RU2178129C2 - Method of liquefaction of gas and gas liquefaction unit for realization of this method - Google Patents
Method of liquefaction of gas and gas liquefaction unit for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2178129C2 RU2178129C2 RU99127359A RU99127359A RU2178129C2 RU 2178129 C2 RU2178129 C2 RU 2178129C2 RU 99127359 A RU99127359 A RU 99127359A RU 99127359 A RU99127359 A RU 99127359A RU 2178129 C2 RU2178129 C2 RU 2178129C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- flow
- gas
- vortex tube
- hot
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания охлаждающих и ожижающих устройств, работающих на использовании свойств расширяющегося газового потока. The invention relates to the field of creating cooling and fluidizing devices operating using the properties of an expanding gas stream.
Известен способ работы устройства для ожижения газа, включающий разделение исходного потока сжатого газа на две части, охлаждение первой части в теплообменнике, а второй части - в охладителе с последующим их смешением, расширением и отделением образовавшейся жидкой фазы от газообразной фазы, которую подают в теплообменник обратным потоком [1] . A known method of operation of a device for liquefying gas, comprising dividing the initial stream of compressed gas into two parts, cooling the first part in a heat exchanger, and the second part in a cooler, followed by mixing, expansion and separation of the formed liquid phase from the gaseous phase, which is fed back to the heat exchanger flow [1].
Такой способ реализуется в конструкции, описанной в [1] . При этом известное устройство для ожижения газа содержит источник сжатого газа, соединенный параллельно с охладителем и теплообменником, которые далее объединены и сообщены через расширитель с сосудом, имеющим жидкостную и газовую полости, последняя из которых соединена с обратным потоком теплообменника. This method is implemented in the design described in [1]. Moreover, the known gas liquefaction device comprises a source of compressed gas connected in parallel with a cooler and a heat exchanger, which are further combined and communicated through an expander with a vessel having liquid and gas cavities, the last of which is connected to the return flow of the heat exchanger.
В простейшем виде в качестве расширителя используется обычный пневмодроссель. Однако дроссельное устройство имеет малую эффективность, поэтому для этих целей чаще применяется хотя и сложное, но высокоэффективное устройство - детандер [2, с. 370, рис. 13.23] , но который из-за высокой стоимости и сложности в эксплуатации все равно имеет ограниченное применение. Поэтому зачастую в качестве расширителя используется совместно работающие дроссель и детандер [2, с. 370, рис. 13.24] . In its simplest form, a conventional air throttle is used as an expander. However, the throttle device has low efficiency, therefore, for these purposes, although a complex, but highly effective device is used — the expander [2, p. 370, fig. 13.23], but which, due to the high cost and complexity of operation, still has limited use. Therefore, a jointly working throttle and expander are often used as an expander [2, p. 370, fig. 13.24].
Однако и такие устройства имеют низкую эффективность ожижения, связанную с тем, что в качестве выходного обратного потока из теплообменника выбрасывается газ, имеющий температуру, близкую к входной температуре охлажденного прямого потока, т. е. в устройстве теряется холод, приобретенный в охладителе. Это является недостатком. However, such devices also have a low liquefaction efficiency, due to the fact that a gas having a temperature close to the inlet temperature of the cooled direct flow is ejected as the outlet return flow from the heat exchanger, i.e., the cold acquired in the cooler is lost in the device. This is a disadvantage.
Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, т. е. изобретение позволяет повысить эффективность ожижения. The objective of the invention is to remedy this drawback, that is, the invention improves the efficiency of liquefaction.
