RU2745259C1 - Способ получения любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии и устройство для его осуществления со съёмным многоразовым твердогазовым криогенным элементом - Google Patents
Способ получения любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии и устройство для его осуществления со съёмным многоразовым твердогазовым криогенным элементом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2745259C1 RU2745259C1 RU2019133710A RU2019133710A RU2745259C1 RU 2745259 C1 RU2745259 C1 RU 2745259C1 RU 2019133710 A RU2019133710 A RU 2019133710A RU 2019133710 A RU2019133710 A RU 2019133710A RU 2745259 C1 RU2745259 C1 RU 2745259C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- solid
- removable
- solid state
- cryogenic
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 109
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000001307 helium Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 4
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 3
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 2
- 238000001900 extreme ultraviolet lithography Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- -1 underwater Substances 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0221—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
- F25J1/0235—Heat exchange integration
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
- F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
- F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
- F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения в промышленном производстве любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии, например метана. Техническим результатом является улучшение удобства хранения и использования газов за счет их уплотнения. Способ реализуется следующим образом: сжиженный газ, полученный любым известным в настоящее время способом, охлаждают с помощью хладагента, имеющего температуру ниже температуры кристаллизации охлаждаемого сжиженного газа, до получения газа в твердом состоянии. Устройство для получения газа в твердом состоянии содержит блок кристаллизации и формовочно-упаковочный блок со съёмным многоразовым твердогазовым криогенным элементом (ТГКЭЛ). Блок кристаллизации содержит теплоизолированный корпус, в котором размещены три концентрически расположенные друг в друге соосные трубы для охлаждения хладагентом сжиженного газа и движитель (например, шнек) для продвижения сначала сжиженного, затем аморфного и далее отвержденного газа в формовочно-упаковочный блок. Формовочно-упаковочный блок содержит барабан с размещенными внутри вращающим и разъединяющим механизмами, шестью съемными модулями с четырьмя съемными многоразовыми твердогазовыми криогенными элементами (ТГКЭЛ) в каждом съемном модуле и предназначен для подачи и перемещения съемного модуля внутри барабана, формования газа в твердом состоянии и заполнения им ТГКЭЛ, герметизации и вакуумирования сосудов ТГКЭЛ и съемного модуля. ТГКЭЛ содержит два, концентрически расположенных один в другом, металлических цилиндрических разборных сосуда, между которыми создан вакуум не менее 10-4мм рт. ст., для хранения, транспортирования газа в твердом состоянии и применения ТГКЭЛ как универсальной энергетической и/или химической единицы оборудования различных систем транспортных и других средств, установок, устройств и техники гражданского и военного назначения, жилых зданий и сооружений и др. Техническим результатом является получение газов в твердом состоянии для их транспортирования и хранения, а также последующего применения в заинтересованных областях промышленности. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к технологии отверждения газов, и к устройству для осуществления этого способа.
Описание предшествующего уровня техники
В настоящее время газы (азот, гелий, кислород, водород, метан и другие углеводороды, инертные газы, хлор, фтор, сероводород, аммиак и другие) природного и искусственного происхождения используются в различных областях промышленности (металлургическая, химическая, нефтегазохимическая, горнодобывающая, пищевая, целлюлозно-бумажная и др.) и жизнедеятельности общества (наука, медицина, энергетика, транспорт, вооружение, космос, приборостроение, физика, топливо, сельское хозяйство и др.) в двух агрегатных состояниях: газообразном и сжиженном.
По информации из открытых источников использование газов в твердом криогенном состоянии ограничивается в основном научными исследованиями их свойств и получением в минимальных количествах для проведения лабораторных экспериментов, при этом из предшествующего уровня техники, по общедоступным сведениям, неизвестны технологии и устройства получения газов в твердом состоянии в промышленном производстве.
