RU2536755C1

RU2536755C1 - Compressed natural gas filling method

Info

Publication number: RU2536755C1
Application number: RU2013133233/06A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Давидович Гайдт; Олег Леонидович Мишин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Екатеринбург"
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2014-12-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: natural gas (NG) from the main pipeline 1 (MP) with pressure of about 25-90 kgf/cm² is delivered to pressure-reducing valve 2 subjecting it to adiabatic expansion with perfection of external work. During expansion part of NG is converted to liquefied natural gas (LNG), which is poured to cryogenic storage 3. LNG is transported to the fuelling area in an isothermal vessel 7 in a gas carrier 5. At the fuelling area LNG is regasified in atmospheric regasificator 8 until compressed natural gas is obtained for filling of the consumer's 10 gas bottle 11.

EFFECT: reducing the consumer's own costs of filling with compressed natural gas by simplification of technology, reduction of power costs for production of compressed natural gas and increase of LNG transportation efficiency.

5 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технологии заправки потребителя, например, автомобиля, тепловоза и т.п., компримированным природным газом (КПГ).The present invention relates to a technology for refueling a consumer, for example, a car, diesel locomotive, etc., compressed natural gas (CNG).

Известен способ заправки по патенту РФ №79973, в котором КПГ доставляют к месту заправки потребителя при помощи автогазозаправщика с многоярусным пакетом газовых баллонов, сгруппированных в секции. К недостаткам указанного способа относится его невысокая эффективность, так как основная часть грузоподъемности шасси заправщика (до 90%) и расходуемого им моторного топлива расходуется на перевозку баллонов. Автогазозаправщик обладает низким коэффициентом опорожнения (коэффициентом полезного использования перевозимого газа). Конечное давление заправки транспортного средства снижается при каждой последующей заправке. Известен способ получения КПГ по патенту РФ №2262645, в котором природный газ (ПГ) отбирают из сетей при давлении 2-12 кгс/см² и компримируют до давления 220-250 кгс/см². При этом способе КПГ необходимо охлаждать, отделяя попутную жидкую фазу. К недостаткам данного способа следует отнести высокую стоимость полученного КПГ, так как сетевой газ дороже магистрального. Кроме того, для реализации данного способа необходимо применять компрессор, охладитель и другое оборудование, что также повышает стоимость КПГ.There is a known method of filling according to the patent of the Russian Federation No. 79973, in which CNG is delivered to the consumer’s gas station using a gas tanker with a multi-tiered package of gas cylinders grouped in sections. The disadvantages of this method include its low efficiency, since the bulk of the loading capacity of the refueling chassis (up to 90%) and the motor fuel consumed by it is spent on the transportation of cylinders. A gas tanker has a low emptying rate (the utilization rate of the transported gas). The final refueling pressure of the vehicle decreases with each subsequent refueling. A known method of producing CNG according to RF patent No. 2262645, in which natural gas (GHG) is taken from networks at a pressure of 2-12 kgf / cm ² and compressed to a pressure of 220-250 kgf / cm ² . With this method, the CNG must be cooled, separating the associated liquid phase. The disadvantages of this method include the high cost of the obtained CNG, since the network gas is more expensive than the main gas. In addition, to implement this method, it is necessary to use a compressor, a cooler and other equipment, which also increases the cost of CNG.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является, на наш взгляд, способ заправки КПГ по патенту РФ №2211996 - прототип. В указанном способе природный газ отбирают из магистрального газопровода (МГ) при давлении порядка 90 кг/см², компримируют до нужного давления (220-250 кгс/см²), перевозят полученный КПГ на газовозе до газонаполнительной станции (ГНС), где КПГ закачивают в газовые аккумуляторы станции. Потребителя заправляют КПГ сначала непосредственно из аккумуляторов ГНС, затем производят дозаправку до более высокого давления при помощи дожимного компрессора.Closest to the proposed invention is, in our opinion, a method of refueling CNG according to the patent of the Russian Federation No. 2211996 - prototype. In this method, natural gas is taken from the main gas pipeline (MG) at a pressure of about 90 kg / cm ² , compressed to the desired pressure (220-250 kgf / cm ² ), the resulting CNG is transported on a gas carrier to a gas filling station (GNS), where CNG is pumped into gas station batteries. The consumer is charged with CNG first directly from the GNS accumulator, then they are refueled to a higher pressure with the help of a booster compressor.

К недостаткам прототипа следует отнести сравнительно высокую себестоимость заправки, в которой существенную часть занимают расходы на производство КПГ и его транспортирование до ГНС, которая, как правило, удалена от МГ.The disadvantages of the prototype include the relatively high cost of refueling, in which a significant part is spent on the production of CNG and its transportation to the STS, which, as a rule, is removed from the MG.

Технической задачей является снижение себестоимости заправки потребителя КПГ путем упрощения и удешевления производства КПГ и повышения эффективности его перевозки.The technical task is to reduce the cost of refueling CNG consumers by simplifying and cheapening the production of CNG and increasing the efficiency of its transportation.

Технический результат достигается тем, что в способе заправки компримированным природным газом, в котором природный газ отбирают из магистрального газопровода, обрабатывают, отобранный природный газ подвергают охлаждению и расширению для обеспечения перехода газа в жидкую фазу, отделяют жидкую фазу от газовой фазы для получения чистого сжиженного природного газа, который перекачивают в криогенный теплоизолированный сосуд газовоза, в котором сжиженный природный газ перевозят к месту заправки потребителя, где сжиженный природный газ регазифицируют до получения компримированного природного газа, которым заправляют потребителя.The technical result is achieved by the fact that in the compressed natural gas charging method, in which natural gas is taken from the main gas pipeline, it is processed, the selected natural gas is cooled and expanded to allow the gas to transition to the liquid phase, the liquid phase is separated from the gas phase to obtain pure liquefied natural gas, which is pumped into a cryogenic insulated gas carrier vessel in which liquefied natural gas is transported to the consumer’s gas station, where liquefied natural gas egazifitsiruyut to obtain compressed natural gas, which is charged with the consumer.

В предлагаемом способе ПГ сжижают путем пропускания через дроссель или через детандер. В способе сжиженный природный газ (СПГ) нагнетают при помощи криогенного плунжерного насоса до необходимого давления. В способе СПГ регазифицируют при помощи атмосферного испарителя-регазификатора.In the proposed method, the GHG is liquefied by passing through a throttle or through an expander. In the method, liquefied natural gas (LNG) is pumped using a cryogenic plunger pump to the required pressure. In the method, LNG is regasified using an atmospheric regasifier vaporizer.

Предлагаемый к патентованию способ поясняется чертежом, на котором приняты следующие обозначения: 1 - магистральный трубопровод, 2 - детандер, 3 - криогенное хранилище для СПГ, 4 - труба для отвода ПГ, 5 - газовоз, 6 - криогенный насос, 7 - изотермический сосуд, 8 - атмосферный испаритель-регазификатор, 9 - заправочный шланг, 10 - потребитель, 11 - криогенный плунжерный насос высокого давления, 12 - газовый баллон потребителя.The proposed patenting method is illustrated in the drawing, on which the following notation is adopted: 1 - main pipeline, 2 - expander, 3 - cryogenic storage for LNG, 4 - pipe for exhausting GHGs, 5 - gas carrier, 6 - cryogenic pump, 7 - isothermal vessel, 8 - atmospheric evaporator-regasifier, 9 - filling hose, 10 - consumer, 11 - cryogenic plunger high pressure pump, 12 - consumer gas cylinder.

Предлагаемый способ используют в следующем порядке. Сначала отбирают ПГ из магистрального газопровода 1, очищают от нежелательных примесей, влаги, углекислоты и пропускают через детандер 2, соединенный с хранилищем 3. При адиабатическом расширении с совершением внешней работы в детандере газ охлаждается. При этом его существенная часть (до 20% по массе) переходит в жидкую фазу, которую сливают в хранилище 3. Сопутствующую газовую фракцию (несжиженную часть потока) направляют через трубу 4 в газовую сеть, предварительно пропустив ее через теплообменник для охлаждения природного газа, идущего на сжижение. Для перевозки СПГ подгоняют к хранилищу 3 газовоз 5. СПГ перекачивают из хранилища 3 криогенным центробежным насосом 6, или под действием гидростатического столба жидкости, или под действием избыточного давления в паровой подушке хранилища в изотермический сосуд 7, установленный на газовозе 5.The proposed method is used in the following order. First, GHGs are taken from the main gas pipeline 1, cleaned of unwanted impurities, moisture, carbon dioxide and passed through the expander 2 connected to the storage 3. During adiabatic expansion with the external work in the expander, the gas is cooled. At the same time, a significant part (up to 20% by weight) passes into the liquid phase, which is drained into storage 3. The associated gas fraction (unliquefied part of the stream) is sent through pipe 4 to the gas network, after passing it through a heat exchanger to cool the natural gas going for liquefaction. For transportation of LNG, a gas carrier 3 is driven to the storage facility 5. LNG is pumped from the storage facility 3 by a cryogenic centrifugal pump 6, either under the action of a hydrostatic column of liquid, or under the influence of excessive pressure in the steam cushion of the storage facility in an isothermal vessel 7 mounted on the gas carrier 5.

СПГ перевозят на газовозе к месту заправки потребителя. Здесь СПГ нагнетают криогенным плунжерным насосом высокого давления 11 из сосуда 7 в атмосферный испаритель-регазификатор 8 до необходимого давления. В регазификаторе СПГ нагревается за счет атмосферного тепла. При этом сжиженный газ переходит в газообразную фазу (регазифицируется), и нагревается до температуры, близкой к температуре окружающей атмосферы. Потребителя, например, автобус, заправляют через шланг 9, который соединяют с газовым баллоном 11. По мере наполнения баллонов потребителя давление газа в регазификаторе постоянно растет за счет нагнетания в него жидкой фазы криогенным плунжерным насосом высокого давления.LNG is transported on a gas carrier to the consumer’s gas station. Here, LNG is pumped by a high pressure cryogenic plunger pump 11 from the vessel 7 into the atmospheric regasifier 8 to the required pressure. In the regasifier, LNG is heated by atmospheric heat. In this case, the liquefied gas passes into the gaseous phase (regasified), and heats up to a temperature close to the temperature of the surrounding atmosphere. A consumer, for example, a bus, is charged through a hose 9, which is connected to a gas cylinder 11. As the consumer's cylinders are filled, the gas pressure in the regasifier constantly increases due to the injection of a liquid phase into it by a cryogenic high-pressure plunger pump.

Таким образом, заправка потребителя осуществляется в три этапа. Сначала ПГ из МГ переводят в СПГ путем дросселирования или расширения с совершением внешней работы, используя даровое ибыточное давление, созданное в МГ газоперекачивающей компрессорной станцией (избыточно совершенная работа по транспорту газа, которая обычно преобразуется в необратимые термодинамические потери при редуцировании газа на газоредуцирующих станциях, в данном способе преобразуется в полезную работу). Затем СПГ в компактном виде перевозят к месту заправки. Здесь СПГ превращают в КПГ, испаряя за счет дарового тепла окружающей атмосферы. В предлагаемой технологии энергию тратят только на перекачивание СПГ из одного аппарата в другой и нагнетание несжимаемой жидкости до давления заправки. Удельный вес СПГ почти в 600 раз превышает удельный вес природного газа при стандартных условиях, а в изотермическом сосуде давление его паров не превышает 16 кгс/см², что позволяет экономично перевозить СПГ к месту заправки. Потребителя заправляют КПГ, полученным за счет дарового тепла окружающей атмосферы.Thus, consumer refueling is carried out in three stages. First, GHGs from MGs are transferred to LNG by throttling or expansion with external work, using the free excess pressure created in the MGs by a gas pumping compressor station (excessively perfect gas transport work, which usually translates into irreversible thermodynamic losses during gas reduction at gas-reducing stations, to this method is converted into useful work). Then LNG in a compact form is transported to the place of filling. Here, LNG is converted to CNG, evaporating due to the free heat of the surrounding atmosphere. In the proposed technology, energy is spent only on pumping LNG from one device to another and pumping an incompressible liquid to the charge pressure. The specific gravity of LNG is almost 600 times higher than the specific gravity of natural gas under standard conditions, and the pressure of its vapor in an isothermal vessel does not exceed 16 kgf / cm ² , which makes it possible to economically transport LNG to the place of filling. Consumers are charged with CNG obtained from the free heat of the surrounding atmosphere.

