RU2193740C1 - Аппарат сжижения газа - Google Patents
Аппарат сжижения газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193740C1 RU2193740C1 RU2001120454/06A RU2001120454A RU2193740C1 RU 2193740 C1 RU2193740 C1 RU 2193740C1 RU 2001120454/06 A RU2001120454/06 A RU 2001120454/06A RU 2001120454 A RU2001120454 A RU 2001120454A RU 2193740 C1 RU2193740 C1 RU 2193740C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- heat exchanger
- vortex
- coolers
- liquid product
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Аппарат сжижения газа включает витой трубчатый теплообменник и вихревые охладители. Отводы жидкого продукта вихревых охладителей размещены в межтрубной области теплообменника. Отводы переохлажденного потока газа из вихревых охладителей собраны в коллектор. Коллектор проходит по оси витого теплообменника до входа сжижаемого газа в аппарат. Патрубок отвода жидкого продукта из аппарата соединен с осевой трубой теплообменника. В верхней части трубы выполнена перфорация, расположенная ниже уровня выхода переохлаждения газа. Использование изобретения позволит увеличить коэффициент сжижения при одновременном снижении начального давления газа и обеспечить стабильную работу аппарата в любое время года. 1 ил.
Description
Изобретение относится к криогенной технике, в частности к газовой промышленности, и может быть использовано для экономичного и производительного сжижения любых газов.
Известны установки сжижения природного газа, конструктивные и технологические особенности которых обобщены в монографии "Энциклопедия газовой промышленности", МАО, "ТВАНТ", 4 изд., 1994г., стр.452-461.
Недостатком таких разработок является их сложность, дороговизна и большие эксплуатационные затраты, что делает такие комплексы малопривлекательными из-за большого срока окупаемости вложений.
Известны также установки сжижения природного газа на основе использования вихревых охладителей в качестве генераторов холода (Патент 2044973) и установки компонентного разделения газового потока путем последовательного и ступенчатого его расширения в вихревых охладителях (Патент 2103623).
Недостатком этих конструкций является нестабильность их работы вследствие влияния изменений компонентного состава входящего газа, относительно небольшой коэффициент сжижения (до 15%) и необходимость подачи на вход потока газа давлением более 4,0 МПа.
Так, в наиболее близком по технической сущности изобретении под названием "Установка сжижения" (Патент 2103620) с целью увеличения коэффициента сжижения вводится независимое расширение каждого из двух разделяемых потоков вихревого охладителя в своем свободном объеме. При этом жидкая составляющая из охладителя отводится вниз в изолированный объем и далее выводится из установки, а газовый поток низкого давления из охладителя расширяется непосредственно в объеме межтрубной полости теплообменника, охлаждая входящий поток газа высокого давления.
Недостатком такой установки является малая эффективность теплообмена потока газа низкого давления, выходящего из вихревого охладителя, с встречно движущимся внутри трубок потоком газа высокого давления. Следствием такого конструктивного решения является необходимость подачи на вход установки, например, потока природного газа давлением не менее 4,0 МПа, в то время как на газораспределительных станциях в зонах большого газопотребления давление составляет 2,5-3,0 МПа. Максимальное достигаемое значение коэффициента сжижения, полученное на данной установке, не превышает 18% в зимнее время. Кроме того, существенное влияние на эффективность работы таких установок оказывают внешние теплопритоки, особенно в летнее время, когда значение коэффициента сжижения снижается на 3-4% даже при использовании весьма эффективной теплоизоляции и наличии защитного теплоизолированного кожуха.
Целью данного изобретения является увеличение коэффициента сжижения при одновременном снижении начального давления газа и обеспечение стабильной работы аппарата в любое время года.
Указанная цель достигается тем, что все отводы жидкого продукта вихревых охладителей размещены в межтрубной полости витого теплообменника, а все отводы переохлажденного потока газа вихревых охладителей соединены в коллектор, проходящий по оси витого теплообменника до входа газа в аппарат, при этом патрубок выхода жидкого продукта из аппарата соединен с осевой трубой теплообменника, в верхней части которой выполнена перфорация, расположенная ниже уровня выхода переохлажденного газа охладителей.
Обоснуем, каким образом указанная совокупность отличительных признаков обеспечивает достижение поставленной цели.
1. Размещение отводов жидкости из вихревых охладителей в межтрубной зоне низкого давления теплообменника позволяет
- производить выхлоп жидкости в большой свободный объем между трубками теплообменника, способствуя тем самым понижению температуры жидкости и интенсификации теплообмена;
- накапливать жидкий продукт непосредственно в теплообменнике, что обеспечивает стабильность процесса сжижения при более низких входных давлениях газа;
- существенно повысить эффективность сжижения входного потока, вследствие того, что значение коэффициента теплообмена между жидкостью, омывающей наружную поверхность трубок, и потоком газа высокого давления, проходящего внутри трубок, возрастает более чем на два порядка по сравнению с теплообменом между потоками газа высокого и низкого давлений (типа "газ-газ"), характерный для противопоставляемой конструкции.
