there is no need to rotate the stream, as provided in the prototype.
Закрутка до обеспечения значений центробежного ускорения в потоке во время прохождения им сопла более 10000 g также повышает эффективность способа. Если ускорение будет менее указанного значения, то сконденсировавшиеся капли жидкой фазы не успеют достичь стенок сопла для их отбора и будут унесены газовым потоком. Возможное же увеличение длины сопла и снижение за счет этого ускорения не скомпенсирует снижение величины ускорения, так как одновременно с увеличением длины будет увеличиваться величина теплого пограничного слоя и, следовательно, диаметр сопла для обеспечения адиабатического процесса, а значит капли так и не достигнут стенок сопла и будут уноситься потоком газа. Swirling to ensure centrifugal acceleration values in the stream during the passage of the nozzle more than 10000 g also increases the efficiency of the method. If the acceleration is less than the specified value, then the condensed drops of the liquid phase will not have time to reach the nozzle walls for their selection and will be carried away by the gas stream. A possible increase in the length of the nozzle and a decrease due to this acceleration will not compensate for the decrease in the acceleration, since at the same time as the length increases, the value of the warm boundary layer and, consequently, the diameter of the nozzle will ensure an adiabatic process, which means that the droplets will not reach the walls of the nozzle and will be carried away by the gas stream.
Выбор места отбора жидкой фазы на основании указанного соотношения также повышает эффективность способа, поскольку именно в этом месте практически все сконденсировавшиеся капли достигнут стенок сопла и могут быть удалены известным методом, например путем перфорации стенок, как это предусмотрено в /2/, или созданием кольцевого зазора, как показано на чертеже, иллюстрирующем заявленное изобретение. The choice of the location of the selection of the liquid phase on the basis of this ratio also increases the efficiency of the method, since it is in this place that almost all the condensed droplets reach the nozzle walls and can be removed by a known method, for example, by perforating the walls, as provided in / 2 /, or by creating an annular gap as shown in the drawing illustrating the claimed invention.
Сущность заявляемого способа сжижения газа поясняется примерами его реализации и чертежом, на котором представлен продольный разрез (упрощенный) принципиальной схемы аппарата, с помощью которого может быть реализован способ. The essence of the proposed method for liquefying gas is illustrated by examples of its implementation and the drawing, which shows a longitudinal section (simplified) of the circuit diagram of the apparatus, with which the method can be implemented.
Устройство для сжижения газа содержит форкамеру 1, сверхзвуковое сопло 2 и полый конус 3, образующий с соплом кольцевую щель 4. Конус жестко соединен с соплом одним из известных способов, например с помощью пилонов (на чертеже не показано). Форкамера снабжена одним из известных средств для закрутки газового потока (не показано). Это может быть циклон, центробежный нагнетатель, тангенциальный подвод газа, закручивающие лопатки и т.п. A gas liquefaction device comprises a prechamber 1, a supersonic nozzle 2 and a hollow cone 3 forming an annular gap 4. The cone is rigidly connected to the nozzle by one of the known methods, for example, by means of pylons (not shown in the drawing). The prechamber is equipped with one of the known means for swirling a gas stream (not shown). This can be a cyclone, a centrifugal supercharger, a tangential gas supply, swirl vanes, etc.
Пример 1. В общем случае способ реализуется следующим образом. Example 1. In the General case, the method is implemented as follows.
