RU2699850C1 - Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode - Google Patents

Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode Download PDF

Info

Publication number
RU2699850C1
RU2699850C1 RU2019110574A RU2019110574A RU2699850C1 RU 2699850 C1 RU2699850 C1 RU 2699850C1 RU 2019110574 A RU2019110574 A RU 2019110574A RU 2019110574 A RU2019110574 A RU 2019110574A RU 2699850 C1 RU2699850 C1 RU 2699850C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid
gas mixture
stream
flow rate
heat exchange
Prior art date
Application number
RU2019110574A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Иванович Духанин
Original Assignee
Юрий Иванович Духанин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Иванович Духанин filed Critical Юрий Иванович Духанин
Priority to RU2019110574A priority Critical patent/RU2699850C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2699850C1 publication Critical patent/RU2699850C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/04—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only
    • F02B47/08—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only the substances including exhaust gas
    • F02B47/10—Circulation of exhaust gas in closed or semi-closed circuits, e.g. with simultaneous addition of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/02—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to oxygen-fed engines
    • F02D21/04—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to oxygen-fed engines with circulation of exhaust gases in closed or semi-closed circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to anaerobic power engineering and can be used in air-independent power plants with heat engines and especially in ship power plants of underwater vehicles operating without atmospheric air access. Essence of the invention lies in the fact that cooling of the compressed and dried stream from 240 K to 220÷222 K is carried out by heat exchange with liquid CO2, which is circulated under pressure equal to pressure of compressed stream, and flow rate from 9 to 12 times higher than gasified O2 flow rate, while liquid CO2 during heat exchange with dried flow of gas mixture is heated to 237÷238 K, after which cooling to 218÷220 K due to evaporation of liquid O2 and heat exchange with gasified O2, which is heated to temperature of 235÷236 K, and further, depending on the power plant mode optimum concentration of oxygen in the artificial gas mixture is maintained by controlling the flow rate of liquid O2, wherein stability of cryogenic process mode is maintained by controlling circulation flow rate of liquid CO2, flow rate and pressure of compressed flow.
EFFECT: high reliability and efficiency of producing an artificial gas mixture of cryogenic liquefaction cycle of CO2 for air-independent power plants operating in a wide range of loads.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области анаэробной энергетики и может быть использовано в воздухонезависимых энергоустановках с тепловыми двигателями и особенно в судовых энергетических установках подводных аппаратов, работающих без доступа атмосферного воздуха.The invention relates to the field of anaerobic energy and can be used in non-volatile power plants with heat engines and especially in ship power plants of underwater vehicles operating without access to atmospheric air.

Известен способ получения искусственной газовой смеси двигателя внутреннего сгорания (ДВС), работающего в режиме рециркуляции отработавших газов, в котором отработавшие газы охлаждают и в полном объеме подвергают мокрой очистке, затем разделяют на два потока, один из потоков компримируют, дополнительно осушают, обеспечивают его контактный теплообмен с жидким кислородом с получением газообразного кислорода и вымораживанием фракций воды и диоксида углерода, а полученную охлажденную и обогащенную кислородом газовую смесь соединяют со вторым осушенным потоком отработавших газов с получением охлажденной искусственной газовой смеси, которую дополнительно подогревают перед подачей в ДВС, а образующиеся твердые фракции воды и диоксида углерода периодически выводят (см. патент RU 2287069).There is a method of producing an artificial gas mixture of an internal combustion engine (ICE) operating in the exhaust gas recirculation mode, in which the exhaust gases are cooled and fully subjected to wet cleaning, then they are divided into two streams, one of the streams is compressed, additionally dried, it is contacted heat exchange with liquid oxygen to produce gaseous oxygen and freezing fractions of water and carbon dioxide, and the resulting cooled and oxygen-enriched gas mixture is combined with the second dried exhaust stream to obtain a cooled artificial gas mixture, which is additionally heated before being fed to the internal combustion engine, and the resulting solid fractions of water and carbon dioxide are periodically removed (see patent RU 2287069).

