RU2352876C1 - System of liquefying carbon dioxide from mixture of exhaust gases, used in air-independent hydrocarbon fuel power station - Google Patents
System of liquefying carbon dioxide from mixture of exhaust gases, used in air-independent hydrocarbon fuel power station Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352876C1 RU2352876C1 RU2007149434/06A RU2007149434A RU2352876C1 RU 2352876 C1 RU2352876 C1 RU 2352876C1 RU 2007149434/06 A RU2007149434/06 A RU 2007149434/06A RU 2007149434 A RU2007149434 A RU 2007149434A RU 2352876 C1 RU2352876 C1 RU 2352876C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- pipe
- mixture
- exhaust gases
- carbon dioxide
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики, в частности анаэробной энергетики, и касается энергоустановок (ЭУ) на углеводородном горючем и кислороде, и может быть использовано в воздухонезависимых ЭУ с тепловыми двигателями и электрохимическими генераторами применительно к подводным объектам различного назначения.The invention relates to the field of energy, in particular anaerobic energy, and relates to power plants (EU) on hydrocarbon fuels and oxygen, and can be used in non-volatile EC with heat engines and electrochemical generators as applied to underwater objects for various purposes.
Актуальным для улучшения технических характеристик воздухонезависимых ЭУ для подводного применения является исключение их связи с окружающей средой, давление которой может в десятки и сотни раз превышать атмосферное, по газообразным продуктам, образующимся в результате энергогенерирующей реакции.Relevant for improving the technical characteristics of air-independent power plants for underwater use is the elimination of their connection with the environment, the pressure of which can be tens or hundreds of times higher than atmospheric, for gaseous products formed as a result of an energy-generating reaction.
Смесь отработавших газов, отводимых после снижения их температуры и отделения паров воды в конденсаторе-охладителе, состоит из двуокиси углерода, избыточного кислорода и других газообразных компонентов.The mixture of exhaust gases discharged after lowering their temperature and separating the water vapor in the condenser-cooler consists of carbon dioxide, excess oxygen and other gaseous components.
Количественно ее состав, который зависит от типа ЭУ и вида углеводородного горючего, может характеризоваться содержанием по массе: двуокиси углерода - 92-97%, избыточного кислорода - 7-2% и других газообразных компонентов - меньше 1%.Quantitatively, its composition, which depends on the type of EU and the type of hydrocarbon fuel, can be characterized by the content by weight: carbon dioxide - 92-97%, excess oxygen - 7-2% and other gaseous components - less than 1%.
Ожижение двуокиси углерода с передачей тепла газифицируемому кислороду, хранящемуся на подводном объекте в жидком состоянии и подаваемому для работы ЭУ, с накоплением жидкой углекислоты в теплоизолированных баластных емкостях является необходимым условием обеспечения работы ЭУ без связи с окружающей забортной водой по газообразным продуктам реакции углеводородного горючего и кислорода.Liquefaction of carbon dioxide with the transfer of heat to gasified oxygen stored in an underwater object in a liquid state and supplied for the operation of the EU, with the accumulation of liquid carbon dioxide in the insulated ballast tanks is a necessary condition for the operation of the EU without communication with the surrounding sea water through the gaseous products of the reaction of hydrocarbon fuel and oxygen .
Попытка сжижения двуокиси углерода из смеси газов, образовавшихся в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), отбираемых и сжимаемых компрессором, с последующим хранением жидкой углекислоты в специальных емкостях была предпринята в 1935 г. (Баданин В.А. Подводные лодки с единым двигателем. СПб, Гангут, 1998.).An attempt to liquefy carbon dioxide from a mixture of gases generated in an internal combustion engine (ICE), selected and compressed by a compressor, followed by storage of liquid carbon dioxide in special containers was made in 1935 (Badanin V.A. Submarines with a single engine. St. Petersburg, Gangut, 1998.).
Тепло в процессе конденсации двуокиси углерода передавалось газифицируемому кислороду, который направлялся для работы ДВС. Была создана система отвода продуктов сгорания дизельного горючего на указанных принципах. Ее испытания в составе ЭУ с ДВС замкнутого цикла не были завершены.Heat in the process of condensation of carbon dioxide was transferred to gasified oxygen, which was sent for the operation of the internal combustion engine. A system for the removal of diesel fuel combustion products based on these principles was created. Her tests as part of an EC with closed-circuit ICE were not completed.