Анализ известных технических решений (RU 2 353 869 С2, RU 2 337 057 С2, SU 161788 Al, US3521458A, US 2005/0061028Al, RU2337057 С2, US3901044A, US1863377A) свидетельствует о том, что технологии переработки газов ограничены получением газов в сжиженном или шугообразном состоянии. Шугообразное состояние газов представляет собой процесс получения твердой фазы газа в сжиженном растворе в различных соотношениях каждого компонента. Применение и использование газов именно в твердом состоянии в промышленном производстве и масштабах до настоящего времени не осуществлялось.
Известна установка для производства шугообразного водорода при помощи гелиевого хладагента (US3521458A), в которой жидкий водород кристаллизуется тонким слоем на внутренней поверхности генератора шуги путем охлаждения ее с внешней стороны гелиевым хладагентом, срезается лезвием вращающегося механического винтообразного ножа, смешивается в разной пропорции с жидкой фазой и насосом транспортируется в хранилище шуги. В приведенной установке US3521458A любое превышение заданных пропорций объемного содержания газа в твердом состоянии в шуге приведет к закупориванию выходного канала. Таким образом, полученный в установке по US3521458A продукт предназначен для применения именно в двухфазном шугообразном состоянии. Другим отличием является отсутствие функционально связанного устройства, позволяющего упаковывать газ в твердом состоянии в элементы для дальнейшего использования, транспортировки и хранения. И кроме того, описанная в US3521458A, установка не содержит внутреннего элемента (соосной трубы с хладагентом), позволяющего кристаллизоваться всему объему поступающего сжиженного газа до твердого состояния без образования шуги и не предназначена для использования в качестве хладагента вещества в твердом состоянии. Причем шнек, применяемый в патенте US3521458A, не предназначен для перемещения, образующегося в результате процесса кристаллизации, газа в твердом состоянии.
Известна также установка для замораживания ксенона (US 2005/0061028А1), которая используется в экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUVL) при производстве интегральных микросхем для уменьшения печатаемых объектов, в которой ксенон используется, чтобы создать мишень для генерации экстремального ультрафиолетового излучения (EUV). При этом сжатый газообразный ксенон подается через сопло (дроссель) в отвакуумированную камеру и за счет разности давлений сжижается или затвердевает в непосредственной близости от сопла. Использование установки, описанной в данном патенте, для получения газов в твердом состоянии в промышленности будет ограничиваться размерами каналов и производительностью сопла.
Раскрытие сущности изобретения
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключается в разработке способа получения любого газа в твердом состоянии, кроме гелия, в промышленном производстве и устройства для его осуществления со съёмным многоразовым твердогазовым криогенным элементом путем применения технологии дальнейшего охлаждения сжиженного газа, полученного любым известным в настоящее время способом, до получения конечного продукта ниже температуры кристаллизации, т.е. газа в твердом состоянии.
Способ получения любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии в качестве конечного продукта в промышленном производстве, состоящий по меньшей мере в том, что, сжиженный газ, полученный любым известным в настоящее время способом, охлаждают любым известным в настоящее время способом, например, с помощью хладагента, имеющего температуру ниже температуры кристаллизации охлаждаемого сжиженного газа, до получения газа в твердом состоянии во всем объеме и упаковки его для хранения, транспортирования и непосредственного использования в универсальную энергетическую и/или химическую единицу оборудования различных систем, например, в съемный многоразовый твердогазовый криогенный элемент.
Под температурой кристаллизации понимается температура перехода сжиженного газа в твердое состояние при давлении, которое в данный момент имеет сжиженный газ согласно кривой кристаллизации отверждаемого сжиженного газа.
Устройство для осуществления заявленного способа характеризуется наличием по меньшей мере конструктивно взаимосвязанных и последовательно функционирующих блоков единого цикла производства:
- блока кристаллизации (блока А);
- формовочно-упаковочного блока (блока Б).