Поставленная задача решается тем, что перед охлаждением первую часть исходного потока подают в вихревую трубу [3] , из которой отводят холодный и горячий потоки, причем холодный поток смешивают с обратным потоком и направляют в теплообменник, а горячий направляют в теплообменник прямым потоком, затем смешивают его с охлажденной в охладителе второй частью исходного потока перед расширением. Кроме того, для повышения эффективности горячий поток, выходящий из вихревой трубы, охлаждают в теплообменнике, например, наружного охлаждения. The problem is solved in that before cooling, the first part of the feed stream is fed into a vortex tube [3], from which the cold and hot streams are discharged, the cold stream being mixed with the return stream and sent to the heat exchanger, and the hot stream is sent to the heat exchanger with a direct stream, then mixed it with the second part of the feed stream cooled in the cooler before expansion. In addition, to increase efficiency, the hot stream leaving the vortex tube is cooled in a heat exchanger, for example, external cooling.
При этом устройство для реализации предложенного способа ожижения газа снабжается установленной перед теплообменником вихревой трубой, холодный патрубок которой соединен с обратным потоком перед теплообменником, а горячий патрубок соединен с прямым потоком перед теплообменником. Кроме того, такое устройство снабжается теплообменником, например, наружного охлаждения, установленным за горячим патрубком вихревой трубы перед теплообменником. Moreover, the device for implementing the proposed method of gas liquefaction is provided with a vortex tube installed in front of the heat exchanger, the cold pipe of which is connected to the return flow in front of the heat exchanger, and the hot pipe is connected to the direct flow in front of the heat exchanger. In addition, such a device is equipped with a heat exchanger, for example, external cooling, installed behind the hot tube of the vortex tube in front of the heat exchanger.
Предлагаемый способ работы устройства для охлаждения реализуется в конструкции, изображенной на чертеже. The proposed method of operation of the device for cooling is implemented in the design shown in the drawing.
Устроена предлагаемая конструкция следующим образом. Входной патрубок 1, связанный с источником сжатого газа (не показан), соединен с разделителем потока рабочей среды (тройником-разделителем) 2. Тройник-разделитель 2 имеет патрубки 3 и 4. Патрубок 3 через теплообменник 5 и тройник-смеситель 6 соединен с выходом 7 прямого потока 8 рекуперативного теплообменника 9. Патрубок 4 одновременно является входом в двухпоточную вихревую трубу 10. Вихревая труба имеет еще 2 патрубка - горячий 11 и холодный 12. Горячий патрубок 11 вихревой трубы 10 через канал теплообменника 13 соединен с входом 14 прямого потока 8 теплообменника 9. Холодный патрубок 12 вихревой трубы 10 через тройник-смеситель 15 соединен с входом 16 обратного потока 17 теплообменника 9. Выход 18 обратного потока 17 соединен с выходом 19 устройства для ожижения. Выход 7 прямого потока 8 теплообменника 9 через тройник-смеситель 6, через канал прямого потока 20 второго рекуперативного теплообменника 21 и через дроссель-расширитель 22 соединен с сосудом-накопителем 23 жидкого газа. Сосуд-накопитель 23 жидкого газа имеет жидкостную 24 и газовую 25 полости. Газовая полость 25 через канал обратного потока 26 теплообменника 21, через тройник-смеситель 15, через канал обратного потока 17 теплообменника 9 соединен с выходным патрубком 19 устройства для ожижения газа. Над теплообменником 5 расположен воздушный вентилятор 27, который организует второй поток 28 теплообменника 5. The proposed design is arranged as follows. The inlet pipe 1, connected to a source of compressed gas (not shown), is connected to a medium flow separator (tee-separator) 2. The tee-separator 2 has nozzles 3 and 4. A nozzle 3 is connected to the outlet through a heat exchanger 5 and a tee-mixer 6 7 of the direct flow 8 of the recuperative heat exchanger 9. The pipe 4 is simultaneously the entrance to the two-flow vortex tube 10. The vortex tube has 2 more pipes — hot 11 and cold 12. The hot pipe 11 of the vortex tube 10 is connected through the heat exchanger 13 to the direct heat input 14 9. Cool exchanger tube 12 through vortex tube 10 tee mixer 15 is connected to an inlet 16 of heat exchanger 17, the backflow 9. Yield 18 backflow 17 is connected to the output device 19 for liquefaction. The output 7 of the direct flow 8 of the heat exchanger 9 through the tee-mixer 6, through the direct flow channel 20 of the second recuperative heat exchanger 21 and through the throttle expander 22 is connected to the storage vessel 23 of the liquid gas. The storage vessel 23 of the liquid gas has a liquid 24 and a gas 25 cavity. The gas cavity 25 through the return channel 26 of the heat exchanger 21, through the tee-mixer 15, through the return channel 17 of the heat exchanger 9 is connected to the outlet pipe 19 of the gas liquefaction device. Above the heat exchanger 5 is an air fan 27, which organizes the second stream 28 of the heat exchanger 5.