Известна ЭУ с двигателем стирлинга для подводных технических средств (авт. св. №94037844, 6 B63G 8/12, 1994), в которой избыточный кислород, содержащийся в смеси отводимых газов, охлаждается встречным потокам жидкого кислорода, дросселируется, сжижается и возвращается в одну из криогенных емкостей с запасом жидкого кислорода. Двуокись углерода из смеси отводимых газов переводится в жидкое состояние в специальном ожижителе, охлаждаемом кипящим кислородом, и накапливается в сборнике жидкой углекислоты. В материалах отсутствует информация относительно способа передачи тепла от смеси отводимых газов, содержащих двуокись углерода с температурой образования льда ~ 217 К, к газифицируемому кислороду с температурой 90÷120 К, при которой он может содержаться в криогенной емкости. Ожижение двуокиси углерода без образования твердой фазы посредством передачи тепла газифицируемому кислороду через разделяющую их "стенку" в габаритах теплопередающих аппаратов, приемлемых для практического использования на транспортных средствах, затруднено и представляет самостоятельную задачу.There is a known EU with a stirling engine for underwater technical equipment (ed. St. No. 94037844, 6 B63G 8/12, 1994), in which the excess oxygen contained in the mixture of exhaust gases is cooled by oncoming flows of liquid oxygen, throttled, liquefied and returned to one from cryogenic tanks with a supply of liquid oxygen. Carbon dioxide from the mixture of exhaust gases is transferred to a liquid state in a special liquefier, cooled by boiling oxygen, and accumulates in the collection of liquid carbon dioxide. The materials do not contain information regarding the method of heat transfer from a mixture of exhaust gases containing carbon dioxide with an ice formation temperature of ~ 217 K to gasified oxygen with a temperature of 90 ÷ 120 K, at which it can be contained in a cryogenic tank. The liquefaction of carbon dioxide without the formation of a solid phase by transferring heat to gasified oxygen through the wall separating them in the dimensions of the heat transfer apparatus acceptable for practical use in vehicles is difficult and represents an independent task.
По основным признакам, к которым относятся разделение потока смеси отводимых газов на параллельные потоки с равными расходами по отдельным секциям конденсатора двуокиси углерода и использование газифицированного кислорода в качестве промежуточного теплоносителя между конденсатором двуокиси углерода и испарителем жидкого кислорода, предлагаемое техническое решение наиболее близко к системе газоотбора в ЭУ с ДВС замкнутого цикла, схема которой приведена в статье: Ю.Н.Чекалов "Тепловые энергетические установки на замкнутом цикле для неатомных подводных лодок и аппаратов" (Судостроение, 1995, №4, с.16, рис.3), принятой за прототип.According to the main features, which include the separation of the flow of the mixture of exhaust gases into parallel flows with equal costs for individual sections of the carbon dioxide condenser and the use of gasified oxygen as an intermediate coolant between the carbon dioxide condenser and the liquid oxygen evaporator, the proposed technical solution is closest to the gas sampling system in EU with closed-loop internal combustion engine, the scheme of which is given in the article: Yu.N. Chekalov "Thermal power plants in a closed cycle for eatomnyh submarines and vehicles "(Shipbuilding, 1995, №4, p.16, 3), adopted as a prototype.
В известной системе испаритель жидкого кислорода, поступающего из криогенной емкости, разделен так же, как и конденсатор двуокиси углерода на две секции с патрубками входа и выхода рециркулирующего кислорода. Первая секция соединена со второй последовательно по ходу газифицируемого кислорода, а секции конденсатора двуокиси углерода подсоединены параллельно к распределительному трубопроводу смеси отводимых газов.In the known system, the evaporator of liquid oxygen coming from the cryogenic tank is divided in the same way as the carbon dioxide condenser into two sections with recirculating oxygen inlet and outlet pipes. The first section is connected to the second in series along the gasified oxygen, and the sections of the carbon dioxide condenser are connected in parallel to the distribution pipe of the exhaust gas mixture.
Тракт рециркуляции газообразного кислорода между секциями испарителя и секциями конденсатора организован следующим образом. Патрубок выхода газифицированного кислорода из второй секции испарителя соединен трубопроводом с патрубком входа охлаждающего кислорода в первую по направлению движения рециркулирующего кислорода секцию конденсатора, патрубок выхода охлаждающего кислорода из которой соединен трубопроводом с патрубком входа греющего кислорода в первую секцию испарителя. Патрубок выхода греющего кислорода из первой секции испарителя соединен трубопроводом с патрубком входа охлаждающего кислорода во вторую по направлению движения рециркулирующего кислорода секцию конденсатора, патрубок выхода охлаждающего кислорода из которой соединен трубопроводом с патрубком входа греющего кислорода во вторую секцию испарителя. Патрубок выхода греющего кислорода из второй секции испарителя соединен трубопроводом с патрубком входа газообразного кислорода в подогреватель, где вода используется в качестве греющей среды.The oxygen gas recirculation path between the evaporator sections and the condenser sections is organized as follows. The outlet pipe for gasified oxygen from the second section of the evaporator is connected by a pipe to the pipe for cooling oxygen in to the condenser section in the first direction of the recirculating oxygen, the pipe for cooling oxygen from which is connected to the pipe for heating oxygen to the first section of the evaporator. The outlet for heating oxygen from the first section of the evaporator is connected by a pipeline to the outlet for cooling oxygen to the second section of the condenser in the direction of movement of the recirculating oxygen, the outlet for cooling oxygen from which is connected by a pipe to the outlet for heating oxygen into the second section of the evaporator. The outlet pipe for heating oxygen from the second section of the evaporator is connected by a pipe to the pipe for entering oxygen gas into the heater, where water is used as the heating medium.