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:
- на фиг. 1 блок кристаллизации (Блок А);
- на фиг. 2 формовочно-упаковочный блок (Блок Б);
- на фиг. 3 барабан поз. Б1 фиг.2, разрезы А-А и В-В барабана поз. Б1, виды К, Л, М, Р;
- на фиг. 4 крышка 10 барабана фиг.3, разрез Б-Б крышки 10 барабана, вид Е фиг.3;
- на фиг. 5 съемный модуль поз. Б2 фиг. 2;
- на фиг. 6 вращающий механизм поз. Б3 фиг. 2;
- на фиг. 7 съемный многоразовый твердогазовый криогенный элемент (ТГКЭЛ) поз. Б4 фиг. 2;
- на фиг. 8 отсекающая пластина разъединяющего механизма поз. Б5
фиг. 2;
- на фиг. 9 прорезь для загрузки отсекающей пластины, вид Г фиг. 3;
- на фиг. 10 прорезь для выгрузки отсекающей пластины, вид Д фиг. 3;
- на фиг. 11 съемный модуль поз. Б2 фиг. 2, закрывание крышек.
Осуществление изобретения
Блок кристаллизации (фиг. 1) состоит из следующих элементов: теплоизолированного корпуса для теплоизоляции и размещения в нем 3-х концентрически расположенных друг в друге соосных труб: 2, 3, 4 и движителя, например, шнека 7, расположенного подвижно на внутренней трубе 4 и вращающегося с помощью внешнего привода (привод не показан). При этом внутри трубы 4 и в пространстве между 2 и 3-й трубами находится хладагент в динамическом (газообразном или жидком) или статическом (твердом) состоянии, имеющий температуру ниже температуры кристаллизации охлаждаемого сжиженного газа, а в пространстве между 3-й и 4-й трубами - охлаждаемый сжиженный газ. Корпус блока кристаллизации выполнен с применением многослойной экранно-вакуумной изоляции (не показана на чертежах) с характеристиками, позволяющими минимизировать теплоприток и теплообмен с окружающей средой.
Формовочно-упаковочный блок (фиг. 2) состоит из следующих основных элементов:
- барабана поз. Б1 (фиг. 3, 4), состоящего из внутренней крышки 8, внешней крышки 10 и цилиндра 9, и разделенный на 6 (шесть) секторов;
- съемного модуля поз. Б2 (фиг. 5), состоящего из 4-х съемных многоразовых твердогазовых криогенных элементов (ТГКЭЛ) поз. Б4, сосуда 11, крышки 12, основания 13 модуля, отверстия 41 для создания вакуума, 42 - ушей;
- вращающего механизма поз. Б3 (фиг. 6), состоящего из ведущего вала 14, установленного в подшипнике 39 в отверстии 38 внутренней крышки 8 барабана и подшипнике 40 в одинаковом отверстии во внешней крышке 10 барабана (отверстие не обозначено), со шлицевыми частями 15 ведущего вала 14, шестью захватами 16 с центрирующими прорезями 17 и соединенных с центральной втулкой 18 шестью спицами 19;
- съемного многоразового твердогазового криогенного элемента (ТГКЭЛ) поз. Б4 по типу сосуда Дьюара (фиг. 7), состоящего из основания 20 с отверстиями 21, 22, 23 и, со встроенной в него, измерительной (приемной) частью 2-3-х параметрического (температура, давление и др.) индикатора состояния твердого газа (не показан), с клеммами соединительных выводов индикатора заподлицо или утопленных внутри основания, установленных на основании 2-х сосудов: внутреннего сосуда 24 и внешнего сосуда 25, закрытых крышками 26 и 27 соответственно;
- разъединяющего механизма поз. Б5 (фиг. 2), состоящего из отсекающей пластины 28 (фиг. 8) с отверстиями 43, механизма подъема 29 пластины 28, механизма выталкивания 30 пластины 28 по направляющим 31 (фиг. 3).
Работа устройства для реализации заявленного способа приводится на примере получения метана в твердом состоянии и осуществляется следующим образом.