Главным недостатком данного способа является высокие энергозатраты, связанные с процессом сублимации и десублимации CO2, требующих необходимости двух переключающихся аппаратов вымораживания для осуществления данного способа, что существенно усложняет эксплуатацию и дестабилизирует работу ДВС в процессе переключения указанных аппаратов.The main disadvantage of this method is the high energy costs associated with the process of sublimation and sublimation of CO2, requiring the need for two switching freezing apparatus to implement this method, which greatly complicates the operation and destabilizes the operation of the internal combustion engine in the process of switching these apparatuses.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому эффекту к заявленному изобретению является способ получения искусственной газовой смеси для энергетической установки, работающей в режиме рециркуляции отработанных газов, включающий отбор из рециркуляционного потока газовой смеси, состоящей из CO2, O2 и паров воды, части потока, компримирование его до давления 1,6-2,0 МПа, двухступенчатое охлаждение смеси от 320К до 220К÷222К, при этом в первой ступени охлаждение смеси от 320К до 240К проводят за счет теплообмена с обратным потоком обогащенного O2 с удалением воды, а во второй ступени охлаждение осушенного потока до 220К÷222К выполняют за счет испарения жидкого O2 и теплообмена с газифицированным O2, который нагревают до температуры 237К÷238К, сепарацию газовой смеси при том же давлении компримирования на жидкую CO2 и несконденсированную газовую смесь O2 и CO2, которую дросселируют и соединяют с газифицированным O2, после чего обратный поток, обогащенный кислородом, нагревают до 305÷310К в процессе его теплообмена с компримированным потоком и смешивают с неочищенной частью рециркуляционного потока, и полученную газовую смесь с оптимальной концентрацией O2 в смеси направляют в энергетическую установку (см. патент RU 2542166).The closest in technological essence and the achieved effect to the claimed invention is a method for producing an artificial gas mixture for a power plant operating in the exhaust gas recirculation mode, including the selection of a gas mixture consisting of CO2, O2 and water vapor from a recirculation stream, compressing it to a pressure of 1.6-2.0 MPa, two-stage cooling of the mixture from 320K to 220K ÷ 222K, while in the first stage, cooling the mixture from 320K to 240K is carried out by heat exchange with a return flow enriched O2 with water removal, and in the second stage, the dried stream is cooled to 220K ÷ 222K by evaporation of liquid O2 and heat exchange with gasified O2, which is heated to a temperature of 237K ÷ 238K, gas mixture is separated at the same compression pressure into liquid CO2 and non-condensed a gas mixture of O2 and CO2, which is throttled and combined with gasified O2, after which the oxygen-enriched return flow is heated to 305–310 K during its heat exchange with the compressed flow and mixed with the crude part th stream and the resulting gas mixture with an optimum concentration of O2 in the mixture is sent to the power plant (see. patent RU 2542166).

Основными недостатками указанного способа являются:The main disadvantages of this method are:

- опасность намораживания углекислоты на теплообменной поверхности конденсатора в зоне кипения жидкого O2 в виду того, что в процессе теплопередачи участвуют примерно равные расходы осушенного потока газовой смеси и газифицируемого кислорода;- the danger of freezing of carbon dioxide on the heat exchange surface of the condenser in the boiling zone of liquid O2, since approximately equal costs of the dried stream of the gas mixture and gasified oxygen are involved in the heat transfer process;

- отсутствие четкого алгоритма поддержания оптимальной концентрации O2 в искусственной газовой смеси в случае изменения режима работы энергетической установки без дестабилизации криогенного технологического процесса.- the lack of a clear algorithm for maintaining the optimal concentration of O2 in the artificial gas mixture in the event of a change in the operating mode of the power plant without destabilizing the cryogenic process.