Недостатком этой системы является нарушение устойчивого режима ее работы с переводом ЭУ на более низкий уровень мощности по сравнению с проектным.The disadvantage of this system is a violation of the stable mode of its operation with the transfer of power plants to a lower power level compared to the design one.
Проектом системы предусмотрено равномерное распределение теплоотвода между секциями испарителя и равного ему теплоподвода между секциями конденсатора на выбранном режиме работы ЭУ. Перевод ЭУ на режим меньшей (частичной) мощности и соответствующее уменьшение расхода жидкого кислорода и расхода смеси отводимых газов, которые однозначно связаны энергогенерирующей реакцией, ведет к увеличению до 80% и более доли первой секции испарителя в общем теплоотводе, который в основном определяется процессом испарения жидкого кислорода. За ростом относительной величины теплоотвода в первой секции испарителя следует возрастание теплоподвода во второй секции конденсатора, уменьшение температуры смеси газов до ~ 217 К и образование твердой фазы двуокиси углерода. Последнее уменьшает расход смеси отводимых газов и снижает теплоподвод в системе. Одним из негативных результатов снижения температуры рециркулирующего кислорода является уменьшение температуры газообразного кислорода на входе его в подогреватель и замерзание воды, используемой в качестве греющей среды. Все это приводит к прекращению работы системы сжижения двуокиси углерода и отвода смеси газов, образующихся в ДВС замкнутого цикла.The design of the system provides for uniform distribution of the heat sink between the sections of the evaporator and the equal heat supply between the sections of the condenser in the selected operating mode of the EA. Switching the EA to a mode of lower (partial) power and a corresponding decrease in the flow rate of liquid oxygen and the flow rate of the mixture of exhaust gases, which are uniquely related to the energy-generating reaction, leads to an increase to 80% or more of the fraction of the first section of the evaporator in the total heat sink, which is mainly determined by the process of evaporation of liquid oxygen. An increase in the relative amount of heat removal in the first section of the evaporator is followed by an increase in heat supply in the second section of the condenser, a decrease in the temperature of the gas mixture to ~ 217 K, and the formation of a solid phase of carbon dioxide. The latter reduces the consumption of the mixture of exhaust gases and reduces the heat supply in the system. One of the negative results of reducing the temperature of recycle oxygen is a decrease in the temperature of gaseous oxygen at its inlet to the heater and the freezing of the water used as a heating medium. All this leads to the cessation of the liquefaction of carbon dioxide and the removal of a mixture of gases generated in the internal combustion engine of a closed cycle.
Серьезные недостатки в работе этой системы сжижения двуокиси углерода, обнаруженные во время испытаний ДВС замкнутого цикла с системой газоотбора, не были устранены, испытания были вынужденно прекращены с отрицательными результатами /Ю.Н.Чекалов, - Судостроение, 1995, №4, с 16/. Основной причиной нарушения работоспособности испытанного варианта системы сжижения двуокиси углерода является образование углекислотных ледяных пробок в трубопроводах /Э.Л.Мышинский. Подводные лодки с анаэробными энергетическими установками, Санкт-Петербург, ФГУП ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2006, с.35/.Serious shortcomings in the operation of this carbon dioxide liquefaction system, discovered during closed-circuit ICE tests with a gas sampling system, were not eliminated, the tests were forced to stop with negative results / Yu.N. Chekalov, - Sudostroenie, 1995, No. 4, p. 16 / . The main reason for the malfunction of the tested version of the carbon dioxide liquefaction system is the formation of carbon dioxide ice plugs in pipelines / E.L. Myshinsky. Submarines with anaerobic power plants, St. Petersburg, FSUE Central Research Institute named after Acad. A.N. Krylova, 2006, p. 35 /.