Для получения метана в твердом состоянии необходимо подать сжиженный природный газ (СПГ) с температурой -162 °С в межтрубное пространство 1 (фиг. 1) блока кристаллизации (блок А). В пространство между 2 и 3-й трубами, а также внутрь 4-й трубы необходимо подать жидкий азот с температурой -196 °С в качестве охлаждающего агента. При этом внешняя 5 и внутренняя 6 поверхности межтрубного пространства 1, заполненного СПГ, в результате теплообмена будут охлаждаться жидким азотом и постепенно снижать температуру СПГ, сначала до аморфного состояния, затем после появления и роста центров кристаллизации до шугообразного состояния (шуги), а затем до твердого состояния (температура кристаллизации -182,55 °С). Движение СПГ вдоль труб 3 и 4 обеспечивается с помощью приводимого извне вращающегося шнека 7, подвижно закрепленного на трубе 4. Длина блока кристаллизации (блока А) и скорость вращения шнека 7 рассчитываются из условия достижения требуемой степени охлаждения СПГ ниже температуры кристаллизации и производительности устройства.
Далее метан в твердом состоянии подается в формовочно-упаковочный блок (блок Б), обеспечивающий формование и пакетирование метана в твердом состоянии в изотермические резервуары поз. Б4 по типу сосуда Дьюара (твердогазовые криогенные элементы - ТГКЭЛ).
Формовочно-упаковочный блок (блок Б) работает следующим образом.
Через прорезь 44 в секторе С1 цилиндра 9 барабана поз. Б1 (фиг. 9, фиг. 3 вид Р) загружается отсекающая пластина 28 (фиг. 8), которая скользит по верхней плоскости захватов 16 вращающего механизма поз. Б3 (фиг. 6), как по направляющей до цилиндрического буртика 46 на внутренней крышке 8 барабана поз. Б1 (фиг.3, разрезы А- А и В-В, вид Л).
Далее через загрузочное отверстие 32 в крышке 10 (фиг. 4, вид Е) в секторе С1 в барабан поз. Б1 загружается открытый (без крышек) съемный модуль поз. Б2 (фиг. 5). При этом уши 42 (фиг. 5) съемного модуля поз. Б2 входят в центрирующие прорези 17 захватов 16 вращающего механизма поз. Б3 (фиг. 6), а после загрузки внутренние сосуды 24 без зазора входят в отверстия 43 отсекающей пластины 28. Длина внутреннего сосуда 24 ТГКЭЛ больше длины внешнего сосуда 25 ТГКЭЛ на величину толщины отсекающей пластины 28 и поэтому внешние сосуды 25 своей верхней кромкой упираются в отсекающую пластину 28.
После загрузки в сектор С1 барабана поз. Б1 съемного модуля поз. Б2 вращающий механизм поз. Б3 поворачивает съемный модуль поз. Б2 на 60° относительно оси барабана (в сектор С2) с помощью захватов 16, которые вращаются ведущим валом 14 посредством шлицевого соединения 15, центральной втулки 18 и спиц 19 (фиг. 6). При этом отсекающая пластина 28 увлекается наружными поверхностями сосудов 24 и движется вместе с съемным модулем поз. Б2.
В секторе С2 барабана поз. Б1 происходит наполнение 4-х внутренних сосуда 24 ТГКЭЛ поз. Б4 газом в твердом состоянии, который выдавливается из блока кристаллизации (блок А) шнеком 7 (фиг. 1) через отверстия 34 в крышке 8 барабана поз. Б1 (фиг. 3).
Г аз (не в твердом состоянии), находящийся во внутренних сосудах 24 ТГКЭЛ поз. Б4, будет выдавливаться (стравливаться) через отверстия 22 в основании 20 ТГКЭЛ поз. Б4 и отверстия 49 в крышке 10 барабана поз. Б1. При этом после стравливания газа отверстия 22 сразу закрываются пробками 52 (фиг. 7).
После заправки внутренних сосудов 24 ТГКЭЛ поз. Б4 газом в твердом состоянии съемный модуль поз. Б2 поворачивается вращающим механизмом поз. Б3 на 60° в сектор С3. При этом отсекающая пластина 28 разъединяющего механизма Б5, двигаясь вместе со съемным модулем поз. Б2, не дает (отсекает) излишкам отверждённого газа упасть в пространство между сосудами 24 и 25 ТГКЭЛ поз. Б4.