На вход форкамеры подается закрученный поток газа, подвергаемого сжижению, обеспечивающий центробежное ускорение в потоке во время прохождения им сопла не менее 10000 g. Параметры газового потока на входе, обеспечивающие нужное значение ускорения, рассчитываются исходя из законов газодинамики и геометрии сопла. Проходя в сопло газ, расширяясь, подвергается адиабатическому охлаждению и на расстоянии от критического сечения сопла, определяемом заданным числом Маха (М), начинается образование конденсата (точка росы). Поскольку поток в сопле является закрученным, то под воздействием центробежных сил сконденсированные капли жидкой компоненты будут отбрасываться к стенкам сопла, образуя на них пленку жидкой фазы. Место нахождения точки росы определяется расчетным путем с использованием уравнений гидро- и термодинамики. Также рассчитываются и время движения капель сжиженной компоненты от центра сопла до его стенок. В области сопла, где капли достигают его стенок, располагается средство для отбора жидкой фазы. Это может быть, как уже указывалось выше, перфорация на стенках сопла. В этом случае капли жидкой фазы за счет центробежных сил будут легко удаляться в приемное устройство, но при этом вместе с ними будет поступать и часть газовой фазы. Если выполнить в этой области кольцевую щель, то образовавшаяся на стенках жидкая фаза будет удаляться через нее. При этом попадание газовой фазы в приемник вместе с жидкой можно будет практически исключить, подобрав расчетным (или экспериментальным) путем, исходя из параметров газового потока, ширину этой щели так, что она будет равной толщине пленки жидкой фазы в этом месте. At the inlet of the prechamber, a swirling stream of gas is subjected to liquefaction, which ensures centrifugal acceleration in the stream during passage of the nozzle by at least 10,000 g. The parameters of the gas flow at the inlet, providing the desired acceleration value, are calculated based on the laws of gas dynamics and nozzle geometry. When gas expands into the nozzle and expands, it undergoes adiabatic cooling and the formation of condensate (dew point) begins at a distance from the critical nozzle cross section determined by a given Mach number (M). Since the flow in the nozzle is swirling, under the influence of centrifugal forces, the condensed droplets of the liquid component will be discarded to the walls of the nozzle, forming a film of the liquid phase on them. The location of the dew point is determined by calculation using the equations of hydro- and thermodynamics. The time of motion of droplets of the liquefied component from the center of the nozzle to its walls is also calculated. In the area of the nozzle, where the drops reach its walls, there is a means for selecting the liquid phase. This may be, as already mentioned above, perforation on the walls of the nozzle. In this case, droplets of the liquid phase due to centrifugal forces will be easily removed to the receiving device, but at the same time a part of the gas phase will come along with them. If an annular gap is made in this region, the liquid phase formed on the walls will be removed through it. In this case, the penetration of the gas phase into the receiver together with the liquid can be practically eliminated by selecting, by calculation (or experimentally), based on the parameters of the gas flow, the width of this gap so that it will be equal to the thickness of the film of the liquid phase in this place.
Пример 2. Получение сжиженного метана. Example 2. Obtaining liquefied methane.
Способ осуществлялся по общей схеме, изложенной в примере 1. Использовалось устройство, представленное на чертеже, со следующими параметрами: внутренний диаметр форкамеры 120 мм, диаметр критического сечения сопла 10 мм, длина сопла 1000 мм, стенки сопла спрофилированы в соответствии с уравнением
где F* - площадь критического сечения сопла;
F - площадь сечения сопла в произвольной точке;
M - число Маха;
where F * is the critical sectional area of the nozzle;
F is the nozzle cross-sectional area at an arbitrary point;
M is the Mach number;
Для обеспечения закрутки газового потока в форкамере выполнены щели шириной 2 мм для обеспечения тангенциальной подачи газа под углом 2o к ее касательной.To ensure the swirling of the gas flow in the pre-chamber, slots 2 mm wide are made to provide a tangential gas supply at an angle of 2 o to its tangent.
Из произведенных расчетов было установлено, что для обеспечения центробежного ускорения в потоке газа во время прохождения им сопла не менее 10000 g, газ должен подаваться с давлением не менее 50 атм. Кроме того, из расчета было установлено, что при выбранных геометрических размерах сопла процесс сжижения эффективен при подаче газа под давлением 200 атм, которое и было выбрано в качестве рабочего. From the calculations made, it was found that to ensure centrifugal acceleration in the gas stream during the passage of the nozzle at least 10,000 g, the gas should be supplied with a pressure of at least 50 atm. In addition, it was found from the calculation that, at the selected geometrical dimensions of the nozzle, the liquefaction process is effective when gas is supplied at a pressure of 200 atm, which was chosen as the working one.
Исходя из этих данных и была рассчитана скорость движения газового потока в сопле, оказавшаяся равной 544 м/с, и место расположения точки росы (T = 173K при парциальном давлении 32 атм) - на расстоянии 60 мм от критического сечения сопла. Также расчетным путем было установлено оптимальное место отбора жидкой фазы, отстоящее от точки росы на 600 мм. Based on these data, the velocity of the gas flow in the nozzle, which turned out to be 544 m / s, and the location of the dew point (T = 173 K at a partial pressure of 32 atm) were calculated at a distance of 60 mm from the critical section of the nozzle. Also, by calculation, it was found the optimal location of the selection of the liquid phase, which is 600 mm from the dew point.
На вход форкамеры через тангенциальные щели подавался газообразный метан под давлением 200 атм с расходом 1800 нм3/час, в результате чего через сопло проходил закрученный поток газа с линейной скоростью 544 м/с и центробежным ускорением в нем 12000 g. В результате в приемник жидкой фазы через кольцевую щель поступал сжиженный метан со скоростью 3 кг/с.Methane gas was supplied to the inlet of the prechamber through tangential slots at a pressure of 200 atm with a flow rate of 1800 nm 3 / h; as a result, a swirling gas flow with a linear velocity of 544 m / s and a centrifugal acceleration in it of 12,000 g passed through the nozzle. As a result, liquefied methane at a rate of 3 kg / s entered the liquid phase receiver through an annular gap.