Задачей предлагаемого изобретения является создание работоспособного варианта системы ожижения двуокиси углерода из смеси отводимых газов, отработавших в воздухонезависимой ЭУ на углеводородном горючем, исключающего образование водяных и углекислотных ледяных пробок при его использовании в эксплуатационных режимах ЭУ.The objective of the invention is to create a workable version of a system for liquefying carbon dioxide from a mixture of exhaust gases that have been exhausted in non-volatile EC on hydrocarbon fuel, eliminating the formation of water and carbon dioxide ice plugs when it is used in operating modes of EC.
Это достигается тем, что в состав системы ожижения двуокиси углерода введен охладитель смеси отводимых газов с одним или двумя патрубками входа газообразного кислорода. В испаритель, расположенный вертикально, встроены нагревательные элементы, например трубки, которые разделены на группы по числу, равному количеству секций конденсатора двуокиси углерода, с одним и тем же числом нагревательных элементов в каждый группе. Каждая группа нагревательных элементов объединена общим патрубком входа и общим патрубком выхода греющего газообразного кислорода. Патрубок входа греющего кислорода в каждую группу нагревательных элементов испарителя соединен трубопроводом с патрубком выхода охлаждающего кислорода из секции конденсатора. Патрубок выхода греющего кислорода соединен трубопроводом с патрубком входа охлаждающего кислорода в секцию конденсатора. Патрубок выхода газифицированного кислорода из испарителя соединен трубопроводом с патрубком входа охлаждающего кислорода в первую по направлению потока рециркулирующего кислорода секцию конденсатора. Патрубок выхода греющего кислорода из последней группы нагревательных элементов соединен трубопроводом через клапан с одним из патрубков входа газообразного кислорода в охладитель смеси отводимых газов, и патрубок выхода охлаждающего кислорода из последней по направлению потока рециркулирующего кислорода секции конденсатора соединен трубопроводом с другим патрубком входа газообразного кислорода в охладитель смеси отводимых газов.This is achieved by the fact that a cooler of the mixture of exhaust gases with one or two nozzles of the inlet of gaseous oxygen is introduced into the carbon dioxide liquefaction system. Heater elements are mounted vertically in the evaporator, for example tubes, which are divided into groups according to the number equal to the number of sections of the carbon dioxide condenser, with the same number of heating elements in each group. Each group of heating elements is united by a common inlet pipe and a common outlet pipe for heating gaseous oxygen. The inlet of the heating oxygen inlet to each group of heating elements of the evaporator is connected by a pipe to the outlet of the cooling oxygen from the condenser section. The outlet of the heating oxygen outlet is connected by a pipe to the inlet of the cooling oxygen inlet into the condenser section. The outlet pipe for gasified oxygen from the evaporator is connected by a pipe to the pipe for cooling oxygen inlet to the first section of the condenser in the direction of the recycle oxygen stream. The outlet for heating oxygen from the last group of heating elements is connected by a pipeline through a valve to one of the nozzles for entering the gaseous oxygen into the cooler of the exhaust gas mixture, and the nozzle for leaving the cooling oxygen from the last section of the condenser in the direction of recirculated oxygen flow is connected to the other nozzle for entering the gaseous oxygen into the cooler mixture of exhaust gases.
Введение охладителя смеси отводимых газов позволит осуществить необходимый подогрев газообразного кислорода, полученного в системе ожижения двуокиси углерода, без использования воды и тем самым исключить возможность образования водяных ледяных пробок.The introduction of a cooler of the mixture of exhaust gases will allow the necessary heating of the gaseous oxygen obtained in the carbon dioxide liquefaction system without the use of water and thereby eliminate the possibility of the formation of water ice plugs.
Расположение испарителя вертикально с движением газифицируемого кислорода снизу вверх определяет один и тот же уровень кипящего кислорода и равнозначное его изменение, вызванное изменением расхода жидкого кислорода, для всех нагревательных элементов, встроенных в испаритель по направлению движения газифицируемого кислорода. Это обеспечивает равномерное распределение теплоотвода между нагревательными элементами и между группами нагревательных элементов, объединенных общим патрубком входа и общим патрубком выхода греющего кислорода, независимо от величины расхода газифицируемого кислорода и мощности ЭУ, что устраняет первопричину образования углекислотных ледяных пробок.The location of the evaporator vertically with the movement of gasified oxygen from the bottom up determines the same level of boiling oxygen and its equivalent change caused by a change in the flow of liquid oxygen for all heating elements built into the evaporator in the direction of movement of gasified oxygen. This ensures a uniform distribution of the heat sink between the heating elements and between the groups of heating elements, united by a common inlet pipe and a common outlet pipe for heating oxygen, regardless of the amount of gasified oxygen consumption and power EU, which eliminates the root cause of the formation of carbon dioxide ice plugs.