В секторе С3 через отверстия 35 в крышке 8 барабана поз. Б1 происходит закручивание крышек 26 внутренних сосудов 24 ТГКЭЛ поз. Б4 (фиг. 2, показано схематично) и через отверстия 50 в крышке 10 барабана поз. Б1 закрывание отверстий 21 пробками 53 (фиг. 2 и 7) с одновременным вакуумированием пространства внутри основания 20 ТГКЭЛ поз. Б4 до давления не ниже давления кривой возгонки (сублимации) газа в твердом состоянии при данной температуре. Перепускной канал 48, соединяющий отверстия 21 и 22 внутри основания 20 ТГКЭЛ поз. Б4, служит для более равномерного вакуумирования пространства основания 20, т.к. включает в процесс вакуумирования и отверстие 22.
После герметизации сосудов 24 ТГКЭЛ поз. Б4 (закрытия крышками 26 и пробками 53) съемный модуль поз. Б2 поворачивается вращающим механизмом поз. Б3 на 60° в сектор С4, в котором сначала механизмом подъема 29 происходит поднятие отсекающей пластины 28 выше кромок внутренних сосудов 24 ТГКЭЛ поз. Б4 (для этого в крышке 8 барабана поз. Б1 сделана выемка 47 (фиг.3, разрезы А-А и В-В, вид М)), а затем механизмом выталкивания 30 происходит выталкивание (выгрузка) отсекающей пластины 28 вне барабана поз. Б1 по направляющим 31 в прорези 45 барабана поз. Б1 (фиг.3 разрезы А-А и В-В, вид К и фиг. 10), которая находится напротив выемки 47 крышки 8.
После выгрузки из барабана поз. Б1 отсекающей пластины 28 съемный модуль поз. Б2 поворачивается вращающим механизмом поз. Б3 на 60° в сектор С5, в котором через отверстия 36 в крышке 8 барабана поз. Б1 происходит закручивание крышек 27 внешних сосудов 25 ТГКЭЛ поз. Б4 (фиг. 11, показано схематично) и через отверстия 51 в крышке 10 барабана поз. Б1 закрывание отверстий 23 пробками 54 (фиг. 7 и фиг. 11) с одновременным вакуумированием пространства между сосудами 24 и 25 ТГКЭЛ поз. Б4 (по типу сосуда Дьюара) не менее 10-4 мм рт. ст.
После герметизации сосудов 25 ТГКЭЛ поз. Б4 (закрытия крышками 27 и пробками 54) съемный модуль поз. Б2 поворачивается вращающим механизмом поз. Б3 на 60° в сектор С6 (фиг. 5), в котором сначала через отверстия 37 в крышке 8 барабана поз. Б1 происходит закручивание крышки 12 сосуда 11 съемного модуля поз. Б2 (фиг. 2, показано схематично), а затем выгрузка съемного модуля поз. Б2 через отверстие 33 в крышке 10 барабана поз. Б1 в отсек вакуумирования пространства между сосудами 25 ТГКЭЛ поз. Б4 и сосудом 11 съемного модуля поз. Б2 через отверстия 41 (фиг. 5) не менее 10"4 мм рт.ст. (отсек и процесс вакуумирования не показаны) и установки (присоединения с соединительными выводами измерительной части) указательной части 2-3-х параметрических (температура, давление и др.) индикаторов состояния твердого газа в основание каждого ТГКЭЛ (индикаторы и процесс их установки не показаны).
Такт поворота съемного модуля поз. Б2 рассчитывается в зависимости от максимальной длительности процесса в каждом из секторов, а также скорости движения газа в твердом состоянии в блоке А, зависящей от скорости и степени охлаждения газа ниже температуры кристаллизации.