Решаемая задача: повышение надежности и эффективности способа получения газовой смеси криогенного цикла сжижения CO2 в широком диапазоне изменения режима работы энергетической установки.Problem to be solved: improving the reliability and efficiency of the method for producing a gas mixture of a cryogenic CO2 liquefaction cycle in a wide range of power plant operating modes.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения искусственной газовой смеси для энергетической установки, работающей в режиме рециркуляции отработанных газов, включающий отбор из рециркуляционного потока газовой смеси, состоящей из CO2, O2 и паров воды, части потока, компримирование его до давления 1,6-2,0 МП а, двухступенчатое охлаждение смеси от 320К до 220К÷222К, при этом в первой ступени охлаждение смеси от 320К до 240К проводят за счет •теплообмена с обратным потоком обогащенного O2 с удалением воды, а во второй ступени охлаждение осушенного потока до 220К выполняют за счет испарения жидкого O2 и теплообмена с газифицированным O2, который нагревают до температуры 237К÷238К, сепарацию газовой смеси при том же давлении компримирования на жидкую CO2 и несконденсированную газовую смесь O2 и CO2, которую дросселируют и соединяют с газифицированным O2, после чего обратный поток, обогащенный кислородом, нагревают до 305÷310К в процессе его теплообмена с компримированным потоком и смешивают с неочищенной частью рециркуляционного потока, и полученную газовую смесь с оптимальной концентрацией O2 в смеси направляют в энергетическую установку, во второй ступени охлаждение осушенного потока до 220К÷222К осуществляют за счет теплообмена с жидкой CO2, которую циркулируют под давлением равным давлению компримированного потока и расходом от 9 до 12 раз большим расхода газифицированного О2, при этом жидкую СО2 в процессе 'теплообмена с осушенным потоком газовой смеси нагревают до 237К÷238К, после чего охлаждают до 218К÷220К за счет испарения жидкого O2 и теплообмена с газифицированным O2, который нагревают до температуры 235К÷236К, а кроме того в зависимости от режима энергетической установки оптимальную концентрацию кислорода в составе искусственной газовой смеси поддерживают регулированием расхода жидкого O2, при этом стабильность криогенного технологического режима сохраняют за счет регулирования циркуляционного расхода жидкой CO2, расхода и давления компримированного потока.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing an artificial gas mixture for a power plant operating in the exhaust gas recirculation mode, comprising selecting from the recirculation stream a gas mixture consisting of CO2, O2 and water vapor, a portion of the stream, compressing it to a pressure of 1, 6-2.0 MPa, two-stage cooling of the mixture from 320K to 220K ÷ 222K, while in the first stage, the mixture is cooled from 320K to 240K due to • heat exchange with a return stream of enriched O2 to remove water, and in the second stage, oh The dried stream is cooled to 220K by evaporation of liquid O2 and heat exchange with gasified O2, which is heated to a temperature of 237K ÷ 238K, separation of the gas mixture at the same compression pressure into liquid CO2 and the non-condensed gas mixture of O2 and CO2, which is throttled and combined with gasified O2, after which the oxygen-enriched return flow is heated to 305–310 K during its heat exchange with the compressed flow and mixed with the crude part of the recirculation flow, and the resulting gas mixture is optimally at a concentration of O2 in the mixture is sent to the power plant, in the second stage, the dried stream is cooled to 220K ÷ 222K by heat exchange with liquid CO2, which circulate under pressure equal to the pressure of the compressed stream and a flow rate of 9 to 12 times the flow rate of gasified O2, while liquid CO2 in the process of heat exchange with a dried gas mixture stream is heated to 237K ÷ 238K, then cooled to 218K ÷ 220K due to evaporation of liquid O2 and heat exchange with gasified O2, which is heated to a temperature of 235K ÷ 236K, and In addition, depending on the mode of the power plant, the optimal oxygen concentration in the composition of the artificial gas mixture is maintained by controlling the flow of liquid O2, while the stability of the cryogenic technological regime is maintained by controlling the circulating flow of liquid CO2, the flow rate and pressure of the compressed stream.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию новизны.The analysis of the prior art made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by cumulative features identical to all the essential features of the claimed invention, therefore, it meets the criterion of novelty.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема криогенной системы, работающей по данному способу.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a cryogenic system operating according to this method.

Криогенная система включает:The cryogenic system includes:

- компрессор 1 для сжатия газовой смеси, отбираемой из рециркуляционного потока, поступающего из энергетической установки по трубопроводу 2;- a compressor 1 for compressing a gas mixture taken from a recycle stream coming from a power plant through pipeline 2;

- теплообменник-предконденсатор 3, выполняющий функцию первой ступени охлаждения компримированного потока;- heat exchanger-pre-condenser 3, performing the function of the first stage of cooling the compressed stream;

- сепаратор-адсорбер 4 для удаления влаги;- separator adsorber 4 to remove moisture;

- теплообменник-конденсатор 5, выполняющий функцию второй ступени охлаждения осушенного компримированного потока;- heat exchanger-condenser 5, which performs the function of the second stage of cooling the dried compressed stream;

- сепаратор 6, обеспечивающий разделение охлажденной смеси на жидкую CO2 и несконденсированную смесь O2 и CO2;- separator 6, providing separation of the cooled mixture into liquid CO2 and an uncondensed mixture of O2 and CO2;

- криогенную емкость 7 для хранения жидкой CO2;- cryogenic tank 7 for storing liquid CO2;

- насос 8 для циркуляции жидкой CO2 под давлением, равным давлению компримированного потока газовой смеси;- a pump 8 for circulating liquid CO2 under a pressure equal to the pressure of the compressed gas mixture stream;

- теплообменник 9, обеспечивающий газификацию жидкого кислорода в процессе 'теплообмена с циркуляционным потоком жидкой CO2;- a heat exchanger 9, providing gasification of liquid oxygen in the process of heat exchange with a circulating stream of liquid CO2;

- криогенная емкость 10 для хранения жидкого O2;- cryogenic tank 10 for storing liquid O2;

- вентиль 11 для регулирования расхода жидкого O2;- valve 11 for regulating the flow of liquid O2;

- вентиль 12 для дросселирования из сепаратора 6 несконденсированной газовой смеси до давления газифицированного в теплообменнике 9 кислорода;- valve 12 for throttling from the separator 6 of the non-condensed gas mixture to a pressure of oxygen gasified in the heat exchanger 9;

- вентиль 13 для отвода жидкой CO2 из сепаратора 6 в емкость 7 для хранения;- a valve 13 for discharging liquid CO2 from the separator 6 into a storage tank 7;

- вентиль 14 для заправки жидкой CO2 из емкости 7 насоса 8 и связанного с ним контура циркуляции жидкой CO2;- a valve 14 for filling liquid CO2 from the tank 7 of the pump 8 and the associated liquid CO2 circulation circuit;

- смеситель потоков 15 и трубопровод 16 подачи искусственной газовой смеси в энергетическую установку, а также датчики контроля за режимом работы криогенной системы, а именно:- a stream mixer 15 and a pipeline 16 for supplying an artificial gas mixture to a power plant, as well as sensors for monitoring the operating mode of the cryogenic system, namely:

- датчик 17 содержания O2 в искусственной газовой смеси;- sensor 17 O2 content in the artificial gas mixture;

- датчик 18 давления рециркуляционного потока;- pressure sensor 18 of the recirculation flow;

- датчик 19 давления компримированного потока;- pressure sensor 19 compressed stream;

- датчик 20 температуры жидкой CO2 на входе в насос 8.- sensor 20 temperature of liquid CO2 at the inlet to the pump 8.

Способ работы осуществляют следующим образом.The method of operation is as follows.