Соединение патрубка входа и патрубка выхода греющего кислорода из каждой группы нагревательных элементов соответственно с патрубком выхода и патрубком входа охлаждающего кислорода в секцию конденсатора позволяет осуществить рециркуляцию газообразного кислорода между группами нагревательных элементов испарителя и секциями конденсатора с расходом, равным расходу жидкого кислорода. С изменением мощности ЭУ соответствующим образом меняются взаимосвязанные расходы смеси отводимых газов и жидкого кислорода, а следовательно, расход рециркулирующего кислорода и величина теплопереноса между конденсатором и испарителем.The connection of the inlet pipe and the outlet pipe for heating oxygen from each group of heating elements, respectively, with the outlet pipe and pipe for the entrance of cooling oxygen to the condenser section allows oxygen gas to be recirculated between the groups of heating elements of the evaporator and the condenser sections with a flow rate equal to the flow rate of liquid oxygen. With a change in the power of the EU, the interconnected flows of the mixture of exhaust gases and liquid oxygen correspondingly change, and therefore, the consumption of recycle oxygen and the amount of heat transfer between the condenser and the evaporator.
Равенство теплоподвода в конденсаторе теплоотводу в испарителе, предусматриваемое проектно-конструкторской разработкой системы при заданных расходах смеси отводимых газов и жидкого кислорода, будет поддерживаться при изменении этих расходов (при изменении уровня мощности ЭУ) с некоторой корректировкой температур газифицированного кислорода и жидкой углекислоты.Equality of heat transfer in the condenser to the heat sink in the evaporator, provided for by the design and development of the system for the given flow rates of the mixture of exhaust gases and liquid oxygen, will be maintained when these flows change (when the power level of the EU is changed) with some adjustment of the temperatures of gasified oxygen and liquid carbon dioxide.
Равенство теплоподвода в секции конденсатора теплоотводу в группе нагревательных элементов не зависит от числа секций конденсатора и групп нагревательных элементов испарителя. При фиксированном расходе рециркулирующего кислорода указанное равенство определит равнозначные температуры газифицированного кислорода после патрубка выхода его из испарителя, рециркулирующего кислорода после патрубка выхода греющего кислорода из группы нагревательных элементов и перед патрубком входа охлаждающего кислорода в секцию конденсатора, с одной стороны, и равнозначные температуры рециркулирующего кислорода после патрубка выхода охлаждающего кислорода из секции конденсатора и перед патрубком входа греющего кислорода в группу нагревательных элементов, с другой стороны. Меньшие значения будут иметь первые из отмеченных равнозначных температур. Использование предложенных конструктивной схемы испарителя жидкого кислорода и схемы рециркуляции полученного газообразного кислорода позволит после выполнения проектно-конструкторской разработки с определением необходимого числа секций конденсатора и групп нагревательных элементов создать систему сжижения двуокиси углерода из смеси отводимых газов, в которой температура газифицированного кислорода на выходе испарителя не будет меньше температуры образования твердой фазы двуокиси углерода (~217 К). Этим будет выполняться достаточное условие, исключающее образование углекислотных ледяных пробок в системе на эксплуатационных режимах ЭУ.The equality of heat supply in the condenser section to the heat sink in the group of heating elements does not depend on the number of condenser sections and groups of heating elements of the evaporator. With a fixed flow of recycle oxygen, this equality will determine the equivalent temperatures of gasified oxygen after the outlet pipe from the evaporator, the recycle oxygen after the outlet of heating oxygen from the group of heating elements and in front of the cooling oxygen input pipe into the condenser section, on the one hand, and the equivalent temperatures of recycle oxygen after cooling oxygen outlet from the condenser section and before the heating oxygen inlet in a group of heating elements, on the other hand. The first of the marked equivalent temperatures will have lower values. Using the proposed constructive scheme of the liquid oxygen evaporator and the recirculation scheme of the obtained gaseous oxygen will allow, after design development to determine the required number of condenser sections and groups of heating elements, to create a system for liquefying carbon dioxide from a mixture of exhaust gases in which the temperature of gasified oxygen at the outlet of the evaporator will not be lower than the temperature of formation of the solid phase of carbon dioxide (~ 217 K). This will satisfy a sufficient condition that excludes the formation of carbon dioxide ice plugs in the system at the operating modes of EU.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема системы ожижения двуокиси углерода из смеси отведенных газов.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a system for liquefying carbon dioxide from a mixture of exhaust gases.