Внутри барабана поз. Б1 находится одновременно 6 (шесть) съемных модулей поз. Б2. Все устройство для получения газа в твердом состоянии со всем вспомогательным оборудованием (для закрытия крышек, пробок, вакуумирования пространства) находится внутри теплоизолированного контура (контур не показан), обеспечивающего вакуумирование пространства внутри и вне устройства до давления не ниже давления кривой возгонки (сублимации) газа в твердом состоянии при данной температуре для отсутствия утечек тепла. Внутреннее пространство барабана дополнительно постоянно вакуумируется с указанным давлением.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является получение любого газа, кроме гелия, в твердом состоянии, предложенным выше способом охлаждения сжиженного газа, дальнейшей его формовки в твердом состоянии и его упаковка в съемный многоразовый твердогазовый криогенный элемент, используя конструктивно вышеприведенное устройство, позволяющее за счет увеличения плотности и уменьшения объема газа в твердом состоянии, использовать упакованный в твердогазовый элемент газ в твердом состоянии для его транспортирования и хранения, и последующего применения в заинтересованных областях промышленности. Устройство для получения газов в твердом состоянии целесообразно монтировать на продолжении технологической линии сжижения газов, при этом оно будет являться ее дополнительным элементом или составной частью, однако, данное устройство также имеет принципиальную возможность функционировать обособленно (как отдельная установка отверждения сжиженных газов) в условиях замкнутого цикла охлаждения хладагента при получении твердого газа.
Особое преимущество использования газа в твердом состоянии, полученного заявленным способом, заключается в том, что съёмный многоразовый твердогазовый криогенный элемент (ТГКЭЛ) имеет принципиальную теоретическую и в развитие данного направления объективную практическую возможность применяться, как универсальная энергетическая и/или химическая единица оборудования различных систем (питания двигателей топливом, охлаждения, отопления, жизнеобеспечения, энергообеспечения и др.) наземных, подземных, водных, подводных, воздушных, космических и ракетно- космических транспортных и других средств, энергетических, атомных, химических, машиностроительных, электронных и других стационарных и нестационарных установок, устройств и техники гражданского и военного назначения, жилых зданий и сооружений и др.
Claims (21)
1. Способ получения любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии в качестве конечного продукта в промышленном производстве, состоящий по меньшей мере в том, что сжиженный газ, полученный любым известным в настоящее время способом, охлаждают любым известным в настоящее время способом, например с помощью хладагента, имеющего температуру ниже температуры кристаллизации охлаждаемого сжиженного газа, до получения газа в твердом состоянии во всем объеме и упаковки его для хранения, транспортирования и непосредственного использования в универсальную энергетическую и/или химическую единицу оборудования различных систем, например в съемный многоразовый твердогазовый криогенный элемент.
2. Устройство для получения любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии, например метана, состоящее по меньшей мере из конструктивно взаимосвязанных и последовательно функционирующих криогенных блоков единого цикла производства:
блока кристаллизации для охлаждения сжиженного газа до или ниже температуры его кристаллизации с помощью хладагента, например газообразного, сжиженного или твердого азота, и получения отвержденного газа, например метана в твердом состоянии, и его дальнейшего перемещения для формовки и упаковки;
формовочно-упаковочного блока для формования газа в твердом состоянии, например метана в твердом состоянии, и упаковки его в съёмный многоразовый твердогазовый криогенный элемент.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что блок кристаллизации включает по меньшей мере:
теплоизолированный корпус для теплоизоляции и размещения в нем трех концентрически расположенных друг в друге труб, движителя, хладагента и охлаждаемого сжиженного газа;