В криогенную систему по трубопроводу 2 поступает из энергетической установки, двигатель которой работает, например, по нагрузочной характеристике, расход газовой смеси с давлением 0,11-0,13 МПа и температурой 300К, состоящей из CO2 (74%-76%), O2 (21%)÷22%) и паров воды (5%÷4%). Часть расхода, порядка от 9% до 11%, сжимают в компрессоре 1 до давления 1,6-2,0 МПа и охлаждают до температуры 320К в водяном охладителе (па чертеже не показан), после чего производят двухступенчатое охлаждение смеси - вначале от 320К до 240К в теплообменнике-предконденсаторе 3 за счет теплообмена с обратным потоком, обогащенного O2, с удалением влаги на температурном уровне 270К-275К в сепараторе-адсорбере 4, а затем охлаждение осушенного потока от 240К до 220К÷222К осуществляют в теплообменнике -конденсаторе 5 за счет теплообмена с жидкой CO2, которую циркулируют с помощью насоса 8 под давлением равным давлению компримированного потока с расходом от 9 до 12 раз большим расхода газифицированного кислорода, при этом жидкую CO2 в процессе теплообмена с осушенным потоком нагревают до температуры 237К÷238К, после чего ее охлаждают в теплообменнике 9 до 218К÷220К за счет испарения жидкого O2 и теплообмена с газифицированным O2, который в процессе теплообмена с жидкой CO2 нагревают до температуры 235К÷236К. Так как циркуляционный расход жидкой CO2 на порядок больше, чем расход газифицированного O2, то это позволяет с высокой эффективностью провести процесс конденсации газовой смеси в теплообменнике-конденсаторе 5, а самое главное - осуществить передачу тепла от жидкой CO2 к O2 в диапазоне температур от 93К до 235К÷236К без образования твердой фазы CO2 на теплопередающей поверхности теплообменника 9. Охлажденный же до температуры 220К÷222К компримированный поток из теплообменника - конденсатора 5 направляют в сепаратор 6, где при том же давлении 1,6-2,0 МПа из смеси отделяют около 68%-72%) жидкую CO2, которую по мере ее накопления отводят с помощью вентиля 13 в криогенную емкость 7, где она находится под давлением 1,6-2,0 МПа и температуре 220К÷222К, а несконденсированную в сепараторе 6 газовую смесь из O2 и CO2 дросселируют с помощью вентиля 12 и соединяют с газифицированным в теплообменнике 9 кислородом, после чего обратный поток, обогащенный О2, нагревают до температуры 305÷310К в теплообменнике-предконденсаторе 3 в процессе теплообмена с компримированным потоком и смешивают в смесителе 15 с частью рециркуляционного потока, оставшегося после отбора из рециркуляционного потока расхода для компримирования, после чего полученную искусственную газовую смесь с оптимальной концентрацией O2, которую контролируют по датчику 12, по трубопроводу 16 возвращают в энергетическую установку, при этом поддерживают равенство расхода отработанных газов, поступающих в криогенную систему и расхода искусственной газовой смеси, отводимой из криогенной системы.Pipeline 2 enters the cryogenic system from a power plant, the engine of which works, for example, according to the load characteristic, the flow rate of the gas mixture with a pressure of 0.11-0.13 MPa and a temperature of 300K, consisting of CO2 (74% -76%), O 2 (21%) ÷ 22%) and water vapor (5% ÷ 4%). Part of the flow rate, of the order of 9% to 11%, is compressed in compressor 1 to a pressure of 1.6-2.0 MPa and cooled to a temperature of 320K in a water cooler (not shown in the drawing), after which two-stage cooling of the mixture is carried out - initially from 320K up to 240K in the heat exchanger-pre-condenser 3 due to heat exchange with a return flow enriched in O2 with the removal of moisture at a temperature level of 270K-275K in the separator-adsorber 4, and then the dried stream is cooled from 240K to 220K ÷ 222K in the heat exchanger-condenser 5 for heat exchange with liquid CO2 circulated using pump 8 under pressure equal to the pressure of the compressed stream with a flow rate of 9 to 12 times greater than the flow rate of gasified oxygen, while liquid CO2 is heated to a temperature of 237K ÷ 238K during heat exchange with a dried stream, after which it is cooled in a heat exchanger 9 to 218K ÷ 220K due to evaporation of liquid O2 and heat exchange with gasified O2, which is heated to a temperature of 235K ÷ 236K during heat exchange with liquid CO2. Since the circulating flow rate of liquid CO2 is an order of magnitude greater than the flow rate of gasified O2, this allows high-efficiency condensation of the gas mixture in the heat exchanger-condenser 5, and most importantly, heat transfer from liquid CO2 to O2 in the temperature range from 93K to 235K ÷ 236K without the formation of a solid phase of CO2 on the heat transfer surface of the heat exchanger 9. The compressed stream from the heat exchanger - condenser 5 cooled to a temperature of 220K ÷ 222K is sent to a separator 6, where at the same pressure 1.6-2.0 MPa from about 68% -72%) liquid CO2 is separated out of the mixture, which, as it accumulates, is vented through valve 13 into a cryogenic tank 7, where it is under a pressure of 1.6-2.0 MPa and a temperature of 220K ÷ 222K, and non-condensed in a separator 6, the gas mixture of O2 and CO2 is throttled using valve 12 and connected to oxygen gasified in the heat exchanger 9, after which the return stream enriched in O2 is heated to a temperature of 305–310 K in the heat exchanger-pre-condenser 3 during heat exchange with the compressed stream and mixed in a mixer 15 with part recirculating the stream remaining after selection of the flow rate from the recirculation stream for compression, after which the resulting artificial gas mixture with the optimal concentration of O2, which is monitored by the sensor 12, is returned to the power plant via line 16, while maintaining the equality of the flow rate of exhaust gases entering the cryogenic system and the flow rate of the artificial gas mixture discharged from the cryogenic system.

Установившийся режим работы криогенной системы характеризуется постоянством следующих контролируемых параметров:The established operating mode of the cryogenic system is characterized by the constancy of the following controlled parameters:

- давление газовой смеси на всасе компрессора 1, контролируемое по датчику 18;- the pressure of the gas mixture at the inlet of the compressor 1, controlled by the sensor 18;

- давление в сепараторе 6, контролируемое по датчику 19;- pressure in the separator 6, controlled by the sensor 19;

- температура жидкой CO2 на входе в насос 8;- temperature of liquid CO2 at the inlet to the pump 8;

- концентрация O2 в искусственной газовой смеси, контролируемой по датчику 17.- O2 concentration in the artificial gas mixture, controlled by the sensor 17.