- производить выхлоп жидкости в большой свободный объем между трубками теплообменника, способствуя тем самым понижению температуры жидкости и интенсификации теплообмена;
- накапливать жидкий продукт непосредственно в теплообменнике, что обеспечивает стабильность процесса сжижения при более низких входных давлениях газа;
- существенно повысить эффективность сжижения входного потока, вследствие того, что значение коэффициента теплообмена между жидкостью, омывающей наружную поверхность трубок, и потоком газа высокого давления, проходящего внутри трубок, возрастает более чем на два порядка по сравнению с теплообменом между потоками газа высокого и низкого давлений (типа "газ-газ"), характерный для противопоставляемой конструкции.
2. Коллектирование переохлажденного потока газа с отводом его по оси трубы теплообменника, по которой одновременно встречно отводится жидкий продукт из аппарата, обеспечивает не только быстрый выход установки на режим, но и дополнительное охлаждение жидкости, что способствует увеличению доли метана в получаемом жидком продукте.
3. Наличие в осевой трубе теплообменника перфорации, расположенной ниже уровня выхода переохлажденного газа из вихревых охладителей, гарантирует слив кондиционного продукта и позволяет определять наиболее низкое начальное давление, при котором процесс сжижения рентабельный.
Изобретение поясняется схемой аппарата, который представлен на чертеже.
Лучший, по нашему мнению, вариант конструкции аппарата составлен из следующих элементов: 1 - труба подвода газа с коллектором раздачи газа в трубки теплообменника, 2 - витой трубчатый теплообменник с коллекторами, 3 - трубки подвода газа к вихревым охладителям от коллекторов, 4 - вихревые охладители газа, 5 - отвод жидкости из охладителя, 6 - отвод переохлажденного потока газа из охладителя в коллектор, 7 - коллектор сбора газа из охладителей с вертикальным стояком (отводом), 8 - осевая труба теплообменника с перфорацией 9 для слива жидкого продукта, 10 - труба выхода холодного газа из аппарата, 11 - отвод жидкого продукта в теплоизоляционном чехле, 12 - силовой корпус, 13 - теплоизоляция, 14 - защитный кожух аппарата.
Работает аппарат сжижения следующим образом.
Входящий поток газа поз.1 дробится в коллекторах на мелкие порции, которые образуют трубки теплообменника поз.2, спирально навитые вокруг осевой трубы поз.8.
На другом конце теплообменника поз.2 потоки газа из трубок вновь коллектируются и по отводам поз.3 поступают к вихревым охладителям поз.4. За счет эффекта быстрого центробежного расширения потока (работы расширения) происходит уменьшение внутренней энергии, что приводит к охлаждению газа и конденсации части входного потока. При этом сжиженная часть газа выходит из охладителя через отвод поз. 3 и накапливается в межтрубной полости теплообменника. Переохлажденный поток газа выходит из охладителя через отвод поз.6 в кольцевой коллектор и далее по вертикальному стояку поз.7 поднимается вверх. Жидкий продукт накапливается в аппарате до уровня расположения отверстий поз. 9 осевой трубы поз.8. Через эти отверстия жидкий продукт по трубе поз.8 опускается встречно движущемуся вверх переохлажденному газу, дополнительно охлаждается и выводится в накопитель по отводу 11.
Холодный газ из стояка поз.7 смешивается с паром, образующимся вследствие испарения жидкого продукта, нагреваемого входным потоком газа, выводится из аппарата по трубе поз.10 и утилизируется.
Предлагаемый аппарат имеет следующие конструктивные особенности.
Силовой корпус аппарата поз.12 рассчитан на работу при давлении 6,0 МПа, снабжен эффективной теплоизоляцией поз.13 (пенополиуретан) и закрыт кожухом поз. 14, к которому крепится в трех точках. Между слоями теплоизоляции корпуса и кожуха имеется пространство, которое заполняется воздухом или углекислотой, что гарантирует весьма низкий коэффициент теплопередачи и обеспечивает стабильность работы аппарата при высокой окружающей температуре.
Предлагаемая конструктивная схема аппарата с накоплением жидкого продукта, который эффективно охлаждает входной поток, обеспечивает быстрый выход на рабочий режим и устойчивую работу при изменениях входного давления на газораспределительных станциях (ГРС).
Предложенная конструкция аппарата производительностью 25000 нм3/ч, диаметром силового корпуса 800 мм с 14 вихревыми охладителями была изготовлена и испытана на ГРС магистрального газопровода Бухара-Урал.
Установка, включающая кроме аппарата еще и теплообменник предварительного охлаждения, образует законченный комплекс сжижения, который отличают следующие особенности.
1. Аппарат устойчиво работает при начальном давлении газа 1,8 МПа, обеспечивая получение жидкого продукта с содержанием метана до 68% (в исходном газе его объемное содержание составляет 92%).
2. Время выхода установки на рабочий режим при входном давлении 3,2 МПа составляет всего 20 мин, а при останове на 12 ч повторное включение на том же режиме обеспечивает выход на устойчивый режим работы через 8 мин.
3. Коэффициент сжижения в летнее время составляет 26% при входном давлении 3,5 МПа, а себестоимость 1 т получаемого моторного топлива с содержанием метана более 86% превышает стоимость исходного газа всего на 23%, т.е. стоимость 1 л самого экологически чистого моторного топлива становится ниже стоимости 1 л воды.
Учитывая сложившиеся на текущий момент цены на энергоносители, непрерывная работа предложенного аппарата в составе установки сжижения в течение трех месяцев позволяет за счет реализации продукции окупить все капитальные затраты не только на установку сжижения, но и на создание необходимой инфраструктуры потребления жидкого метана, включающей два криостата объемом 25 м3 и криогенный перевозчик объемом 16 м, а также эксплуатационные затраты всего комплекса.
Наличие большой сети ГРС в России, а также разведанных запасов природного газа позволяют с помощью предлагаемой экономичной технологии сжижения перевести на новый экологически более чистый и дешевый энергоноситель всю энергетику и весь транспорт от ракеты до трактора.
Claims (1)
- Аппарат сжижения газа, включающий витой трубчатый теплообменник и связанные с ним вихревые охладители, диаметрально противоположные отводы потоков которых соединены с разными объемами, отличающийся тем, что отводы жидкого продукта вихревых охладителей размещены в межтрубной полости теплообменника, а отводы переохлажденного потока газа из вихревых охладителей собраны в коллектор, проходящий по оси витого теплообменника до входа сжижаемого газа в аппарат, при этом патрубок отвода жидкого продукта из аппарата соединен с осевой трубой теплообменника, в верхней части которой выполнена перфорация, расположенная ниже уровня выхода переохлажденного газа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120454/06A RU2193740C1 (ru) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | Аппарат сжижения газа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120454/06A RU2193740C1 (ru) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | Аппарат сжижения газа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2193740C1 true RU2193740C1 (ru) | 2002-11-27 |
Family
ID=20251964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001120454/06A RU2193740C1 (ru) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | Аппарат сжижения газа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2193740C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483258C1 (ru) * | 2011-11-18 | 2013-05-27 | Александр Николаевич Лазарев | Способ сжижения природного или нефтяного газа и устройство для его осуществления |
RU2703050C1 (ru) * | 2019-03-18 | 2019-10-15 | Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" | Комбинированный аппарат для охлаждения газа |
RU2757553C1 (ru) * | 2020-12-21 | 2021-10-18 | Валентин Николаевич Косенков | Установка для сжижения газа |
-
2001
- 2001-07-24 RU RU2001120454/06A patent/RU2193740C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483258C1 (ru) * | 2011-11-18 | 2013-05-27 | Александр Николаевич Лазарев | Способ сжижения природного или нефтяного газа и устройство для его осуществления |
RU2703050C1 (ru) * | 2019-03-18 | 2019-10-15 | Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" | Комбинированный аппарат для охлаждения газа |
RU2757553C1 (ru) * | 2020-12-21 | 2021-10-18 | Валентин Николаевич Косенков | Установка для сжижения газа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10138810B2 (en) | Method and apparatus for power storage | |
US6470686B2 (en) | System for chilling inlet air for gas turbines | |
RU2304746C2 (ru) | Способ и установка для сжижения природного газа | |
US3631673A (en) | Power generating plant | |
CN102889752B (zh) | 带有氨吸收式制冷机预冷的富甲烷气液化装置及工艺 | |
CN107060927A (zh) | 余热回收利用系统及其方法和发电站 | |
CN106764414A (zh) | 一种lng气化站冷热电三联供系统 | |
CN106287212A (zh) | 一种回热式气化器 | |
Yao et al. | Design and optimization of LNG-powered ship cold energy and waste heat integrated utilization system based on novel intermediate fluid vaporizer | |
CN202860164U (zh) | 一种橇装式天然气再液化装置 | |
RU2193740C1 (ru) | Аппарат сжижения газа | |
CN207635720U (zh) | 气体液化系统 | |
CN206801634U (zh) | 热能利用系统及发电站 | |
RU2737986C1 (ru) | Способ сжижения природного газа и устройство для его осуществления | |
US7716947B2 (en) | Apparatus and method for condensing hydrocarbons from natural gas | |
US3256705A (en) | Apparatus for and method of gas transportation | |
CN104132456A (zh) | 一种直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统 | |
CN102434777A (zh) | 一种设置有汽水混合器的水浴式汽化器 | |
CN215676067U (zh) | 利用lng冷能的液态空气生产装置 | |
CN104215105A (zh) | 一种防冻结的lng换热方法及装置 | |
CN201074907Y (zh) | 高效空气源热泵热水装置 | |
CN207407579U (zh) | 气体制备系统及利用空气分离和制备设备进行发电的系统 | |
RU2285212C2 (ru) | Способ и устройство для сжижения природного газа | |
RU2429434C1 (ru) | Способ сжижения природного газа | |
RU2103620C1 (ru) | Установка сжижения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040725 |