Здесь охладитель смеси отводимых газов 1, имеющий патрубки входа газообразного кислорода 2, по линии подачи смеси газов соединен через влагоотделитель 3 с компрессором газоотбора 4; охладитель 1 через распределительный трубопровод 5 соединен с секциями конденсатора двуокиси углерода 6, каждая из которых имеет патрубок входа охлаждающего кислорода 7, патрубок выхода охлаждающего кислорода 8 и по линии отвода жидкой углекислоты соединена через сепаратор неожиженных газов 9 со сборником жидкой углекислоты 10. Испаритель жидкого кислорода 11 со встроенными нагревательными элементами 12, разделенными на группы, каждая из которых по линии отвода рециркулирующего кислорода через патрубок выхода греющего кислорода 13 и патрубок входа охлаждающего кислорода 7 и по линии приема рециркулирующего кислорода через патрубок входа греющего кислорода 14 и патрубок выхода охлаждающего кислорода 8 соединена с секцией конденсатора 6, через патрубок выхода газифицированного кислорода 15, через патрубок входа охлаждающего кислорода 7 соединен с первой по ходу рециркулирующего кислорода секцией конденсатора 6. При этом последняя по ходу рециркулирующего кислорода группа нагревательных элементов 12 через патрубок выхода греющего кислорода 13, один из патрубков входа газообразного кислорода 2 соединена трубопроводом с клапаном с охладителем 1, и последняя по ходу рециркулирующего кислорода секция конденсатора 6 через патрубок выхода охлаждающего кислорода 8, другой патрубок входа газообразного кислорода 2 может быть соединена с охладителем 1 посредством трубопровода с клапаном.Here, the cooler of the mixture of exhaust gases 1, having nozzles for the inlet of gaseous oxygen 2, is connected through the dehumidifier 3 through the separator 3 to the gas sampling compressor 4; the cooler 1 through the distribution pipe 5 is connected to the sections of the carbon dioxide condenser 6, each of which has a cooling oxygen inlet pipe 7, a cooling oxygen outlet pipe 8 and is connected through the liquid carbon dioxide separator 9 to a liquid carbon dioxide collector 10. The liquid oxygen evaporator 11 with integrated heating elements 12, divided into groups, each of which along the line of recirculation of oxygen through the outlet pipe for heating oxygen 13 and the pipe ok inlet of the cooling oxygen 7 and through the recycle oxygen intake line through the heating oxygen inlet pipe 14 and the cooling oxygen outlet pipe 8 is connected to the condenser section 6, through the gasified oxygen outlet pipe 15, through the cooling oxygen inlet pipe 7 is connected to the first section of the recycle oxygen condenser 6. In this case, the last group of heating elements 12 along the recycle oxygen through the outlet pipe for heating oxygen 13, one of the nozzles for the inlet of the gas oxygen supply 2 is connected by a pipeline to the valve with a cooler 1, and the last section of the condenser 6 along the recycle oxygen through the cooling oxygen outlet 8, the other oxygen gas inlet 2 can be connected to the cooler 1 via a valve pipeline.
Система работает следующим образом.The system operates as follows.
Смесь газов, содержащая по массе более 90% двуокиси углерода, образующейся в результате энергогенерирующей реакции углеводородного горючего и кислорода, компрессором 4 направляется через влагоотделитель 3 в охладитель 1. Во влагоотделителе 3 содержание воды и масла в смеси газов уменьшается до технически возможного уровня.A gas mixture containing more than 90% by weight of carbon dioxide resulting from the energy-generating reaction of hydrocarbon fuel and oxygen is sent by compressor 4 through a moisture separator 3 to a cooler 1. In a moisture separator 3, the water and oil content in the gas mixture is reduced to the technically possible level.
Уменьшение температуры смеси отводимых газов без изменения физического состояния ее компонентов осуществляется в охладителе 1 путем передачи тепла встречному потоку газообразного кислорода, подаваемого для работы ЭУ.Reducing the temperature of the mixture of exhaust gases without changing the physical state of its components is carried out in the cooler 1 by transferring heat to the oncoming flow of gaseous oxygen supplied for the operation of EU.
Через распределительный трубопровод 5 смесь отводимых газов поступает в секции конденсатора 6, которые идентичны по теплопередающей способности и гидравлическому сопротивлению. Передавая тепло газообразному кислороду, который рециркулирует между секциями конденсатора 6 и группами нагревательных элементов 12 испарителя 11, смесь отводимых газов охлаждается до температуры, которая ниже температуры насыщения двуокиси углерода при давлении, создаваемом компрессором 4. Двуокись углерода конденсируется и поток жидкой углекислоты, поступающей из всех секций конденсатора 6, через сепаратор неожиженных газов 9 направляется в сборник 10.Through the distribution pipe 5, the mixture of exhaust gases enters the sections of the condenser 6, which are identical in heat transfer ability and hydraulic resistance. By transferring heat to gaseous oxygen, which is recycled between the sections of the condenser 6 and the groups of heating elements 12 of the evaporator 11, the mixture of exhaust gases is cooled to a temperature that is lower than the saturation temperature of carbon dioxide at the pressure created by compressor 4. Carbon dioxide condenses and the flow of liquid carbon dioxide coming from all sections of the condenser 6, through the separator of unliquid gases 9 is sent to the collector 10.