Согласно описанной выше схеме заявителем была собрана опытная установка для проверки предлагаемого способа. Испытания доказали правильность выбранных технических решений. Измерения показали, что на перекачивание и нагнетание СПГ было затрачено энергии почти в 20 раз меньше, чем требуется для компримирования эквивалентной массы ПГ (повышение эффективности). Транспортные расходы на перевозку СПГ к месту заправки оказались почти на порядок ниже расходов на перевозку КПГ эквивалентной массы, не говоря уже о затратах на соблюдение мер безопасности, которые для КПГ выше, чем для СПГ. При этом для реализации предлагаемого способа не нужны компрессор, охладитель и другое оборудование, используемое в прототипе (упрощение технологии).According to the scheme described above, the applicant assembled a pilot plant to verify the proposed method. Tests have proved the correctness of the selected technical solutions. Measurements showed that almost 20 times less energy was spent on pumping and pumping LNG than was required to compress the equivalent mass of GHGs (increasing efficiency). The transportation costs of transporting LNG to the gas station were almost an order of magnitude lower than the costs of transporting CNG of equivalent mass, not to mention the costs of implementing safety measures, which are higher for CNG than for LNG. Moreover, to implement the proposed method does not need a compressor, cooler and other equipment used in the prototype (simplification of technology).

Неочевидным в предлагаемом способе является то, что КПГ производят на месте заправки потребителя из СПГ, полученного из ПГ за счет использования дарового высокого давления в МГ и привезенного в компактном сжиженном виде к месту заправки. Как известно из уровня техники, ранее СПГ, полученный побочно при компримировании ПГ, считали нежелательной попутной фракцией, отделяли от КПГ и направляли стороннему потребителю.It is not obvious in the proposed method that CNG is produced at the consumer’s gas station from LNG obtained from NG through the use of free high pressure in MG and brought in a compact liquefied form to the gas station. As is known from the prior art, previously LNG obtained by-product by compression of GHGs was considered an undesirable associated fraction, separated from CNG and sent to an outside consumer.

Согласно результатам испытаний заявителем начато изготовление опытного образца мобильного комплекса заправочного оборудования на базе автотягача с полуприцепом.According to the test results, the applicant has begun the production of a prototype of a mobile complex of refueling equipment based on a tractor with a semi-trailer.

Описанное выше техническое решение, отвечающее критериям новизны, неочевидности и промышленной применимости, предлагается к правовой защите патентом на изобретение.The technical solution described above, meeting the criteria of novelty, non-obviousness and industrial applicability, is proposed for legal protection by a patent for an invention.

Claims

1. The method of refueling with compressed natural gas, in which natural gas is taken from the main gas pipeline, processed, pumped into a gas tank, characterized in that the selected natural gas is subjected to adiabatic expansion with external work to ensure the transition of natural gas to the liquid phase, the liquid phase is separated from the gas phase to obtain pure liquefied natural gas, which is pumped into a gas carrier cylinder made in the form of an isothermal vessel in which liquefied natural gas is not transported to the gas station, where liquefied natural gas is regasified to produce compressed natural gas, which is used to refuel the consumer.

2. The refueling method according to claim 1, characterized in that the natural gas is liquefied by passing through a throttle.

3. The refueling method according to claim 1, characterized in that the natural gas is liquefied by passing through an expander.

4. The refueling method according to claim 1, characterized in that the liquefied natural gas is pumped using a cryogenic plunger pump.

5. The refueling method according to claim 1, characterized in that the liquefied natural gas is regasified using an atmospheric regasifier.