В то же время режим работы криогенной системы является функцией режима работы энергетической установки, который в процессе эксплуатации может изменяться в широком диапазоне.At the same time, the operating mode of the cryogenic system is a function of the operating mode of the power plant, which during operation can vary over a wide range.

Задача криогенной системы состоит в том, чтобы постоянно поддерживать оптимальную концентрацию кислорода в составе искусственной газовой смеси при изменении режима работы энергетической установки.The task of the cryogenic system is to constantly maintain the optimal concentration of oxygen in the composition of the artificial gas mixture when changing the operating mode of the power plant.

'Гак изменение режима работы энергетической установки в сторону уменьшения нагрузки будет сопровождаться, с одной стороны, снижением расхода отработанных газов, поступающих в криогенную систему по трубопроводу 2, что приведет к автоматическому снижению давления на всасе компрессора, контролируемого по датчику 18. Восстановление давления на всасе компрессора 1 осуществляют за счет регулирования производительности компрессора 1 в сторону его уменьшения, при этом одновременно для сохранения давления в сепараторе 6 на уровне 1,6-2,0 МПа, контролируемого по датчику 19, уменьшают расход несконденсированной газовой смеси с помощью вентиля 12. С другой стороны, снижение расхода отработанных газов естественно приведет к росту концентрации O2, контролируемой по датчику 17, в газовой смеси, поступающей в энергетическую установку по трубопроводу 16. Восстановление оптимального значения концентрации O2 производят за счет уменьшения расхода жидкого O2, подаваемого из криогенной емкости 10 с помощью вентиля 11, а уменьшение расхода жидкого O2 приведет к повышению температуры, жидкой CO2 на выходе из теплообменника 9, контролируемой с помощью датчика 20. Восстановление температуры до 218К÷220К производят за счет снижения производительности насоса 8.'Hook, a change in the operating mode of the power plant in the direction of decreasing the load will be accompanied, on the one hand, by a decrease in the flow rate of exhaust gases entering the cryogenic system through line 2, which will automatically reduce the pressure at the compressor inlet controlled by the sensor 18. Restoring the pressure at the suction the compressor 1 is carried out by regulating the performance of the compressor 1 in the direction of its decrease, while simultaneously to maintain the pressure in the separator 6 at a level of 1.6-2.0 MPa, counter measured by the sensor 19, the flow rate of the non-condensed gas mixture is reduced by the valve 12. On the other hand, the reduction of the exhaust gas flow rate will naturally lead to an increase in the O2 concentration monitored by the sensor 17 in the gas mixture supplied to the power plant through pipeline 16. Restoring the optimal value O2 concentrations are produced by reducing the flow rate of liquid O2 supplied from the cryogenic tank 10 using valve 11, and the decrease in flow rate of liquid O2 will increase the temperature of liquid CO2 at the outlet from the heat exchanger 9, controlled by the sensor 20. The temperature is restored to 218K ÷ 220K by reducing the performance of the pump 8.

При изменении режима работы энергетической установки в сторону повышения нагрузки алгоритм автоматического регулирования криогенной системы с целью поддержания оптимальной концентрации O2 в составе искусственной смеси и сохранения стабильным технологического режима криогенной системы осуществляют за счет увеличения производительности компрессора 1, циркуляционного расхода жидкой CO2 с помощью насоса 8 и увеличением расхода жидкого кислорода, подаваемого из криогенной емкости 10.When changing the operating mode of the power plant in the direction of increasing the load, the algorithm for automatic control of the cryogenic system in order to maintain the optimal concentration of O2 in the composition of the artificial mixture and to maintain stable technological mode of the cryogenic system is carried out by increasing the productivity of compressor 1, the circulation flow of liquid CO2 using pump 8 and the flow rate of liquid oxygen supplied from the cryogenic tank 10.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает поставленную цель повышения надежности и эффективности криогенного технологического процесса сжижения CO2 в сочетании с обеспечением его стабильности при изменении рабочего режима энергетической установки.Thus, the proposed technical solution provides the goal of increasing the reliability and efficiency of the cryogenic technological process for liquefying CO2 in combination with ensuring its stability when changing the operating mode of the power plant.