Жидкий кислород, поступающий в вертикально расположенный испаритель 11, поднимается между нагревательными элементами 12. Он подогревается до температуры насыщения, испаряется и перегревается за счет тепла от встречного потока газообразного кислорода, который движется по внутреннему сечению нагревательных элементов 12, встроенных в испаритель 11 вертикально от сечения входа до сечения выхода газифицируемого кислорода. Уровень испаряемого кислорода, как и теплоотвод для всех нагревательных элементов 12 один и тот же.Liquid oxygen entering the vertically arranged evaporator 11 rises between the heating elements 12. It is heated to saturation temperature, evaporates and overheats due to heat from the oncoming gaseous oxygen stream, which moves along the internal section of the heating elements 12, which are vertically mounted in the evaporator 11 from the section entrance to the exit gasification oxygen cross section. The level of evaporated oxygen, as well as the heat sink for all heating elements 12 is the same.
Перегретый кислород через патрубок 15, патрубок 7 поступает в первую по направлению движения рециркулирующего кислорода секцию конденсатора 6. Нагревшись от охлаждаемой смеси газов, рециркулирующий кислород через патрубок 8, патрубок 14 направляется в первую по своему ходу группу нагревательных элементов 12, где передает газифицируемому кислороду тепло, полученное в секции конденсатора 6. Из первой группы нагревательных элементов 12 рециркулирующий кислород поступает через патрубки 13, 7 в следующую по направлению движения секцию конденсатора 6. Таким образом газообразный кислород, полученный в системе и рециркулирующий между секциями конденсатора 6 и группами нагревательных элементов 12 испарителя 11, выполняет функцию промежуточного теплоносителя между охлаждаемой смесью отводимых газов и испаряемым кислородом.The superheated oxygen through the nozzle 15, the nozzle 7 enters the first section of the condenser 6 in the direction of movement of the oxygen recirculating oxygen. Having heated from the cooled gas mixture, the oxygen recirculating through the nozzle 8, the nozzle 14 is sent to the first group of heating elements 12, where it transfers heat to the gasified oxygen obtained in the condenser section 6. From the first group of heating elements 12, recirculated oxygen enters through the nozzles 13, 7 into the next section of the condensate 6. Thus, the gaseous oxygen obtained in the system and recirculated between the sections of the condenser 6 and the groups of heating elements 12 of the evaporator 11, performs the function of an intermediate coolant between the cooled mixture of exhaust gases and the evaporated oxygen.
В охладитель смеси отводимых газов 1 газообразный кислород приходит через патрубок 13 и один из патрубков 2 по трубопроводу с клапаном из последней по направлению движения рециркулирующего кислорода группы нагревательных элементов 12. В случае, когда целесообразно и возможно снизить температуру газифицированного кислорода после патрубка 15 и одновременно повысить температуру газообразного кислорода перед патрубком 2, газообразный кислород приходит в охладитель 1 через патрубок 8 и другой патрубок 2 по трубопроводу с клапаном. При этом клапан на трубопроводе, соединяющем патрубок 13 и патрубок 2, закрыт.Oxygen gas enters the cooler of the mixture of exhaust gases 1 through the nozzle 13 and one of the nozzles 2 through a pipe with a valve from the last group of heating elements 12 in the direction of movement of the recycle oxygen. In the case when it is expedient and possible to lower the temperature of gasified oxygen after the nozzle 15 and simultaneously increase the temperature of gaseous oxygen in front of pipe 2, gaseous oxygen enters the cooler 1 through pipe 8 and another pipe 2 through a pipeline with a valve. When this valve on the pipeline connecting the pipe 13 and the pipe 2 is closed.