Такое исполнение охладителя-теплообменника 5 позволяет для предварительного охлаждения потока газа использовать низкие температуры наружного воздуха при эксплуатации ожижителей природного газа в условиях северных газовых месторождений, где очень низкая среднегодовая, а особенно зимняя температура воздуха. This design of the cooler-heat exchanger 5 allows for preliminary cooling of the gas stream to use low outdoor temperatures when operating natural gas liquefiers in northern gas fields, where the average annual and especially winter air temperatures are very low.
Но этот же второй поток 28 охладителя-теплообменника 5 может быть организован не только потоком воздуха от вентилятора, но и хладагентом от постороннего холодильника, например фреонового, аммиачного, пропанового и т. п. (не показан). But the same second stream 28 of the cooler-heat exchanger 5 can be organized not only by the air flow from the fan, but also by the refrigerant from an external refrigerator, for example, freon, ammonia, propane, etc. (not shown).
Рассматриваемое устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом. Поступающее через входной патрубок 1 рабочее тело (сжатый газ) в тройнике-разделителе 2 разделяется на два потока: первый из них через патрубок 4 поступает на вход вихревой трубы 10. Второй поток через патрубок 3 образует внутренний поток охладителя-теплообменника 5, где охлаждается и поступает на вход тройника-смесителя 6. Consider a device for implementing the proposed method works as follows. The working fluid (compressed gas) coming through the inlet pipe 1 in the tee-separator 2 is divided into two flows: the first of them through the pipe 4 enters the inlet of the vortex tube 10. The second stream through the pipe 3 forms the internal flow of the cooler-heat exchanger 5, where it is cooled and enters the input of the tee-mixer 6.
В вихревой трубе 10 поток, поступивший на вход 4, вновь разделяется на два потока - горячий 11 и холодный 12. Горячий поток 11 вихревой трубы 10, проходя через канал теплообменника 13, остывает и поступает на вход 14 прямого потока 8 теплообменника 9. В этом теплообменнике 9 прямой поток выхолаживается от обратного потока 17 и поступает в тройник-смеситель 6, где смешивается с охлажденным потоком, поступающим из теплообменника 5, после чего по каналу прямого потока 20 теплообменника 21 и через дроссель-расширитель 22 подается в сосуд-накопитель 23 жидкого газа. В пневмодросселе 22 газ дросселируется (расширяется и дополнительно охлаждается). В нем образуются две фазы: жидкая и газообразная. Поступая в сосуд-накопитель 23 жидкого газа, двухфазный поток разделяется: жидкость скапливается на дне, откуда может быть слита, а холодная газообразная фаза, скапливаясь в газовой полости 25, уходит вверх и через канал 26 поступает в тройник-смеситель 15, где, смешиваясь с холодным потоком 12 вихревой трубы 10, организует холодный обратный поток 17 теплообменника 9. В этом теплообменнике 9 обратный поток 17 отбирает тепло от прямого потока 8, тем самым выхолаживает его. Нагретый от прямого потока 8 обратный поток 17 направляется в выходной патрубок 19 устройства для ожижения газа, а жидкий криопродукт сливается из холодоприемника и отправляется потребителю. В зависимости от термодинамической задачи применяемый теплообменник может состоять или только из одной части 9 (не показано), или из двух частей 9 и 21 (см. чертеж). In the vortex tube 10, the stream received at input 4 is again divided into two streams — hot 11 and cold 12. The hot