Claims (1)

Способ получения искусственной газовой смеси для энергетической установки, работающей в режиме рециркуляции отработанных газов, включающий отбор из рециркуляционного потока газовой смеси, состоящей из CO2, O2 и паров воды, части потока, компримирование его до давления 1,6-2,0 МПа, двухступенчатое охлаждение смеси от 320 К до 220 К, при этом в первой ступени охлаждение смеси от 320 К до 240 К проводят за счет теплообмена с обратным потоком обогащенного O2 с удалением воды, а во второй ступени охлаждение осушенного потока до 220÷222 К выполняют за счет испарения жидкого O2 и теплообмена с газифицированным O2, который нагревают до температуры 237÷238 К, сепарацию газовой смеси при том же давлении компримирования на жидкую CO2 и несконденсированную газовую смесь O2 и CO2, которую дросселируют и соединяют с газифицированным O2, после чего обратный поток, обогащенный кислородом, нагревают до 305÷310 К в процессе его теплообмена с компримированным потоком и смешивают с неочищенной частью рециркуляционного потока, и полученную газовую смесь с оптимальной концентрацией O2 в смеси направляют в энергетическую установку, отличающийся тем, что во второй ступени охлаждение осушенного потока до 220÷222 К осуществляют за счет теплообмена с жидкой CO2, которую циркулируют под давлением, равным давлению компримированного потока, и расходом от 9 до 12 раз, большим расхода газифицированного O2, при этом жидкую CO2 в процессе теплообмена с осушенным потоком газовой смеси нагревают до 237÷238 К, после чего охлаждают до 218÷220 К за счет испарения жидкого O2 и теплообмена с газифицированным O2, который нагревают до температуры 235÷236 К, а кроме того, в зависимости от режима энергетической установки оптимальную концентрацию кислорода в составе искусственной газовой смеси поддерживают регулированием расхода жидкого O2, при этом стабильность криогенного технологического режима сохраняют за счет регулирования циркуляционного расхода жидкой CO2, расхода и давления компримированного потока.A method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in the exhaust gas recirculation mode, including the selection of a gas mixture consisting of CO2, O2 and water vapor from a recirculation stream, a part of the stream, compressing it to a pressure of 1.6-2.0 MPa, two-stage the mixture is cooled from 320 K to 220 K, while in the first stage, the mixture is cooled from 320 K to 240 K by heat exchange with a return flow of enriched O2 with water removal, and in the second stage, the dried stream is cooled to 220 ÷ 222 K due to vapor liquid O2 and heat exchange with gasified O2, which is heated to a temperature of 237 ÷ 238 K, separation of the gas mixture at the same compression pressure into liquid CO2 and an uncondensed gas mixture of O2 and CO2, which is throttled and combined with gasified O2, after which the return flow, enriched with oxygen, heated to 305 ÷ 310 K during its heat exchange with a compressed stream and mixed with the crude part of the recycle stream, and the resulting gas mixture with the optimal concentration of O2 in the mixture is sent to the energy tanowka, characterized in that in the second stage the cooling of the dried stream to 220 ÷ 222 K is carried out by heat exchange with liquid CO2, which circulate under pressure equal to the pressure of the compressed stream, and a flow rate of 9 to 12 times greater than the flow rate of gasified O2, liquid CO2 in the process of heat exchange with a dried gas mixture stream is heated to 237 ÷ 238 K, and then cooled to 218 ÷ 220 K due to evaporation of liquid O2 and heat exchange with gasified O2, which is heated to a temperature of 235 ÷ 236 K, and, in addition, depending on the ene mode Fitting energetically optimal oxygen concentration in the synthetic gas mixture is maintained controlling flow of liquid O2, while the stability of the cryogenic process mode stored by regulating the circulating flow rate of the liquid CO2, flow rate and pressure of the compressed stream.
RU2019110574A 2019-04-09 2019-04-09 Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode RU2699850C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110574A RU2699850C1 (en) 2019-04-09 2019-04-09 Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110574A RU2699850C1 (en) 2019-04-09 2019-04-09 Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699850C1 true RU2699850C1 (en) 2019-09-11