Результаты расчетов тепловых балансов по процессам охлаждения смеси газов, отводимых из ЭУ после снижения их температуры в конденсаторе-охладителе отработавших газов с отделением конденсата водяных паров, с передачей тепла газифицируемому кислороду, подаваемому для работы ЭУ, подтверждают принципиальную возможность ожижения двуокиси углерода при давлениях до 2 МПа для широкого спектра углеводородных горючих от метана до дизельного горючего. Проведенные проектно-исследовательские проработки ЭУ с ДВС замкнутого цикла показали, что по массогабаритным характеристикам основного оборудования, по затратам мощности на отвод образующихся газов рассмотренный вариант системы ожижения двуокиси углерода удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ЭУ подводных аппаратов.The results of calculating the heat balances for the cooling processes of the mixture of gases discharged from the EA after lowering their temperature in the condenser-cooler of the exhaust gases with the separation of the condensate of water vapor, with the transfer of heat to the gasified oxygen supplied for the operation of the EA, confirm the fundamental possibility of liquefying carbon dioxide at pressures up to 2 MPa for a wide range of hydrocarbon fuels from methane to diesel. Carried out design and research studies of electric power plants with closed-circuit internal combustion engines showed that, according to the weight and size characteristics of the main equipment, and the power consumption for the removal of generated gases, the considered version of the carbon dioxide liquefaction system meets the requirements for electric devices of underwater vehicles.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007149434/06A RU2352876C1 (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | System of liquefying carbon dioxide from mixture of exhaust gases, used in air-independent hydrocarbon fuel power station |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007149434/06A RU2352876C1 (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | System of liquefying carbon dioxide from mixture of exhaust gases, used in air-independent hydrocarbon fuel power station |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2352876C1 true RU2352876C1 (en) | 2009-04-20 |
Family
ID=41017859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007149434/06A RU2352876C1 (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | System of liquefying carbon dioxide from mixture of exhaust gases, used in air-independent hydrocarbon fuel power station |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2352876C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2615042C1 (en) * | 2016-03-21 | 2017-04-03 | АО "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (АО "СПМБМ "Малахит") | Device for removing carbon dioxide |
| RU2616136C1 (en) * | 2016-03-21 | 2017-04-12 | АО "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (АО "СПМБМ "Малахит") | Device for removing carbon dioxide |
-
2007
- 2007-12-27 RU RU2007149434/06A patent/RU2352876C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Чекалов Ю.Н. Тепловые энергетические установки на замкнутом цикле для неатомных подводных лодок и аппаратов. - Судостроение, 1995, № 4, с.16, рис.3. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2615042C1 (en) * | 2016-03-21 | 2017-04-03 | АО "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (АО "СПМБМ "Малахит") | Device for removing carbon dioxide |
| RU2616136C1 (en) * | 2016-03-21 | 2017-04-12 | АО "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (АО "СПМБМ "Малахит") | Device for removing carbon dioxide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Baccioli et al. | Small scale bio-LNG plant: Comparison of different biogas upgrading techniques | |
| CN105569881B (en) | A kind of method for realizing the efficient no pollution operation of liquefied natural gas power engine of boat and ship | |
| CN1052053C (en) | An improved liquefied natural gas fueled combined cycle power plant | |
| US20030005698A1 (en) | LNG regassification process and system | |
| EP2035740B1 (en) | Method and plant for re-gasification of lng | |
| CN108350832A (en) | Ship | |
| CN100565060C (en) | A kind of method of natural gas liquefaction and device thereof | |
| UA97403C2 (en) | Process and system for liquefying a hydrocarbon gas | |
| WO2007106988A1 (en) | Multi-fuel storage system and method of storing fuel in a multi-fuel storage system | |
| CN113309985A (en) | LNG fuel power ship cold energy waste heat comprehensive cascade utilization system with zero carbon emission | |
| CN103267394A (en) | Method and device for efficiently utilizing cold energy of liquefied natural gas | |
| MX2008015857A (en) | Process and plant for the vaporization of liquefied natural gas and storage thereof. | |
| RU2542166C1 (en) | Power plant of underwater vehicle | |
| CN113167133B (en) | Method for generating electric energy and thermal energy in a power generation cycle using a working fluid | |
| CN109356676B (en) | Fuel gasification and combined cooling heating power supply system and method for LNG power ship | |
| RU2352876C1 (en) | System of liquefying carbon dioxide from mixture of exhaust gases, used in air-independent hydrocarbon fuel power station | |
| CN102706095A (en) | System and method for cooling a solvent for gas treatment | |
| CN108151442A (en) | Low-temperature preparation system for L NG in raw material gas | |
| CN102382701B (en) | Device capable of removing siloxane in combustible gas stably and continuously | |
| CN202485329U (en) | Methane liquefaction device for scattered air source points | |
| CN203298552U (en) | Device capable of utilizing cold capacity of liquefied natural gas with high efficiency | |
| RU2615042C1 (en) | Device for removing carbon dioxide | |
| CN109458554B (en) | Marine LNG gasification and cold recovery heat exchange system and method | |
| JP2011006617A (en) | Method and system for purifying fuel gas | |
| RU2616136C1 (en) | Device for removing carbon dioxide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |