RU2520220C2 - Complex for natural gas supply to consumer - Google Patents
Complex for natural gas supply to consumer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2520220C2 RU2520220C2 RU2012135230/04A RU2012135230A RU2520220C2 RU 2520220 C2 RU2520220 C2 RU 2520220C2 RU 2012135230/04 A RU2012135230/04 A RU 2012135230/04A RU 2012135230 A RU2012135230 A RU 2012135230A RU 2520220 C2 RU2520220 C2 RU 2520220C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- gas
- hydrate
- pulp
- water
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Paper (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано при получении, хранении и беструбопроводном транспорте природного газа.The invention relates to the gas industry and can be used in the receipt, storage and pipe-free transportation of natural gas.
Известен комплекс для доставки природного газа потребителю, обеспечивающий сжижение природного газа посредством турбодетандера и средства перевозки жидкого газа (Васильев Ю.Н. «Моторные топлива будущего». «Газовая промышленность» 1995 г., №1).A well-known complex for the delivery of natural gas to the consumer, providing liquefaction of natural gas through a turboexpander and a means of transporting liquid gas (Vasiliev Yu.N. "Motor fuels of the future." "Gas industry" 1995, No. 1).
Недостатком комплекса является сложность изготовления турбодетандеров на большие расходы, работающих в области криогенных температур, необходимость использования специальных криогенных конструкционных материалов для изготовления детандера и соответственно большие капитальные затраты, необходимость глубокой очистки газа от высококипящих по сравнению с метаном компонентов, которые в противном случае замерзают и выводят турбодетандер из строя, принципиальная невозможность непрерывной работы однодетандерной системы, в то время как резервирование ведет к повышению затрат, сложность управления режимами работы детандера при изменяющихся давлениях, расходах и температурах проходящего через ГРС природного газа. Кроме того, емкости для хранения и перевозки жидкого газа конструктивно сложны, и, при этом необходим расход энергии на сохранение жидкого состояния транспортируемого материала.The disadvantage of the complex is the complexity of manufacturing turbo expanders at high costs, operating in the field of cryogenic temperatures, the need to use special cryogenic structural materials for the manufacture of the expander, and therefore the high capital costs, the need for deep gas purification from components that are high-boiling compared to methane, which otherwise freeze and remove turbo-expander failure, the fundamental impossibility of continuous operation of a single-expander system, while redundancy leads to higher costs, the complexity of managing the expander operating modes at varying pressures, costs and temperatures of natural gas passing through the gas distribution system. In addition, containers for storing and transporting liquid gas are structurally complex, and at the same time, energy consumption is required to maintain the liquid state of the transported material.
Известен комплекс для доставки природного газа потребителю, включающий средства его трансформирования в газогидрат, средства отгрузки последнего в теплоизолированные грузовые помещения транспортного средства и средства диссоциации газогидрата подводом теплоты от забортной морской воды с температурой +20°С (см. J.S.Gudmundsson and A.Boslashrrehaug. Frozen Hydrate for transport of Natural Gas. AE&NUST. 1996).A known complex for delivering natural gas to a consumer, including means for transforming it into gas hydrate, means for shipping the latter to insulated cargo spaces of a vehicle, and means for dissociating gas hydrate by supplying heat from sea water with a temperature of + 20 ° C (see JSGudmundsson and A.Boslashrrehaug. Frozen Hydrate for transport of Natural Gas. AE & NUST. 1996).
При этом транспортировка газового гидрата на борту судна осуществляется навалом, в форме твердых фрагментов различной формы, при атмосферном давлении и температуре минус 20°С, что резко снижает интенсивность подвода теплоты к гидрату (на этапе его разложения) по причине его замораживания в крупные агломераты. Кроме того, морская вода с температурой около 0°С удаляется за борт и полезно не используется как хладоноситель при получении нового гидратаIn this case, the transportation of gas hydrate on board the vessel is carried out in bulk, in the form of solid fragments of various shapes, at atmospheric pressure and a temperature of minus 20 ° С, which sharply reduces the intensity of heat supply to the hydrate (at the stage of its decomposition) due to its freezing into large agglomerates. In addition, seawater with a temperature of about 0 ° C is removed overboard and is not useful as a coolant when receiving a new hydrate
Известен также комплекс для доставки природного газа потребителю, включающий средство его трансформирования в газогидрат, содержащее реактор, сообщенный с источником газа и воды, средство охлаждения смеси воды и газа и средство поддержания давления в реакторе не ниже равновесного, необходимого для гидратообразования, средство отгрузки газогидрата в транспортное средство, снабженное грузовыми помещениями, выполненными с возможностью поддержания термодинамического равновесия, исключающего диссоциацию газогидрата, и средство разложения газогидрата с получением газа (см. RU №2200727, Кл. С07С 5/02, 1997 г.).Also known is a complex for delivering natural gas to a consumer, including means for transforming it into a gas hydrate containing a reactor in communication with a gas and water source, means for cooling a mixture of water and gas, and means for maintaining the pressure in the reactor not lower than the equilibrium necessary for hydrate formation, means for dispatching gas hydrate to a vehicle equipped with cargo spaces configured to maintain thermodynamic equilibrium, excluding the dissociation of gas hydrate, and a decomposition tool gas hydrate to produce gas (see RU No. 2200727, CL. C07C 5/02, 1997).
К недостаткам комплекса относятся высокие энергозатраты, т.к. на стадии получения газогидрата требуется неоднократное компремирование и последующее охлаждение газа и использование этой же энергии на создание условий гидратообразования и консервацию гидратов, также высоки затраты энергии и на этапе разложения газогидрата с получением газа.The disadvantages of the complex include high energy consumption, because the gas hydrate production stage requires repeated compression and subsequent cooling of the gas and the use of the same energy to create hydrate formation conditions and hydrate preservation; energy costs are also high at the stage of gas hydrate decomposition to produce gas.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в снижении энергозатрат на доставку газа потребителю.The problem to which the claimed invention is directed is expressed in reducing energy costs for gas delivery to the consumer.
Техническим результатом, ожидаемым от использования данного изобретения, является снижение энергетических, капитальных и текущих затрат для получения газового гидрата и обратной его диссоциации после доставки потребителю. Кроме того, снижается материалоемкость комплекта оборудования, необходимого для доставки природного газа.The technical result expected from the use of this invention is to reduce energy, capital and current costs for obtaining gas hydrate and its reverse dissociation after delivery to the consumer. In addition, the material consumption of the set of equipment necessary for the delivery of natural gas is reduced.
Указанный технический результат достигается тем, что комплекс для доставки природного газа потребителю, включающий средство его трансформирования в газогидрат, содержащее реактор, сообщенный с источником газа и воды, средство охлаждения смеси воды и газа и средство поддержания давления в реакторе не ниже равновесного, необходимого для гидратообразования, средство отгрузки газогидрата в транспортное средство, снабженное грузовыми помещениями, выполненными с возможностью поддержания термодинамического равновесия, исключающего диссоциацию газогидрата, и средство разложения газогидрата с получением газа, отличается тем, что реактор выполнен с возможностью формирования газогидратной пульпы, в виде резервуара, рассчитанного на давление более 1 МПа, теплоизолированного с возможностью поддержания температуры на уровне 0,2°С, при этом реактор выполнен с возможностью отвода тепла гидратообразования тонкодисперсной водоледяной пульпой, для чего средство охлаждения смеси воды и газа содержит вакуумный льдогенератор, выполненный в виде теплоизолированного резервуара, сообщенного с источником морской воды и вакуумным выходом турбокомпрессора, при этом выход льдогенератора сообщен с отделителем льда от рассола, ледовый выход которого сообщен со смесителем льда и пресной воды, причем источник природного газа сообщен с газовым входом реактора и газовой турбиной турбокомпрессора льдогенератора, а второй вход реактора посредством пульпопровода льдосодержащей пульпы сообщен с выходом накопителя льдосодержащей пульпы, выполненного в виде теплоизолированного резервуара, при этом гидратный выход реактора первым пульпопроводом гидратсодержащей пульпы сообщен с накопителем гидратсодержащей пульпы, а водяной выход реактора сообщен со смесителем льда и пресной воды, при этом выход смесителя льда и пресной воды посредством второго пульпопровода льдосодержащей пульпы сообщен со входом накопителя льдосодержащей пульпы, кроме того, средства отгрузки газогидрата включают пульповый насос и задвижку, установленные на выпускном патрубке накопителя гидратсодержащей пульпы, выполненном с возможностью разъемного соединения с приемным патрубком грузового помещения транспортного средства, снабженным задвижкой, при этом грузовое помещение транспортного средства выполнено с возможностью разъемного соединения с приемным патрубком разгрузочного компрессора, выход которого сообщен с газгольдером. Кроме того, для получения льда использован льдогенератор, обеспечивающий достижение значений холодильного коэффициента не менее 12 при температуре кипения -3°С и конденсации +6°С. Кроме того, турбокомпрессор выполнен с возможностью создания в резервуаре льдогенератора разряжения, равного по величине давлению тройной точки морской воды. Кроме того, турбина турбокомпрессора льдогенератора выполнена с возможностью использования энергии газов, продуктов сжигания природного газа. Кроме того, первый и второй пульпопроводы льдосодержащей пульпы снабжены соответственно первым и вторым пульповыми насосами. Кроме того, рассольный выход отделителя льда от рассола через рассольный насос сообщен с полостью полого резервуара льдогенератора. Кроме того, накопитель гидратсодержащей пульпы выполнен с возможностью поддержания температуры и давления на уровне, исключающем диссоциацию гидратсодержащей пульпы, и с возможностью ее отгрузки.The specified technical result is achieved in that the complex for delivering natural gas to the consumer, including means for transforming it into gas hydrate, containing a reactor in communication with a gas and water source, means for cooling a mixture of water and gas, and means for maintaining the pressure in the reactor not lower than the equilibrium required for hydrate formation , means for dispatching gas hydrate to a vehicle equipped with cargo rooms configured to maintain thermodynamic equilibrium, excluding disso citation of gas hydrate, and means for decomposing gas hydrate to produce gas, characterized in that the reactor is configured to form gas hydrate pulp in the form of a tank designed for a pressure of more than 1 MPa, insulated with the ability to maintain a temperature of 0.2 ° C, while the reactor made with the possibility of heat dissipation of hydrate formation by fine-dispersed ice-water pulp, for which the means of cooling the mixture of water and gas contains a vacuum ice generator made in the form of a heat-insulated reservoir, co connected to a source of sea water and a turbocompressor vacuum outlet, wherein the ice maker’s outlet is connected to an ice separator from the brine, the ice outlet of which is communicated with an ice and fresh water mixer, the natural gas source being in communication with the gas inlet of the reactor and the gas turbine of the ice maker’s turbocompressor, and the second inlet the reactor through the slurry pipeline of the ice-containing pulp is communicated with the output of the drive of the ice-containing pulp, made in the form of a heat-insulated tank, while the hydrated output of the reactor the hydrate-containing pulp is connected by the first pulp conduit to the hydrate-containing pulp accumulator, and the reactor water outlet is communicated with an ice and fresh water mixer, the ice and fresh water mixer exit through the second ice-containing pulp conduit is communicated with the input of the ice-containing pulp accumulator, in addition, the gas hydrate discharge means include a pump and a valve installed on the outlet pipe of the hydrate-containing pulp accumulator, made with the possibility of detachable connection with the receiving pipe g nodes for a vehicle room, provided with a latch, wherein the cargo space of the vehicle is adapted to be detachably connected to the receiving pipe of the compressor discharge, the output of which communicates with the gas holder. In addition, an ice maker was used to produce ice, which ensured that the refrigeration coefficient was reached at least 12 at a boiling point of -3 ° С and condensation + 6 ° С. In addition, the turbocompressor is configured to create a vacuum in the reservoir of the ice generator, equal in magnitude to the pressure of the triple point of sea water. In addition, the turbine of the turbocompressor of the ice generator is configured to use the energy of gases, products of natural gas combustion. In addition, the first and second slurry pipelines of the ice-containing pulp are equipped with first and second pulp pumps, respectively. In addition, the brine outlet of the ice separator from the brine through the brine pump is in communication with the cavity of the hollow reservoir of the ice maker. In addition, the storage of hydrated pulp is made with the possibility of maintaining temperature and pressure at a level that excludes the dissociation of hydrated pulp, and with the possibility of its shipment.
Сравнение признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".A comparison of the features of the claimed solution with the features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.
Признаки… «реактор выполнен с возможностью формирования газогидратной пульпы» обеспечивают перевод природного газа в газогидратную форму, параметры которой позволяют использовать для ее перемещения технологии, аналогичные используемым для перемещения жидкостей. Кроме того, обеспечивается возможность эффективного отвода тепла (на этапе формирования частиц газогидрата) или отвода холода от частиц газогидрата (на этапе разложения газогидрата), что обеспечивает либо оперативное эффективное формирование газогидрата, либо его разложение.Signs ... "the reactor is capable of forming a gas hydrate pulp" provides the conversion of natural gas into a gas hydrate form, the parameters of which allow using technologies similar to those used for moving liquids to move it. In addition, it is possible to efficiently remove heat (at the stage of formation of gas hydrate particles) or to remove cold from particles of gas hydrate (at the stage of decomposition of gas hydrate), which ensures either efficient efficient formation of gas hydrate or its decomposition.
Признаки «реактор выполнен… в виде резервуара, рассчитанного на давление более 1 МПа, теплоизолированного с возможностью поддержания температуры на уровне 0,2°С» позволяют снизить требования к конструктивным параметрам реактора, упростить его изготовление и снизить затраты энергии на генерирование газогидрата.The signs "the reactor is made ... in the form of a tank designed for a pressure of more than 1 MPa, thermally insulated with the ability to maintain a temperature of 0.2 ° C" can reduce the requirements for the design parameters of the reactor, simplify its manufacture and reduce energy costs for generating gas hydrate.
Признаки «реактор выполнен с возможностью отвода тепла гидратообразования тонкодисперсной водоледяной пульпой» обеспечивают высокую эффективность теплоотвода тепла, выделяющегося при образовании газогидрата - тепловая энергия, выделяющаяся при зарождении частиц гидрата, эффективно поглощается плавящимися частицами водного льда (теплота гидратообразования природного газа составляет 410 кДж/кг, а теплота плавления водного льда 335 кДж/кг). При этом 1 кг водоледяной пульпы (при 30%-ной концентрации в ней частиц водного льда) в 5 раз эффективнее по хладоемкости любых однофазных хладоносителей и в т.ч. воды. При этом частицы водного льда служат центрами зарождения новой фазы газового гидрата (см. Olga Zatsepina. HYDRATE FORMATION IN ENVIROMENT. University of British Colambia. 1997), обеспечивая гетерогенный механизм роста частиц гидрата, т.к. на них адсорбируются пузырьки природного газа (Рамм В.М. Адсорбция газов. М.: Химия, 1976 г. - 549 с.), являющиеся компонентом гидрата.The signs “the reactor is capable of removing heat of hydrate formation by fine-dispersed ice-water pulp” provide high heat dissipation of the heat generated during gas hydrate formation - the heat energy generated during the formation of hydrate particles is effectively absorbed by the melting particles of water ice (the heat of hydration of natural gas is 410 kJ / kg, and the heat of fusion of water ice is 335 kJ / kg). At the same time, 1 kg of ice-water pulp (at a 30% concentration of water ice particles in it) is 5 times more effective in the cold storage capacity of any single-phase refrigerant carriers, including water. Moreover, water ice particles serve as centers of nucleation of a new phase of gas hydrate (see Olga Zatsepina. HYDRATE FORMATION IN ENVIROMENT. University of British Colambia. 1997), providing a heterogeneous mechanism for the growth of hydrate particles, since natural gas bubbles are adsorbed on them (Ramm V.M. Gas adsorption. M .: Chemistry, 1976 - 549 p.), which are a component of the hydrate.
Признаки, указывающие, что «средство охлаждения смеси воды и газа содержит вакуумный льдогенератор, выполненный в виде теплоизолированного резервуара, сообщенного с источником морской воды и вакуумным выходом турбокомпрессора», обеспечивают возможность эффективного производства льда как основного компонента водоледяной пульпы.Signs indicating that the "means of cooling the mixture of water and gas contains a vacuum ice maker made in the form of a heat-insulated reservoir in communication with a source of sea water and a vacuum outlet of a turbocompressor", provide the possibility of efficient production of ice as the main component of ice-water pulp.
Признаки, указывающие, что «выход льдогенератора сообщен с отделителем льда от рассола, ледовый выход которого сообщен со смесителем льда и пресной воды», обеспечивают подачу пресного льда на смешение с пресной водой с удалением рассола - минерализованной воды.Signs indicating that "the output of the ice maker is communicated with an ice separator from the brine, the ice outlet of which is communicated with an ice and fresh water mixer", provide fresh ice for mixing with fresh water to remove the brine - mineralized water.
Признаки, указывающие, что «источник природного газа сообщен с газовым входом реактора и газовой турбиной турбокомпрессора льдогенератора», обеспечивают подачу природного газа в реактор (для превращения его в газогидрат) и в газовую турбину турбокомпрессора льдогенератора (для использования в качестве энергоносителя).Signs indicating that “the source of natural gas is in communication with the gas inlet of the reactor and the gas turbine of the ice generator turbocompressor” provides the supply of natural gas to the reactor (to turn it into gas hydrate) and to the gas turbine of the ice generator turbocompressor (for use as an energy carrier).
Признаки, указывающие, что «второй вход реактора посредством пульпопровода льдосодержащей пульпы сообщен с выходом накопителя льдосодержащей пульпы», обеспечивают ввод средства охлаждения (льдосодержащей пульпы) из источника этого средства в реактор, загруженный смесью воды и природного газа.Signs indicating that “the second inlet of the reactor through the slurry conduit of the ice-containing pulp is communicated with the outlet of the ice-containing pulp storage device” provide the input of a cooling means (ice-containing pulp) from the source of this means into the reactor loaded with a mixture of water and natural gas.
Признаки, указывающие, что накопитель льдосодержащей пульпы выполнен «в виде теплоизолированного резервуара», обеспечивают сохранность льдосодержащей пульпы (исключают ее потери от таяния).Signs indicating that the storage of ice-containing pulp is made "in the form of a thermally insulated reservoir", ensure the safety of the ice-containing pulp (exclude its loss from melting).
Признаки, указывающие, что «гидратный выход реактора первым пульпопроводом гидратсодержащей пульпы сообщен с накопителем гидратсодержащей пульпы», обеспечивают вывод готового гидратсодержащего материала и его накопление и хранение перед передачей потребителю.Signs indicating that "the hydrate outlet of the reactor by the first slurry line of the hydrate-containing pulp is in communication with the hydrate-containing pulp drive" provide the outlet of the finished hydrate-containing material and its accumulation and storage before transfer to the consumer.
Признаки указывающие, что «водяной выход реактора сообщен со смесителем льда и пресной воды», обеспечивают подвод пресной воды (образующейся при таянии льдосодержащей пульпы в процессе отбора ею тепла от смеси воды и газа, в ходе гидратообразования), необходимой для генерирования льдосодержащей пульпы, при ее смешивании со льдом и измельчении этой смеси.Signs indicating that the "water outlet of the reactor is in communication with the ice and fresh water mixer" provide fresh water (generated when the ice-containing pulp melts during the heat removal from the mixture of water and gas during hydrate formation), which is necessary to generate ice-containing pulp, when mixing it with ice and grinding the mixture.
Признаки, указывающие, что «выход смесителя льда и пресной воды посредством второго пульпопровода льдосодержащей пульпы сообщен со входом накопителя льдосодержащей пульпы», обеспечивают восполнение запасов льдосодержащей пульпы по мере ее расходования из накопителя льдосодержащей пульпы.Signs indicating that “the output of the ice and fresh water mixer through the second slurry conduit of the ice-containing pulp is communicated with the inlet of the ice-containing pulp accumulator”, provide replenishment of the stock of ice-containing pulp as it is consumed from the ice-containing pulp accumulator.
Признаки, указывающие, что «средства отгрузки газогидрата включают пульповый насос и задвижку, установленные на выпускном патрубке накопителя гидратсодержащей пульпы», обеспечивают перегрузку гидратсодержащей пульпы из накопителя в транспортное средство и соответственно перекрытие-открытие канала ее подачи.Signs indicating that "the means of dispatching the gas hydrate include a pulp pump and a valve installed on the outlet pipe of the hydrate-containing pulp accumulator" provide for overloading the hydrate-containing pulp from the accumulator into the vehicle and, accordingly, closing-opening its supply channel.
Признаки, указывающие, что выпускной патрубок накопителя гидратсодержащей пульпы выполнен «с возможностью разъемного соединения с приемным патрубком грузового помещения транспортного средства», обеспечивают загрузку транспортного средства и возможность последующего переноса зоны погрузки в другое помещение транспортного средства.Signs indicating that the outlet pipe of the hydrate-containing pulp accumulator is made "with the possibility of detachable connection with the receiving pipe of the cargo compartment of the vehicle", provide loading of the vehicle and the possibility of subsequent transfer of the loading area to another room of the vehicle.
Признаки, указывающие, что «приемный патрубок грузового помещения транспортного средства снабжен задвижкой», обеспечивают изоляцию грузового помещения транспортного средства после окончания загрузки в него гидратсодержащей пульпы.Signs indicating that “the receiving pipe of the cargo compartment of the vehicle is equipped with a valve” provide isolation of the cargo compartment of the vehicle after loading hydrated pulp into it.
Признаки, указывающие, что «грузовое помещение транспортного средства выполнено с возможностью разъемного соединения с приемным патрубком разгрузочного компрессора», обеспечивают возможность проведения выгрузки газа диссоциацией (разложением) газогидратной пульпы и сжатие этого газа для минимизации объемов хранения. При этом по окончании процесса разгрузки транспортное средство может идти за следующей порцией газогидрата.Signs indicating that “the cargo compartment of the vehicle is removably connected to the discharge pipe of the discharge compressor” provides the possibility of gas unloading by dissociation (decomposition) of gas hydrate pulp and compression of this gas to minimize storage volumes. At the same time, at the end of the unloading process, the vehicle can follow the next portion of gas hydrate.
Признаки, указывающие, что «выход компрессора сообщен с газгольдером», обеспечивают возможность хранения сжатого газа.Signs indicating that “the compressor output is in communication with the gas holder” provide the possibility of storing compressed gas.
Признаки второго и третьего пунктов формулы изобретения обеспечивают эффективность процесса льдогенерирования как процесса определяющего эффективность заявленного способа.The signs of the second and third claims provide the effectiveness of the ice generation process as a process determining the effectiveness of the claimed method.
Признаки четвертого пункта формулы изобретения упрощают решение вопросов обеспечения энергией процесса льдообразования.The signs of the fourth claim simplify the solution of the issues of providing energy to the ice formation process.
Признаки пятого пункта формулы изобретения обеспечивают перемещение льдосодержащей пульпы в случаях невозможности использования ее «самотечной» подачи.The signs of the fifth claim provide for the movement of ice-containing pulp in cases of the impossibility of using its "gravity" feed.
Признаки шестого пункта формулы изобретения обеспечивают перемещение рассола (из отделителя льда от рассола) в случаях невозможности использования его «самотечной» подачи.The signs of the sixth claim ensure the movement of the brine (from the ice separator from the brine) in cases where it is impossible to use its "gravity" feed.
Признаки седьмого пункта формулы изобретения обеспечивают сохранность гидратсодержащей пульпы при ее хранении в накопителе и возможность ее отгрузки в транспортное средство.The signs of the seventh claim provide the safety of hydrated pulp during storage in the drive and the possibility of its shipment to the vehicle.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан фрагмент технологической схемы комплекса оборудования, задействованный на этапах производства газогидратной пульпы и ее отгрузки в транспортное средство; на фиг.2 показан фрагмент технологической схемы комплекса оборудования, задействованный на этапе выгрузки газогидратной пульпы из транспортного средства; на фиг.3 показана диаграмма формирования гидрата; на фиг.4 показана диаграмма состояния газового гидрата природного газа в координатах Р-Т; на фиг.5 дана транспортно-технологическая схема движения газогидратной и льдосодержащей пульпы.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a fragment of the technological scheme of a complex of equipment involved in the stages of production of gas hydrate pulp and its shipment to the vehicle; figure 2 shows a fragment of the technological scheme of the equipment complex involved in the stage of unloading gas hydrate pulp from the vehicle; figure 3 shows a diagram of the formation of hydrate; figure 4 shows a state diagram of a gas hydrate of natural gas in coordinates PT; figure 5 is given a transport-technological scheme of the movement of gas hydrate and ice-containing pulp.
На чертежах показаны:The drawings show:
- узел формирования газогидрата, включающий: реактор 1, его газовый 2 и второй 3 входы, источник природного газа 4, накопитель льдосодержащей пульпы 5, гидратный 6 и водяной 7 выходы реактора, узел хранения газогидрата 8, первый 9 и второй 10 пульповые насосы, рассольный насос 11, турбкомпрессор 12, генератор льда 13, отделитель льда от рассола 14, смеситель льда и рециркуляционной воды 15, источник питательной воды 16, газопровод 17, первый 18 и второй 19 пульпопроводы льдосодержащей пульпы, пульпопровод 20 газогидратной пульпы и пульпопровод 21 льдосодержащей рассольной пульпы, трубопроводы 22-25 соответственно для перекачки рециркуляционной воды, для перекачки рассола, перекачки питательной воды и подачи льда. Запорные и предохранительные клапаны, контрольно-измерительная аппаратура и прочие вспомогательные устройства, необходимые для работы узла формирования газогидрата, обеспечивающие реализацию заявленного способа, на чертежах не показаны;- a gas hydrate formation unit, including: a
- танк 26 транспортного средства, его теплоизоляция 27; насос 28, запорный вентиль 29 патрубка 30, запорный вентиль 31 газопровода 32;-
- средства выгрузки газа, включающие компрессор 33, газгольдер 34.- gas discharge means, including a compressor 33, a
В качестве реактора 1 используют теплоизолированный резервуар, выдерживающий давление более 10 бар, снабженный соответствующей запорной арматурой и контрольно-измерительной аппаратурой.As
Кроме того, на чертежах показаны газогидратный завод 35, направление 36 транспортирования газогидратной пульпы, направление 37 транспортирования льдосодержащей пульпы, регазификационный завод 38.In addition, the drawings show a
Источник природного газа 4 (например, магистральный газопровод) сообщен газопроводами 17 с газовым входом 2 реактора 1 и газовой турбиной (не показана), обеспечивающей работу турбокомпрессора 12.A source of natural gas 4 (for example, a gas main) is connected by gas pipelines 17 with a
Второй вход 3 реактора 1 сообщен первым пульпопроводом 18 (через первый пульповый насос 9) с выходом источника льдосодержащей пульпы 5.The
Гидратный выход 6 реактора 1 сообщен пульпопроводом 20 с узлом хранения газогидрата 8.The hydrate outlet 6 of the
Водяной выход 7 реактора 1 сообщен трубопроводом 22 со смесителем льда и рециркуляционной воды 15, выход которого вторым пульпопроводом 19 (через второй пульповый насос 10) сообщен со входом накопителя льдосодержащей пульпы 5.The water outlet 7 of the
В качестве накопителя льдосодержащей пульпы 5 использован теплоизолированный резервуар.As a drive ice-containing pulp 5 used insulated tank.
В качестве узла хранения газогидрата 8 использован теплоизолированный резервуар (или несколько резервуаров), выполненных с возможностью сохранения термодинамического равновесия хранимой в них газогидратной пульпы (при давлении 1 МПа) и снабженных средствами отгрузки материала потребителю.As a gas
В качестве генератора льда 13 применяют вакуумный льдогенератор, предпочтительно марки IDE Tech, с приводом от турбкомпрессора 12. Конструктивно он представляет собой полый резервуар, заполненный морской водой, агрегатированный с турбокомпрессором 12 (вакуумный выход которого выходит в полость этого резервуара),что позволяет создать в резервуаре вакуум, равный по величине давлению тройной точки морской воды.As an ice generator 13, a vacuum ice generator is used, preferably of the IDE Tech brand, driven by a
В данном вакуумном льдогенераторе холодильный коэффициент равен 12 при температуре кипения -3°С и конденсации +6°С, в то время как аммиачная холодильная установка при температуре конденсации +6 С имеет холодильный коэффициент не более 5, т.к. должна иметь температуру кипения -10°С (по причине того, что в испарителе невозможно обеспечить прямой контакт кипящего аммиака и кристаллизующейся морской воды). Дополнительное преимущество вакуумного льдогенератора перед традиционными заключается в применении турбокомпрессора, который использует в качестве энергоносителя природный газ, что позволяет при производстве газогидратных пульп значительно снизить расход электроэнергии.In this vacuum ice maker, the refrigeration coefficient is 12 at a boiling point of -3 ° C and condensation + 6 ° C, while an ammonia refrigeration unit at a condensation temperature of +6 C has a refrigeration coefficient of not more than 5, because must have a boiling point of -10 ° C (due to the fact that in the evaporator it is impossible to provide direct contact of boiling ammonia and crystallized sea water). An additional advantage of vacuum ice makers over traditional ones is the use of a turbocompressor, which uses natural gas as an energy carrier, which can significantly reduce energy consumption in the production of gas hydrate pulps.
Вход генератора льда 13 сообщен трубопроводом 24 с источником питательной воды 16, в качестве которого используют водозаборник морской воды известной конструкции.The input of the ice generator 13 is communicated by a pipe 24 with a source of
В качестве отделителя льда от рассола 14 используют известное устройство аналогичного назначения, производительность которого соответствует производительности установки.As a separator of ice from brine 14 using a known device for a similar purpose, the performance of which corresponds to the performance of the installation.
Танк 26 транспортного средства выполнен в виде теплоизолированного резервуара, выдерживающего давление более 10 атм (1МПа) и является железнодорожной, автомобильной цистерной или танком морского или речного танкера. Его теплоизоляция 27 выполнена как слой пенополиуретана толщиной порядка 100 мм. Насос 28 установлен на патрубке 30 и отделен от полости танка 26 запорным вентилем 29. Кроме того, танк 26 снабжен предохранительным клапаном, выполненным известным образом (не показан), с возможностью аварийного сброса газа или газогидратной пульпы.The
Для обеспечения отгрузки гидратсодержащей пульпы из узла хранения газогидрата 8 в танк 26 транспортного средства, используют гибкий теплоизолированный трубопровод, выполненный известным образом с возможностью разъемного соединения узла хранения газогидрата 8 и танка 26 (не показан).To ensure the shipment of hydrate-containing pulp from the gas
Для обеспечения разгрузки танка 26 (отвода из него газа) используют аналогичный гибкий теплоизолированный газопровод, выполненный известным образом с возможностью разъемного соединения газопровода 32 танка 26 и компрессора 33 (не обозначен).To ensure the unloading of the tank 26 (removal of gas from it), a similar flexible thermally insulated gas pipeline is used, made in a known manner with the possibility of detachable connection of the gas pipeline 32 of the
Компрессор 33 и газгольдер 34 связаны газопроводом, выполненным известным образом, при этом газгольдер выполнен известным образом и рассчитан на соответствующее давление.The compressor 33 and the
Продукты разделения льдосодержащей рассольной пульпы на пресный лед и рассол используют следующим образом - лед самотеком по трубопроводу 25 сбрасывают в смеситель льда и рециркуляционной воды 15, а рассол, концентрация солей в котором выше, чем в исходной морской воде, либо сбрасывают в море, либо, как показано на чертеже, по трубопроводу 23 возвращают в генератор льда 13.The products of separation of ice-containing brine pulp into fresh ice and brine are used as follows - gravity ice is discharged by pipeline 25 into an ice and recirculation water mixer 15, and brine, the salt concentration in which is higher than in the original sea water, is either discharged into the sea, or, as shown, the pipe 23 is returned to the ice generator 13.
Формирование гидрата проходит на линиях формирования гидрата (фиг.3), которые отделены от линии равновесия гидрат-газ-вода зонами метастабильного состояния (а-б, г-д, ж-з).The hydrate formation takes place on the hydrate formation lines (Fig. 3), which are separated from the equilibrium line of hydrate-gas-water by zones of metastable state (a-b, g-d, g-h).
В генераторе газогидратной пульпы (фиг.1) из раствора природного газа (ПГ: метан - 90%, этан - 5%, пропан - 3%) в воде образуется гидрат природного газа (ГПГ). Точки а, г, ж (фиг.3) соответствуют состоянию равновесия системы «гидрат-газ-вода», причем это состояние не может перейти в процесс гидратообразования (а-б, г-д, ж-з) до тех пор, пока к системе не будет приложена определенного значения «движущая сила» гидратообразования (Потенциал Гиббса G, химический потенциал Δµ, переохлаждение Δt, пересыщение σ=Δµ/RT). Все частные случаи проявления движущей силы зарождения и роста новой фазы объединяет потенциал Гиббса, при отрицательных значениях которого возможно прохождение всех фазовых переходов). Известно, что при всех прочих равных условиях процесс гидратообразования начинается раньше и проходит быстрее при наличии в воде различных механических включений, пузырьков газа или молекулярных комплексов-ассоциатов, которые всегда являются центрами образования новой фазы, в данном случае гидратной (гетерогенное зарождение). Начало процесса гидратообразования совпадает с достижением фигуративной точки системы газ-вода спинодали (фиг.3). Удаление от линии равновесия в область устойчивого состояния гидрата иллюстрирует повышение «движущей силы» гидратообразования. В данном случае «движущая сила» гидратообразования представлена переохлаждением системы газ-вода (температурный градиент переохлаждения ΔtПЕРЕОХЛ=tа-tб; tг-tд; tж-tз) по отношению к равновесному состоянию (точки а, г, ж на фиг.3). При этом очевидно, что при снижении температуры системы газ-вода до одинакового значения (например до -0,2°С) градиент, выраженный в переохлаждении, при различных давлениях будет различным. Это позволяет снизить в газогидратном генераторе давление и соответственно энергозатраты, имея высокий потенциал градиента гидратообразования, полученный за счет межфазного теплообмена, резко снижающего температурный градиент между растущими частицами гидрата и хладоносителем и соответственно повышающего градиент переохлаждения ΔtПЕРЕОХЛ.In a gas hydrate pulp generator (FIG. 1), a natural gas hydrate (GPG) is formed in water from a solution of natural gas (GH: methane - 90%, ethane - 5%, propane - 3%) in water. The points a, d, g (Fig. 3) correspond to the equilibrium state of the "hydrate-gas-water" system, and this state cannot go into the hydrate formation process (a-b, g-d, g-h) until no specific “driving force” of hydrate formation will be applied to the system (Gibbs potential G, chemical potential Δµ, supercooling Δt, supersaturation σ = Δµ / RT). All special cases of the manifestation of the driving force behind the nucleation and growth of a new phase are united by the Gibbs potential, at negative values of which the passage of all phase transitions is possible). It is known that, ceteris paribus, the hydrate formation process begins earlier and proceeds faster if various mechanical inclusions, gas bubbles, or molecular complexes-associates are always in the water, which are always the centers of formation of a new phase, in this case hydrated (heterogeneous nucleation). The beginning of the hydrate formation process coincides with the achievement of the figurative point of the spinodal gas-water system (Fig. 3). The distance from the equilibrium line to the region of a stable state of hydrate illustrates the increase in the "driving force" of hydrate formation. In this case, the “driving force” of hydrate formation is represented by supercooling of the gas-water system (temperature gradient of supercooling Δt OVER = t a -t b ; t g -t d ; t w -t z ) with respect to the equilibrium state (points a, g, g in figure 3). It is obvious that when the temperature of the gas-water system decreases to the same value (for example, to -0.2 ° C), the gradient expressed in supercooling will be different at different pressures. This makes it possible to reduce the pressure and, accordingly, energy consumption in the gas hydrate generator, having a high hydration gradient potential obtained due to interphase heat transfer, which sharply reduces the temperature gradient between the growing hydrate particles and the coolant and, accordingly, increases the supercooling gradient Δt OVERCOOL .
Кроме создания градиента, обеспечивающего прохождение процесса гидратообразования в системе газ-вода, необходимо обеспечить отведение теплоты гидратообразования, которая для гидрата метана равна 410 кДж/кг.In addition to creating a gradient that ensures hydrate formation in the gas-water system, it is necessary to ensure the removal of hydration heat, which for methane hydrate is 410 kJ / kg.
В процессе гидратообразования одновременно с формированием частиц гидрата проходит их диссоциация, обусловленная локальными температурными флуктуациями, которые всегда сопровождают экзотермические фазовые переходы. Они возникают из-за невозможности эффективного отведения теплоты от каждой зарождающейся и растущей частицы новой фазы в связи с их удаленностью от теплообменной поверхности. Статистическая и молекулярная физика вводят как параметр интенсивности роста или разрушения какой либо фазы показатель превышения интенсивности одного процесса над другим или их равенства при равенстве возникающих и исчезающих частиц новой фазы в единицу времени (динамическое равновесие). Очевидно, что при бесконечно большой интенсивности отвода теплоты от каждой зарождающейся и растущей частицы гидрата величина температурных флуктуаций и соответственно количество диссоциаций отдельных частиц гидрата в единицу времени будет стремиться к нулю, при этом энергетическая эффективность процесса гидратообразования будет стремиться к своему теоретическому максимуму.In the process of hydrate formation, simultaneously with the formation of hydrate particles, their dissociation proceeds due to local temperature fluctuations that always accompany exothermic phase transitions. They arise due to the impossibility of efficient heat removal from each nucleating and growing particle of a new phase due to their remoteness from the heat exchange surface. Statistical and molecular physics introduce, as a parameter of the intensity of growth or destruction of any phase, an indicator of the excess of the intensity of one process over another or their equality when the emerging and disappearing particles of a new phase are equal per unit time (dynamic equilibrium). Obviously, at infinitely high intensity of heat removal from each nascent and growing hydrate particle, the temperature fluctuations and, correspondingly, the number of dissociations of individual hydrate particles per unit time will tend to zero, while the energy efficiency of the hydrate formation process will tend to its theoretical maximum.
В используемом газогидратном генераторе теплота, выделяемая образующимися частицами газогидрата, отводится от них сопоставимыми по размеру и находящимися в непосредственной близости к ним (в т.ч. в контакте) частицами льдосодержащей пульпы. При этом интенсивность обеспеченного таким образом межфазного теплообмена (коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2*К) между поверхностью растущих частиц гидрата и плавящихся частиц водного льда размером 3…5 мкм достигает 3000…5000 Вт/м2*К, что по эффекту сопоставимо с погружением частиц гидрата в кипящий Фреон-22.In the gas hydrate generator used, the heat generated by the generated gas hydrate particles is removed from them by comparable size and located in close proximity to them (including in contact) particles of ice-containing pulp. Moreover, the intensity of interphase heat transfer thus ensured (heat transfer coefficient α, W / m 2 * K) between the surface of growing hydrate particles and melting water ice particles of 3 ... 5 μm in size reaches 3000 ... 5000 W / m 2 * K, which is comparable in effect with immersion of hydrate particles in boiling Freon-22.
Причина столь значительного влияния размеров кристаллов льдосодержащей пульпы на скорость их плавления и, в конечном счете, на интенсивность теплоотвода от растущих частиц гидрата заключается в том, что в термически тонких телах, при расстоянии от их термического центра до поверхности (R) порядка 5…10 мкм, скорость изменения температуры внутри объекта не зависит от теплопроводности, а определяется его размерами.The reason for such a significant effect of the sizes of ice-containing pulp crystals on their melting rate and, ultimately, on the heat removal rate from growing hydrate particles is that in thermally thin bodies, at a distance from their thermal center to the surface (R) of the order of 5 ... 10 microns, the rate of change of temperature inside the object does not depend on thermal conductivity, but is determined by its size.
При значении безразмерного времени Fo=4 (для числа Bi=0,1) фактическое время прохождения процесса плавления кристалла водного льда размером 100 мкм составляет 0,2 секунды, а размером 5 мкм - 4*10-4 секундWhen the dimensionless time is Fo = 4 (for the number Bi = 0.1), the actual transit time of the process of melting a water-ice crystal with a size of 100 μm is 0.2 seconds, and with a size of 5 μm - 4 * 10 -4 seconds
Таким образом, при зарождении и росте частиц гидрата в окружении частиц водного льда величина локальных температурных флуктуации будет сведена к своему теоретическому минимуму и практически будет равна нулю.Thus, during the nucleation and growth of hydrate particles surrounded by particles of water ice, the value of local temperature fluctuations will be reduced to its theoretical minimum and practically equal to zero.
При этом частицы водного льда одновременно служат центрами зарождения новой фазы газового гидрата, обеспечивая гетерогенный механизм роста частиц гидрата, т.к. на них адсорбируются пузырьки природного газа, являющиеся компонентом гидрата. При зарождении частицы гидрата начинают выделять тепловую энергию, которая тотчас поглощается плавящимися частицами водного льда, присутствующими непосредственно в месте зарождения гидрата. Равномерность распределения частиц водного льда и гидрата достигается постоянным подводом в реактор водоледяной пульпы и отводом рециркуляционной воды (фиг.1).In this case, water ice particles simultaneously serve as centers of nucleation of a new phase of gas hydrate, providing a heterogeneous mechanism for the growth of hydrate particles, since natural gas bubbles are adsorbed on them, which are a component of the hydrate. Upon nucleation, hydrate particles begin to release thermal energy, which is immediately absorbed by the melting particles of water ice present directly at the hydrate nucleation site. The uniform distribution of particles of water ice and hydrate is achieved by a constant supply of ice-water pulp to the reactor and recirculation of recirculated water (Fig. 1).
В прототипе использован принцип теплоотвода за счет прямого контакта образующихся частиц гидрата с однофазным хладоносителем (циркуляционной водой), который для выполнения функции хладоносителя охлаждают. Его недостаток - малая удельная хладоемкость всех однофазных хладоносителей, и в т.ч. воды (теплоемкость воды равна 4,19 кДж/кг*К, что при температурном перепаде в теплообменном аппарате в 5°С позволяет отвести от объекта охлаждения одним килограммом хладоносителя 21 кДж теплоты - Q=cmΔt=4,19*1*5=21 кДж, в то время как плавление льдосодержащей пульпы при 30-%-ной концентрации в ней частиц водного льда позволяет отвести одним килограммом пульпы от объекта охлаждения 110 кДж теплоты - Q=0,3*r*m=0,3*335*1=110 кДж).The prototype uses the principle of heat removal due to direct contact of the formed hydrate particles with a single-phase coolant (circulating water), which is cooled to perform the function of a coolant. Its disadvantage is the low specific cold storage capacity of all single-phase refrigerant carriers, including water (the heat capacity of water is 4.19 kJ / kg * K, which, when the temperature difference in the heat exchanger is 5 ° C, allows 21 kg of heat to be removed from the cooling object with one kilogram of coolant - Q = cmΔt = 4.19 * 1 * 5 = 21 kJ, while melting an ice-containing pulp at a 30% concentration of water ice particles in it allows one kilogram of pulp to remove 110 kJ of heat from the cooling object - Q = 0.3 * r * m = 0.3 * 335 * 1 = 110 kJ).
Теплота гидратообразования природного газа составляет 410 кДж/кг, а теплота плавления водного льда 335 кДж/кг.The heat of hydrate formation of natural gas is 410 kJ / kg, and the heat of fusion of water ice is 335 kJ / kg.
Низкий температурный градиент между образующимся газогидратом и плавящимся водным льдом является главным фактором энергоэффективности процесса формирования газогидрата. При применении теплообменных аппаратов контактного типа самых современных конструкций температурный перепад между средами равен 9°С (при использовании в аммиака), 12°С - для фреонов, в то время как применение эффекта межфазного теплообмена посредством применения в качестве хладоносителя пульп позволяет снизить температурный перепад (расстояние б-в; д-е; з-и, фиг.2) до -0,2°С. В этом случае точки а, г, ж (фиг.3) сместятся на изотерму -0,2°С, а расстояние а-б; г-д; ж-з (температурный градиент ΔtПЕРЕОХЛ, как «движущая сила» гидратообразования) увеличится до своего максимально возможного значения. Очевидно, что снижение температурного градиента между образующимися частицами гидрата и хладоносителем увеличивает градиент гидратообразования (переохлаждение системы газ-вода ΔtПЕРЕОХЛ относительно равновесных температур t1, t4, t7, фиг.3). Увеличение «движущей силы» гидратообразования снижает время задержки зарождения частиц гидрата и соответственно увеличивает производительность процесса генерирования газогидратной пульпы.The low temperature gradient between the resulting gas hydrate and melting water ice is the main factor in the energy efficiency of the gas hydrate formation process. When using contact-type heat exchangers of the most modern designs, the temperature difference between the media is 9 ° С (when used in ammonia), 12 ° С - for freons, while the application of the effect of interphase heat exchange by using pulps as a coolant can reduce the temperature difference ( distance b-c; d-e; s-i, Fig. 2) to -0.2 ° C. In this case, the points a, d, g (Fig. 3) will shift to the isotherm of -0.2 ° C, and the distance a-b; gd; gh (temperature gradient Δt OVERHEAD , as the "driving force" of hydrate formation) will increase to its maximum possible value. It is obvious that a decrease in the temperature gradient between the hydrate particles formed and the coolant increases the hydrate formation gradient (supercooling of the gas-water system Δt OVERCOOL relative to the equilibrium temperatures t 1 , t 4 , t 7 , Fig. 3). An increase in the “driving force” of hydrate formation reduces the delay time for the nucleation of hydrate particles and, accordingly, increases the productivity of the process of generating hydrated pulp.
Дополнительным фактором, повышающим эффективность процесса гидратообразования, является бесконечно большая площадь теплообмена между бесконечно большим количеством термически тонких тел (частиц гидрата и водного льда), что является причиной поддержания высоких значений теплового потока между растущими частицами гидрата и плавящимися частицами водного льда при температурном градиенте между ними, практически равном нулю.An additional factor increasing the hydrate formation process is the infinitely large heat exchange area between an infinitely large number of thermally thin bodies (hydrate particles and water ice), which is the reason for maintaining high heat flux between growing hydrate particles and melting water ice particles at a temperature gradient between them practically equal to zero.
При генерировании льда морская вода начинает отвердевать при температуре -2°С и давлении 420 Па (температура кипения - отвердевания снижается до -3°С при вымораживании из воды 30% твердой фазы, и до -5°С при вымораживании 50% твердой фазы), при этом лед представляет собой химически чистую воду в твердом агрегатном состоянии. Полученный в полости вакуумного льдогенератора водный лед образует с жидкой фазой раствора льдосодержащую рассольную пульпу, которая передается на отделитель льда от рассола. После разделения льдосодержащей рассольной пульпы на пресный лед и рассол лед самотеком подают в смеситель льда и рециркуляционной воды 15, а рассол либо сбрасывают в море, либо возвращают в генератор льда 13.When ice is generated, seawater begins to solidify at a temperature of -2 ° С and a pressure of 420 Pa (the boiling point of solidification decreases to -3 ° С when freezing 30% of the solid phase from water, and to -5 ° С when freezing 50% of the solid phase) while ice is chemically pure water in a solid state of aggregation. The water ice obtained in the cavity of the vacuum ice maker forms an ice-containing brine pulp with the liquid phase of the solution, which is transferred to the ice separator from the brine. After separation of the ice-containing brine pulp into fresh ice and brine, the ice is gravity fed into the ice and recirculation water mixer 15, and the brine is either dumped into the sea or returned to the ice generator 13.
Льдосодержащая пульпа, включающая дисперсный лед (до 50% от объема пульпы) и пресную воду, аккумулируется в накопителе 5, откуда закачивается насосом в генератор газогидратной пульпы. В генераторе газогидратной пульпы частицы водного льда плавятся в процессе отвода теплоты от образующихся частиц гидрата и в виде рециркуляционной воды удаляются насосом в смеситель льда и рециркуляционной воды 15.Ice-containing pulp, including dispersed ice (up to 50% of the pulp volume) and fresh water, is accumulated in the accumulator 5, from where it is pumped into the gas hydrate pulp generator. In a gas hydrate pulp generator, water ice particles melt during heat removal from the resulting hydrate particles and are removed as a recirculation water by a pump into an ice and recirculation water mixer 15.
Готовая газогидратная пульпа накапливается в узле хранения газогидрата 8, откуда отгружается в танк 26 транспортного средства с помощью насоса 28, установленного на патрубке 30 танка (при открытом запорном вентиле 29). В соответствии с действующими нормами и правилами загрузка танка 26 не превышает 80% его объема. Давление в танке 26 поднимают до 1 МПа, например, закачкой природного газа при соответствующем давлении. После этой операции и отключения танка 26 от узла хранения газогидрата 8, в т.ч. и перекрытия запорного вентиля 29 патрубка 30, танк 26 оказывается подготовлен к транспортированию. При давлении 1 МПа и температуре порядка +2…+3°С (точка 1, фиг.4), обеспечиваемой «работой» теплоизоляции 27, газогидратная пульпа сохраняет достаточную для практического применения стабильность.The finished gas hydrate pulp is accumulated in the gas
По прибытии транспортного средства на регазификационный завод 38 газопровод 32 танка 26 подключают через компрессор 33 к газгольдеру 34. Далее открывают запорный вентиль 31, и посредством компрессора 33 начинают откачку газовой подушки из танка 26 с переброской газа в газгольдер 34. Вследствие этого давление в танке 26 снижается до атмосферного (процесс 1-2), в результате чего частицы гидрата, входящие в состав пульпы, начинают диссоциировать на воду и свободный газ (точка 3).Upon arrival of the vehicle at the
Для того чтобы диссоциация гидрата проходила непрерывно, необходимо к его частицам непрерывно подводить тепловую энергию от какого либо источника, при этом сама пульпа содержит в себе сразу два источника тепловой энергии (теплота, заключенная в частицах самого гидрата и в жидкой фазе пульпы).In order for hydrate dissociation to proceed continuously, it is necessary to continuously supply thermal energy to its particles from a source, while the pulp itself contains two sources of thermal energy (the heat contained in the particles of the hydrate itself and in the liquid phase of the pulp).
Теплота, заключенная в частицах гидрата, численно равна произведению температурного превышения гидрата над температурой термодинамического равновесия (-70°С) на изобарную теплоемкость гидрата (2,7 кДж/кг*К) (см. Макогон Ю.Ф., Гидраты природных газов, М., 1974).The heat contained in the hydrate particles is numerically equal to the product of the temperature excess of the hydrate over the temperature of thermodynamic equilibrium (-70 ° C) and the isobaric heat capacity of the hydrate (2.7 kJ / kg * K) (see Makogon Yu.F., Natural gas hydrates, M., 1974).
Q=CpmΔt=2,7*1*75=200 кДж/кг.Q = C p mΔt = 2.7 * 1 * 75 = 200 kJ / kg.
Таким образом, снижение давления в газогидратной пульпе до атмосферного запускает механизм диссоциации гидрата за счет теплоты, содержащейся внутри самого гидрата (200 кДж/кг). Эндотермический процесс диссоциации, в свою очередь, приводит к снижению температуры частиц гидрата, которое будет продолжаться до тех пор, пока температура частиц гидрата не достигнет равновесной температуры (точка 4, фиг.4). Однако для развития такого сценария необходимо, чтобы частицы гидрата были каким-либо образом изолированы от окружающей их воды. Т.к. частицы гидрата являются частью мелкодисперсной системы вода-гидрат, т.е. пульпы, то при снижении температуры гидрата ниже температуры жидкой фазы пульпы, начнется теплообмен, в результате которого возникнет тепловой поток от жидкости к частицам гидрата. После достижения гидратом температуры 0°С (точка 3, фиг.4), а вернее -0,2°С, начнется отвердевание жидкой фазы пульпы (т.е. воды) с выделением тепловой энергии в количестве 335 кДж/кг. Очевидно, что после диссоциации газогидратной пульпы на ее месте образуется другая пульпа - льдосодержащая, при этом количество частиц водного льда в льдосодержащей пульпе будет больше, чем частиц гидрата в газогидратной пульпе, на 18% (410-335/410=0,18), а именно 50%, т.к. частицы гидрата потребляют больше тепловой энергии при диссоциации, (410 кДж/кг), чем жидкая вода выделяет при отвердевании (335 кДж/кг). При этом свободный природный газ, выделившийся из гидрата при его диссоциации удаляется компрессором из танка в резервуары хранения.Thus, reducing the pressure in the gas hydrate pulp to atmospheric triggers the hydrate dissociation mechanism due to the heat contained within the hydrate itself (200 kJ / kg). The endothermic process of dissociation, in turn, leads to a decrease in the temperature of the hydrate particles, which will continue until the temperature of the hydrate particles reaches equilibrium temperature (
Льдосодержащая пульпа, оставшаяся в танке 26 после удаления высвобожденного природного газа, отправляется к месту производства газогидратной пульпы для минимизации расхода электроэнергии на генерирование льда (для производства льдосодержащей пульпы).The ice-containing pulp remaining in the
Таким образом, диссоциация гидрата природного газа на регазификационном заводе возможна без подвода тепловой энергии к газогидратной пульпе извне. Более того, полученная льдосодержащая пульпа возвращается для производства газогидрата, где частицы водного льда при плавлении отведут теплоту гидратообразования от вновь получаемой газогидратной пульпы в количестве 168 кДж/кг (0,5*335 кДж/кг), что составляет до 40% от количества теплоты, которое необходимо отвести при образовании гидрата (168/410=0,41).Thus, the dissociation of natural gas hydrate in a regasification plant is possible without supplying thermal energy to the gas hydrate pulp from the outside. Moreover, the obtained ice-containing pulp is returned for the production of gas hydrate, where the particles of water ice during melting will remove the heat of hydration from the newly obtained gas hydrate pulp in the amount of 168 kJ / kg (0.5 * 335 kJ / kg), which is up to 40% of the amount of heat , which must be removed during the formation of the hydrate (168/410 = 0.41).
При возврате льдосодержащей пульпы на газогидратный завод в цилиндрических танках, теплоизолированных слоем пенополиуретана толщиной 100 мм (коэффициент теплопередачи К=0,25 Вт/м2К), потери льда за сутки составятWhen returning an ice-containing pulp to a gas hydrate plant in cylindrical tanks thermally insulated with a layer of polyurethane foam 100 mm thick (heat transfer coefficient K = 0.25 W / m2K), the ice loss per day will be
Q=K*F*Δt*τ=0,25*1200*20*24*3600=520000000 Дж,Q = K * F * Δt * τ = 0.25 * 1200 * 20 * 24 * 3600 = 520000000 J,
m=Q/r=520000000/335000=1550 кг/сут.m = Q / r = 520000000/335000 = 1550 kg / day.
что составляет 0,15% в сутки от транспортируемого льда. Заявленное устройство обеспечивает доставку природного газа потребителю нетрубопроводным транспортом в резервуарах под избыточным давлением 10 кг/см2, что более безопасно по сравнению с ныне применяемыми решениями.which is 0.15% per day of the transported ice. The claimed device ensures the delivery of natural gas to the consumer by non-pipelined transport in tanks under an overpressure of 10 kg / cm 2 , which is safer than the currently used solutions.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012135230/04A RU2520220C2 (en) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Complex for natural gas supply to consumer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012135230/04A RU2520220C2 (en) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Complex for natural gas supply to consumer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012135230A RU2012135230A (en) | 2014-02-27 |
| RU2520220C2 true RU2520220C2 (en) | 2014-06-20 |
Family
ID=50151483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012135230/04A RU2520220C2 (en) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Complex for natural gas supply to consumer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2520220C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2567394C1 (en) * | 2014-04-24 | 2015-11-10 | Закрытое акционерное общество "Кондор-Эко" | Method of obtaining gaseous methane |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536893A (en) * | 1994-01-07 | 1996-07-16 | Gudmundsson; Jon S. | Method for production of gas hydrates for transportation and storage |
| CA2306461A1 (en) * | 1997-10-14 | 1999-04-22 | Roland Bernard Saeger | Method and apparatus for producing gas hydrates |
| CA2368020A1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-28 | Mark Raymond Taylor | Formation, processing, transportation and storage of hydrates |
| JP4488769B2 (en) * | 2004-03-02 | 2010-06-23 | 三井造船株式会社 | Hydrate generation method and generation apparatus |
| JP4822093B2 (en) * | 2004-12-24 | 2011-11-24 | 学校法人慶應義塾 | Hydrate continuous generation simulation method |
| RU2457010C1 (en) * | 2010-11-17 | 2012-07-27 | Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики Уральского отделения РАН | Method of obtaining gas hydrates |
-
2012
- 2012-08-16 RU RU2012135230/04A patent/RU2520220C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536893A (en) * | 1994-01-07 | 1996-07-16 | Gudmundsson; Jon S. | Method for production of gas hydrates for transportation and storage |
| CA2306461A1 (en) * | 1997-10-14 | 1999-04-22 | Roland Bernard Saeger | Method and apparatus for producing gas hydrates |
| CA2368020A1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-28 | Mark Raymond Taylor | Formation, processing, transportation and storage of hydrates |
| GB2348437A (en) * | 1999-03-24 | 2000-10-04 | Bg Intellectual Pty Ltd | Formation, processing, transportation and storage of solid gas hydrates |
| JP4488769B2 (en) * | 2004-03-02 | 2010-06-23 | 三井造船株式会社 | Hydrate generation method and generation apparatus |
| JP4822093B2 (en) * | 2004-12-24 | 2011-11-24 | 学校法人慶應義塾 | Hydrate continuous generation simulation method |
| RU2457010C1 (en) * | 2010-11-17 | 2012-07-27 | Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики Уральского отделения РАН | Method of obtaining gas hydrates |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012135230A (en) | 2014-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5334576B2 (en) | Method of treating a gas stream using a clathrate hydrate generation and dissociation module | |
| JP5890748B2 (en) | Liquid hydrogen production equipment | |
| RU2583172C2 (en) | Method of re-liquefying boil-off gas generated in storage tanks of liquid hydrogen | |
| US3365898A (en) | Method for transporting gas | |
| RU2496048C1 (en) | Method to deliver natural gas to consumer | |
| JP2003105362A (en) | Method and system for formation of natural gas hydrate | |
| CN107620863B (en) | The re-liquefied system of one kind liquefaction hydro carbons BOG peculiar to vessel and technique | |
| RU2520220C2 (en) | Complex for natural gas supply to consumer | |
| JP3810310B2 (en) | Gas hydrate handling method and apparatus | |
| JP2005220946A (en) | Hydrogen transportation system | |
| RU2500950C1 (en) | Preparation method of natural gas for transportation | |
| WO2011142115A1 (en) | Hydrogen gas liquefaction method and hydrogen gas liquefaction plant | |
| RU125093U1 (en) | COMPLEX FOR DELIVERY OF NATURAL GAS TO CONSUMER | |
| JP2003285791A (en) | Gas hydrate pellet transport ship | |
| CN104611080A (en) | An integrated utilization device and a method for natural gas hydrate slurry | |
| RU2498153C1 (en) | Device to prepare natural gas for transportation | |
| JP2006002000A (en) | Methane hydrate generation device and methane gas supply system | |
| JP2006241188A (en) | Natural gas hydrate formation system and its formation method | |
| RU2505742C1 (en) | Device for natural gas delivery | |
| RU126804U1 (en) | DEVICE FOR TRANSPORTING NATURAL GAS | |
| RU2504712C1 (en) | Method of natural gas delivery | |
| US11143441B2 (en) | Closed loop refrigeration system | |
| RU125296U1 (en) | DEVICE FOR PREPARATION OF NATURAL GAS FOR TRANSPORT | |
| WO2013184410A2 (en) | Fluid recovery in chilled clathrate transportation systems | |
| JP2007238850A (en) | Method and apparatus for forming gas hydrate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150817 |