внутреннюю трубу для нахождения в ней хладагента в динамическом или статическом состоянии;
среднюю трубу для размещения в ней соосно внутренней трубы с хладагентом и расположения в пространстве между внутренней и средней трубами движителя и охлаждаемого сжиженного газа;
внешнюю трубу для размещения в ней соосно средней трубы и нахождения в пространстве между средней и внешней трубами хладагента в динамическом или статическом состоянии;
движитель, например расположенный подвижно на внутренней трубе вращающийся шнек, для принудительного перемещения в пространстве между внутренней и средней трубами охлаждаемого сначала сжиженного, затем в твердом состоянии газа;
газообразный, жидкий или твердый хладагент для охлаждения сжиженного газа до и/или ниже температуры его кристаллизации с направлением перемещения жидкого или газообразного хладагента противоположно перемещению охлаждаемого сжиженного газа.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что формовочно-упаковочный блок включает по меньшей мере:
съемный модуль, состоящий из четырех съемных многоразовых твердогазовых криогенных элементов, крышки, основания для размещения в нем четырех съемных многоразовых твердогазовых криогенных элементов и совместного перемещения съемных многоразовых твердогазовых криогенных элементов внутри барабана;
барабан, состоящий из цилиндра с прорезями и внутренней и внешней крышками с отверстиями, для размещения в нем вращающего и разъединяющего механизмов, шести съемных модулей с четырьмя съёмными многоразовыми твердогазовыми криогенными элементами в каждом съемном модуле и последовательного осуществления в нем процессов формования и упаковки газа в твердом состоянии в съемные многоразовые твердогазовые криогенные элементы, а именно подачи пустого съемного модуля внутрь барабана, формования газа в твердом состоянии и заполнения им съемных многоразовых твердогазовых криогенных элементов, закрытия крышек сосудов съемных многоразовых твердогазовых криогенных элементов, закрытия крышки съемного модуля, вакуумирования внутреннего пространства съемных многоразовых твердогазовых криогенных элементов, удаления съемного модуля из барабана в отсек вакуумирования пространства съемного модуля;
вращающий механизм, состоящий из ведущего вала, захватов и центральной втулки со спицами, для последовательного перемещения съемных модулей через шесть секторов барабана;
разъединяющий механизм, состоящий из отсекающей пластины с отверстиями, механизмов подъема и выталкивания пластины и направляющих, для исключения попадания излишков твердого газа в пространство между внутренним и внешним сосудами съемного многоразового твердогазового криогенного элемента.
5. Съёмный многоразовый твердогазовый криогенный элемент для устройства, указанного в п. 2, состоящий из двух, внешнего и внутреннего, концентрически расположенных один в другом металлических цилиндрических сосудов, между которыми создан вакуум не менее 10 -4 мм рт. ст., для хранения и транспортирования криогенных продуктов, отличающийся тем, что внутренний и внешний сосуды являются разборными для заполнения их газом в твердом состоянии и дальнейшего применения съёмного многоразового твердогазового криогенного элемента как универсальной энергетической и/или химической единицы оборудования различных систем.
6. Съёмный многоразовый твердогазовый криогенный элемент по п. 5, отличающийся тем, что внутренний сосуд в сечении, перпендикулярном оси сосуда, имеет форму, полностью совпадающую с формой отверстия в формовочно-упаковочном блоке по п. 4, для формования газа в твердом состоянии любой плотности в протяженное твердое тело и заполнения им внутреннего сосуда без разрывов и полостей.
7. Съёмный многоразовый твердогазовый криогенный элемент по п. 5, отличающийся тем, что основание съёмного многоразового твердогазового криогенного элемента имеет отверстия для дополнительного вакуумирования пространства внутреннего сосуда.
8. Съёмный многоразовый твердогазовый криогенный элемент по п. 5, отличающийся тем, что в основании съёмного многоразового твердогазового криогенного элемента имеется многопараметрический индикатор состояния твердого газа.