Claims (1)
L = V•τ,
где L - расстояние от точки росы в сопле до места отбора сжиженной компоненты, м;
V - скорость газового потока на входе в сопло, м/с;
τ - время движения капель сжиженной компоненты от оси потока до стенки сопла, с;
g - ускорение свободного падения, м/с2.A method of liquefying a gas, including its adiabatic cooling in a supersonic nozzle and the selection of the liquid phase, characterized in that it is twisted before the gas stream enters the nozzle until it reaches centrifugal acceleration in the stream during passage of the nozzle of at least 10,000 g, and the selection of the liquid phase in the nozzle carried out in a place separated from the dew point at a distance determined by the ratio
L = V • τ,
where L is the distance from the dew point in the nozzle to the place of selection of the liquefied component, m;
V is the gas flow velocity at the inlet to the nozzle, m / s;
τ is the time of motion of droplets of the liquefied component from the axis of the flow to the nozzle wall, s;
g - acceleration of gravity, m / s 2 .
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98118859A RU2139479C1 (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Method of liquefaction of gas |
| US09/418,867 US6372019B1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method of and apparatus for the separation of components of gas mixtures and liquefaction of a gas |
| EP99948628A EP1131588B1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method and Apparatus for liquefying a gas |
| PCT/CA1999/000959 WO2000023757A1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Vortex tube for liquefaction and separation of components in a gas mixture |
| DE69915098T DE69915098T2 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method and device for liquefying a gas |
| AT99948628T ATE260454T1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | METHOD AND DEVICE FOR LIQUIDIFYING A GAS |
| EA200100449A EA002780B1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method and apparatus for separation gas mixture components and liquefaction therefor |
| CA002286509A CA2286509C (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method of and apparatus for the separation of components of gas mixtures and liquefaction of a gas |
| AU61845/99A AU750712B2 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method and Apparatus for the Separation of Components of Gas Mixtures and Liquefaction of a Gas |
| BR9915550-8A BR9915550A (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Vortex tube for liquefaction and separation of components in a gas mixture |
| NO20011893A NO20011893L (en) | 1998-10-16 | 2001-04-17 | Swirl tubes for liquefying and separating components in a gas mixture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98118859A RU2139479C1 (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Method of liquefaction of gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2139479C1 true RU2139479C1 (en) | 1999-10-10 |
Family
ID=20211363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98118859A RU2139479C1 (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Method of liquefaction of gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2139479C1 (en) |
-
1998
- 1998-10-16 RU RU98118859A patent/RU2139479C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 6. Соколов Е.Я. Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. -М., 1981, с.167-176. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1131588B1 (en) | Method and Apparatus for liquefying a gas | |
| RU2229922C2 (en) | Nozzle, inertial separator and method of supersonic separation of component | |
| EP1851495B1 (en) | Method and system for cooling a natural gas stream and separating the cooled stream into various fractions | |
| US4504285A (en) | Separation of condensible vapors from gas mixtures | |
| EP1438540B1 (en) | Cyclonic fluid separator with vortex generator in inlet section | |
| EP1542783B1 (en) | Cyclonic fluid separator | |
| RU2348871C1 (en) | Plant for gas liquation and separation | |
| US20130192296A1 (en) | Refining system and method for refining a feed gas stream | |
| EA018055B1 (en) | Method of removing and solidifying carbon dioxide from a fluid stream and fluid separation assembly | |
| US3528217A (en) | Supersonic flow separator with film flow collector | |
| JPH0217921A (en) | Separation of gaseous mixture | |
| RU2139479C1 (en) | Method of liquefaction of gas | |
| US3528218A (en) | Supersonic flow separator with admixing | |
| RU2167374C1 (en) | Device for gas liquefaction | |
| RU2133137C1 (en) | Device for separation of gas mixture components | |
| US3528216A (en) | Jet pump and supersonic flow separator | |
| RU2139480C1 (en) | Method of separation of gas mixture components | |
| RU2143654C1 (en) | Method for separation of gaseous mixture components | |
| RU2137065C1 (en) | Device for liquefaction of gas | |
| RU2812652C1 (en) | Method for separating multicomponent mixture | |
| RU2796853C1 (en) | Method for separation of flow of a multi-component medium | |
| EP3912703B1 (en) | Gas purification method from impurities | |
| WO2011005077A1 (en) | Flareless condensate stabilization in combination with gas conditioning | |
| RU2212599C1 (en) | Natural gas liquefaction method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20110922 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20121001 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161017 |