stream 11 of the vortex tube 10, passing through the channel of the heat exchanger 13, cools down and enters the input 14 of the direct stream 8 of the heat exchanger 9. In this the direct flow of the heat exchanger 9 is cooled from the return flow 17 and enters the tee-mixer 6, where it is mixed with the cooled flow coming from the heat exchanger 5, after which it is fed into the storage vessel 23 of the liquid through the direct flow channel 20 of the heat exchanger 21 ha behind. In the air throttle 22, the gas is throttled (expanded and further cooled). Two phases are formed in it: liquid and gaseous. Entering the liquid gas storage vessel 23, the two-phase flow is separated: the liquid accumulates at the bottom, from where it can be drained, and the cold gaseous phase, accumulating in the gas cavity 25, goes up and through the channel 26 enters the tee-mixer 15, where, mixing with a cold stream 12 of the vortex tube 10, organizes a cold return flow 17 of the heat exchanger 9. In this heat exchanger 9, the return flow 17 removes heat from the direct flow 8, thereby cooling it. Heated from direct flow 8, the return flow 17 is directed to the outlet pipe 19 of the device for liquefying gas, and the liquid cryoproduct is drained from the cold receiver and sent to the consumer. Depending on the thermodynamic problem, the heat exchanger used can consist of either only one part 9 (not shown), or two parts 9 and 21 (see drawing).
Предварительное срабатывание давления газа в вихревой трубе, являющейся более эффективным расширителем-охладителем, чем обычный дроссель, позволяет не только повысить термодинамическую эффективность, но и уменьшить рабочие давления в теплообменниках, что упрощает их и уменьшает их стоимость. Предварительное охлаждение в теплообменнике 13 горячего потока 11, поступающего прямым потоком в теплообменник 9, также повышает термодинамическую эффективность устройства. The preliminary actuation of the gas pressure in the vortex tube, which is a more effective expander-cooler than a conventional choke, allows not only to increase thermodynamic efficiency, but also to reduce the working pressure in the heat exchangers, which simplifies them and reduces their cost. Pre-cooling in the heat exchanger 13 of the hot stream 11 entering the direct stream into the heat exchanger 9 also increases the thermodynamic efficiency of the device.
В этом состоит основная техническая сущность изобретения. This is the main technical essence of the invention.
Предлагаемое техническое решение может быть применимо не только в системах ожижения газа, но и для других целей, например для работы в рефрижераторном режиме, в кондиционерах, в специальных технологиях и т. п. The proposed technical solution can be applicable not only in gas liquefaction systems, but also for other purposes, for example, to work in the refrigerator mode, in air conditioners, in special technologies, etc.
Литература
1. С. Ф. Гудков, А. Д. Двойрис, Г. Э. Одишария, О. М. Иванцов и А. А. Беспятко. Способ сжижения газовой смеси. Авторское свидетельство 423990, М. кл. F 25 J 1/00 от 22.05.72.Literature
1. S. F. Gudkov, A. D. Dvoiris, G. E. Odisharia, O. M. Ivantsov, and A. A. Bespyatko. A method of liquefying a gas mixture. Copyright certificate 423990, M. cl. F 25 J 1/00 from 05.22.72.
2. А. В. Кириллин, В. В. Сычев, А. Е. Шейдлин. Техническая термодинамика. - М: Энергомашиностроение, 1983. 2. A.V. Kirillin, V.V. Sychev, A.E. Sheidlin. Technical thermodynamics. - M: Power engineering, 1983.