9. Установка отверждения сжиженных газов, содержащая устройство по п. 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019133710A RU2745259C1 (ru) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | Способ получения любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии и устройство для его осуществления со съёмным многоразовым твердогазовым криогенным элементом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019133710A RU2745259C1 (ru) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | Способ получения любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии и устройство для его осуществления со съёмным многоразовым твердогазовым криогенным элементом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2745259C1 true RU2745259C1 (ru) | 2021-03-22 |
Family
ID=75159206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019133710A RU2745259C1 (ru) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | Способ получения любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии и устройство для его осуществления со съёмным многоразовым твердогазовым криогенным элементом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2745259C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1863377A (en) * | 1929-01-28 | 1932-06-14 | Borden Co | Device for solidifying liquids and gases |
| US3521458A (en) * | 1967-07-19 | 1970-07-21 | Air Reduction | Apparatus for making hydrogen slush using helium refrigerant |
| US3901044A (en) * | 1970-04-21 | 1975-08-26 | Laszlo Vahl | Preparation of solid carbon dioxide |
| US20050061028A1 (en) * | 2003-09-24 | 2005-03-24 | Darren Mennie | System for liquefying or freezing xenon |
| RU2337057C2 (ru) * | 2003-03-11 | 2008-10-27 | Майекава Мфг. Ко., Лтд. | Способ производства азотной шуги и устройство для его осуществления |
-
2019
- 2019-10-22 RU RU2019133710A patent/RU2745259C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1863377A (en) * | 1929-01-28 | 1932-06-14 | Borden Co | Device for solidifying liquids and gases |
| US3521458A (en) * | 1967-07-19 | 1970-07-21 | Air Reduction | Apparatus for making hydrogen slush using helium refrigerant |
| US3901044A (en) * | 1970-04-21 | 1975-08-26 | Laszlo Vahl | Preparation of solid carbon dioxide |
| RU2337057C2 (ru) * | 2003-03-11 | 2008-10-27 | Майекава Мфг. Ко., Лтд. | Способ производства азотной шуги и устройство для его осуществления |
| US20050061028A1 (en) * | 2003-09-24 | 2005-03-24 | Darren Mennie | System for liquefying or freezing xenon |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5019683B2 (ja) | ガスハイドレートスラリーの脱水装置及び脱水方法 | |
| EP1375630A1 (en) | Gas hydrate production device and gas hydrate dehydrating device | |
| EP0933583A2 (en) | Cryogenic fluid cylinder filling system | |
| US3011321A (en) | Apparatus for the maintenance of liquefied petroleum products | |
| US20080202629A1 (en) | Two-Step-Process for Filling Gas Containers for Airbag Systems and Gas Filling Device for a Two-Step-Filling Process | |
| RU2745259C1 (ru) | Способ получения любых газов, кроме гелия, в твердом состоянии и устройство для его осуществления со съёмным многоразовым твердогазовым криогенным элементом | |
| KR20090046941A (ko) | 맥주의 후-발효 및/또는 보관, 및/또는 운반, 및/또는 분배장치 | |
| CN112225173B (zh) | 一种小型氢浆制备可视化实验装置 | |
| US3901044A (en) | Preparation of solid carbon dioxide | |
| US3521458A (en) | Apparatus for making hydrogen slush using helium refrigerant | |
| WO2023004434A1 (en) | Cryogenic gas separator | |
| EP1813854A1 (en) | Process and arrangement for filling high pressure gas containers using a filling tube | |
| JP2003050221A (ja) | ハイドレート含有率測定方法、測定装置及びそれを備えた設備 | |
| US3521457A (en) | Apparatus for making hydrogen slush using nitrogen and helium refrigerants | |
| US10351790B2 (en) | Apparatus for molding gas hydrate pellets | |
| CN106895253A (zh) | 一种带有超导散热装置的纤维增强复合材料高压气瓶 | |
| US7810990B2 (en) | Apparatus and method for gelling liquefied gasses | |
| EP1813853B1 (en) | High pressure gas container with an auxiliary valve and process for filling it | |
| JP2003041273A (ja) | 天然ガスハイドレートの生成方法および生成システム | |
| KR102034493B1 (ko) | 재액화 시스템용 팽창터빈 | |
| RU2360193C1 (ru) | Способ производства шуги и устройство для осуществления этого способа | |
| Wieczorek et al. | Operational problems of ethylene transport by LPG gas carriers | |
| CN206094745U (zh) | 一种蓄冷型气体液化装置 | |
| US3023588A (en) | Method of and apparatus for chilling foodstuffs and the like | |
| LU504664B1 (en) | Multi-functional Pressure Vessel |