Family

ID=67989527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019110574A RU2699850C1 (en) 2019-04-09 2019-04-09 Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699850C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2730270C1 (en) * 2019-12-09 2020-08-21 Юрий Иванович Духанин Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode
RU2744736C1 (en) * 2020-04-27 2021-03-15 Андрей Владимирович Иванов Reusable first stage launch vehicle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1513958A (en) * 1974-06-11 1978-06-14 Shell Int Research Internal combustion engine with exhaust gas recycling system and method for operating such engine
WO1990002254A1 (en) * 1988-08-27 1990-03-08 Cosworth Deep Sea Systems Limited Closed cycle internal combustion engine
SU1638335A1 (en) * 1989-03-20 1991-03-30 Ленинградское высшее военное инженерное строительное Краснознаменное училище им.генерала армии А.Н.Комаровского Preparation of gas mixture for internal combustion engine
RU2287069C2 (en) * 2004-10-20 2006-11-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит" Method of and device for producing artificial gas mixture for internal combustion engine operating at recirculation of exhaust gases
RU2365770C1 (en) * 2007-11-14 2009-08-27 Военный инженерно-технический университет Method for preparation of artificial gas mixture for diesel power plant and device for this method implementation
RU2615042C1 (en) * 2016-03-21 2017-04-03 АО "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (АО "СПМБМ "Малахит") Device for removing carbon dioxide

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1513958A (en) * 1974-06-11 1978-06-14 Shell Int Research Internal combustion engine with exhaust gas recycling system and method for operating such engine
WO1990002254A1 (en) * 1988-08-27 1990-03-08 Cosworth Deep Sea Systems Limited Closed cycle internal combustion engine
SU1638335A1 (en) * 1989-03-20 1991-03-30 Ленинградское высшее военное инженерное строительное Краснознаменное училище им.генерала армии А.Н.Комаровского Preparation of gas mixture for internal combustion engine
RU2287069C2 (en) * 2004-10-20 2006-11-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит" Method of and device for producing artificial gas mixture for internal combustion engine operating at recirculation of exhaust gases
RU2365770C1 (en) * 2007-11-14 2009-08-27 Военный инженерно-технический университет Method for preparation of artificial gas mixture for diesel power plant and device for this method implementation
RU2615042C1 (en) * 2016-03-21 2017-04-03 АО "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (АО "СПМБМ "Малахит") Device for removing carbon dioxide

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2730270C1 (en) * 2019-12-09 2020-08-21 Юрий Иванович Духанин Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode
RU2744736C1 (en) * 2020-04-27 2021-03-15 Андрей Владимирович Иванов Reusable first stage launch vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU745739B2 (en) Autorefrigeration separation of carbon dioxide
RU2702319C2 (en) Ship comprising engine
CN101231130B (en) Purification of carbon dioxide
RU2699850C1 (en) Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode
JP5710137B2 (en) Nitrogen removal by isobaric open frozen natural gas liquid recovery
US20080264076A1 (en) System and method for recovering and liquefying boil-off gas
JP2018517607A (en) Ship
KR102283088B1 (en) Polar cascade method for liquefying natural gas in high-pressure cycle with pre-cooling with ethane and auxiliary cooling with nitrogen and plant for its implementation
EA011523B1 (en) Ngl recovery methods and plant therefor
JP6204609B2 (en) Ship
EA011605B1 (en) Method for treating a liquefied natural gas stream obtained by cooling using a first refrigerating cycle and related installation
EP2503271A2 (en) Method and device for treating a gas flow containing carbon dioxide
NO20181643A1 (en) Volatile organic compound recovery apparatus
JP2018517606A (en) Ship
FR2821351A1 (en) ETHANE RECOVERY PROCESS, IMPLEMENTING A REFRIGERATION CYCLE USING A MIXTURE OF AT LEAST TWO REFRIGERANT FLUIDS, GASES OBTAINED BY THIS PROCESS, AND IMPLEMENTATION INSTALLATION
CN103822438A (en) Shallow condensing light hydrocarbon recovery technique
RU2718757C2 (en) Ship comprising engine
CN107683397B (en) Liquefaction of industrial and hydrocarbon gases
US20240068745A1 (en) An Advanced Method of Heavy Hydrocarbon Removal and Natural Gas Liquefaction Using Closed-Loop Refrigeration System
JP6357155B2 (en) A method for optimizing condensable component removal from fluids
RU2528460C2 (en) Liquefying of high-pressure natural gas or low-pressure associated oil gas
RU2730270C1 (en) Method of producing an artificial gas mixture for a power plant operating in a waste gas recirculation mode
US20100101272A1 (en) process of liquefying a gaseous methane-rich feed for obtaining liquid natural gas
US20230125750A1 (en) Process for treating a carbon dioxide-rich gas containing water
KR20230154441A (en) CO2 Enriched Stream Liquefaction Method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210410