3. А. П. Меркулов. Вихревой эффект и его применение в технике. - М. : Машиностроение, 1969. 3. A.P. Merkulov. Vortex effect and its application in technology. - M.: Mechanical Engineering, 1969.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99127359A RU2178129C2 (en) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | Method of liquefaction of gas and gas liquefaction unit for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99127359A RU2178129C2 (en) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | Method of liquefaction of gas and gas liquefaction unit for realization of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99127359A RU99127359A (en) | 2001-09-10 |
| RU2178129C2 true RU2178129C2 (en) | 2002-01-10 |
Family
ID=20228632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99127359A RU2178129C2 (en) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | Method of liquefaction of gas and gas liquefaction unit for realization of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2178129C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006045712A1 (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-04 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Device for generating highly compressed gas |
| RU2483258C1 (en) * | 2011-11-18 | 2013-05-27 | Александр Николаевич Лазарев | Liquefaction method of natural or oil gas, and device for its implementation |
| CN108050722A (en) * | 2017-11-17 | 2018-05-18 | 浙江大学宁波理工学院 | Utilize a throttle low temperature refrigeration system of energy separation effect inside vortex tube precooling |
-
1999
- 1999-12-30 RU RU99127359A patent/RU2178129C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006045712A1 (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-04 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Device for generating highly compressed gas |
| RU2483258C1 (en) * | 2011-11-18 | 2013-05-27 | Александр Николаевич Лазарев | Liquefaction method of natural or oil gas, and device for its implementation |
| CN108050722A (en) * | 2017-11-17 | 2018-05-18 | 浙江大学宁波理工学院 | Utilize a throttle low temperature refrigeration system of energy separation effect inside vortex tube precooling |
| CN108050722B (en) * | 2017-11-17 | 2020-06-23 | 浙江大学宁波理工学院 | Primary throttling low-temperature refrigeration system for precooling by using energy separation effect of vortex tube |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Deng et al. | Particular characteristics of transcritical CO2 refrigeration cycle with an ejector | |
| Manjili et al. | Performance of a new two-stage multi-intercooling transcritical CO2 ejector refrigeration cycle | |
| US7669428B2 (en) | Vortex tube refrigeration systems and methods | |
| SU1355138A3 (en) | Gas liquefying method | |
| US4169361A (en) | Method of and apparatus for the generation of cold | |
| CN101852490B (en) | Air source carbon dioxide heat pump water heater | |
| EP1939548A1 (en) | Co2 refrigerator | |
| CN100476322C (en) | Super-low-temperature refrigerant system with pipeline preventing freezing | |
| CN105473967A (en) | Mixed refrigerant system and method | |
| CN101688697A (en) | Refrigerant vapor compression system with dual economizer circuits | |
| CN101617182A (en) | Use the economized refrigerant system of the expander of band intermediate pressure port | |
| JP5681549B2 (en) | Refrigeration cycle method | |
| Sarkar | Cycle parameter optimization of vortex tube expansion transcritical CO2 system | |
| RU2009105108A (en) | METHOD FOR LIQUIDING THE FLOW OF HYDROCARBONS AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| JPS62500257A (en) | High efficiency refrigeration equipment or cooling equipment | |
| Jin et al. | Preliminary study on CO2 transcritical ejector enhanced compressor refrigeration system for independent space cooling and dehumidification | |
| Dubey et al. | Performance evaluation and optimal configuration analysis of a transcritical carbon dioxide/propylene cascade system with vortex tube expander in high-temperature cycle | |
| RU2178129C2 (en) | Method of liquefaction of gas and gas liquefaction unit for realization of this method | |
| CN211120094U (en) | Carbon dioxide two-stage compression refrigeration system combining vortex tube and two-stage ejector | |
| RU2191957C1 (en) | Method of operation of gas liquefier and gas liquefier for realization of this method | |
| Mohiuddin et al. | A fresh look at vortex tubes used as expansion device in vapor compression systems | |
| Sarkar | Exergy analysis of vortex tube expansion vapour compression refrigeration system | |
| Yari et al. | Performance characteristics of a novel ejector-expansion transcritical CO2 refrigeration cycle with gas cooler exergy utilisation | |
| RU2215249C2 (en) | Process of operation of gas liquefier | |
| RU2241920C2 (en) | Cooling device operation method and cooling device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121231 |