RU2747123C1

RU2747123C1 - Gas liquefaction method

Info

Publication number: RU2747123C1
Application number: RU2020126171A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Шишков
Original assignee: Владимир Александрович Шишков
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2021-04-28

Abstract

FIELD: gas industry.SUBSTANCE: invention relates to refrigeration and cryogenic technology and is intended for the liquefaction of vaporized components, for example, fuels in land-based power plants and vehicles. A method of gas liquefaction by cooling it with a cold liquid with a temperature lower than the condensation temperature of the liquefied gas is proposed. The container is filled with cold liquid, and the liquefied gas is sprayed and fed to the lower layers of the column of cold liquid in the form of bubbles. The liquefaction is carried out until the cold liquid completely evaporates and is replaced by the liquid phase of the liquefied gas.EFFECT: invention makes it possible to increase efficiency of heat transfer, safety of the liquefaction process and simplify the design of the system for liquefying gases.6 cl, 3 dwg

Description

Способ сжижения газа относится к холодильной и криогенной технике и предназначен для сжижения испарившихся составляющих, например топлив в энергетических установках наземного базирования и транспортных средств.The gas liquefaction method relates to refrigeration and cryogenic technology and is designed to liquefy evaporated components, for example, fuels in land-based power plants and vehicles.

Известны абсорбирующие холодильные циклы, заключающиеся в сжатии и охлаждении газа в бесконтактном теплообменнике, с его последующим дросселированием (рис. 1.30, стр. 48, Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. Под общей редакцией И.А. Сакуна. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987).Known absorbing refrigeration cycles, consisting in the compression and cooling of gas in a contactless heat exchanger, with its subsequent throttling (Fig. 1.30, p. 48, Thermal and structural calculations of refrigeration machines. Edited by IA Sakun. - L .: Mechanical engineering. Leningrad branch, 1987).

Недостатками данного способа являются, во первых, сложность осуществления из-за наличия насосов, компрессоров, имеющих малый ресурс эксплуатации, а также низкая экономичность из-за больших затрат энергии и использовании бесконтактных теплообменников, что ухудшает теплопередачу между теплоносителями.The disadvantages of this method are, firstly, the complexity of implementation due to the presence of pumps, compressors with a short service life, as well as low efficiency due to high energy consumption and the use of contactless heat exchangers, which impairs heat transfer between heat carriers.

Известен способ охлаждения газа с помощью жидкого теплоносителя в бесконтактном теплообменнике (рис. 4.16, стр. 358, Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. Под общей редакцией И.А. Сакуна. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987).A known method of gas cooling using a liquid coolant in a contactless heat exchanger (Fig. 4.16, p. 358, Thermal and structural calculations of refrigeration machines. Edited by IA Sakun. - L .: Mechanical engineering. Leningrad branch, 1987).

Недостаток способа в том, что низка его экономичность, т.к. теплопередача идет через стенку теплообменника, что снижает его эффективность.The disadvantage of this method is that its efficiency is low, because heat transfer goes through the wall of the heat exchanger, which reduces its efficiency.

Известен способ (патент FR 2165731, F25D 3/00, опубл. 1973), в котором сжижаемый газ подают в виде дисперсных частиц. Дисперсный газ состоит из частиц перегретой жидкости, пространство между которыми заполнено недоохлажденным газом.The known method (patent FR 2165731, F25D 3/00, publ. 1973), in which the liquefied gas is supplied in the form of dispersed particles. Dispersed gas consists of particles of superheated liquid, the space between which is filled with undercooled gas.

Недостаток способа заключаются в том, что сложно получить дисперсный газ, т.к. необходимо иметь дополнительный источник холода для получения частиц перегретой жидкости в газе, во вторых, возникает сложность в равномерной подаче и раздачи дисперсного газа по коллекторам и при его подаче в холодную жидкость, т.к. это приводит к колебанию перепадов давления на гидравлических сопротивлениях из-за чередования порций недоохлажденного газа и перегретой жидкости.The disadvantage of this method is that it is difficult to obtain dispersed gas, because it is necessary to have an additional source of cold to obtain particles of a superheated liquid in the gas; secondly, it becomes difficult to uniformly supply and distribute dispersed gas through the collectors and when it is fed into a cold liquid, because this leads to fluctuations in pressure drops across hydraulic resistances due to the alternation of portions of undercooled gas and superheated liquid.

Задачи изобретения: повышение эффективности теплопередачи и улучшение экономичности, а также упрощение конструкции системы для сжижения газов.Objectives of the invention: increasing the efficiency of heat transfer and improving the economy, as well as simplifying the design of the system for liquefying gases.

Поставленные задачи в способе сжижения газа, заключающегося в сжижении газа путем его охлаждения холодной жидкостью с температурой ниже температуры конденсации сжижаемого газа, при этом холодной жидкостью заполняют емкость, а сжижаемый газ распыляют и подают в нижние слои столба холодной жидкости, решаются тем, что сжижаемый газ подают в виде пузырьков, а сжижение их ведут до полного испарения холодной жидкости и замещают ее жидкой фазой сжижаемого газа, а также тем, что измеряют давление во внутренней полости в нижней точке емкости и преобразуют его в управляющий сигнал регулятора давления сжижаемого газа на входе в нижние слои холодной жидкости и тем, что перед началом сжижения газа измеряют уровень холодной жидкости, а в процессе сжижения уровень смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в емкости, сравнивают его с контрольным значением и по полученному сигналу управляют подачей порции холодной жидкости в емкость, при этом уровень холодной жидкости перед процессом сжижения газа и уровень смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в процессе сжижения газа поддерживают постоянным и тем, что при увеличении температуры сжижаемого газа на входе в нижние слои столба холодной жидкости уменьшают размер пузырьков сжижаемого газа, а при ее снижении увеличивают размер пузырьков сжижаемого газа и тем, что пары холодной жидкости, выходящие из емкости, пропускают через первую полость теплообменника, а через его вторую полость пропускают сжижаемый газ перед его подачей в нижние слои столба холодной жидкости и тем, что пары холодной жидкости подают в систему утилизации.The tasks in the method of gas liquefaction, which consists in gas liquefaction by cooling it with a cold liquid with a temperature below the condensation temperature of the liquefied gas, while the container is filled with a cold liquid, and the liquefied gas is sprayed and supplied to the lower layers of the cold liquid column, are solved by the fact that the liquefied gas served in the form of bubbles, and they are liquefied until the cold liquid completely evaporates and is replaced by the liquid phase of the liquefied gas, as well as by measuring the pressure in the internal cavity at the lower point of the container and converting it into a control signal of the pressure regulator of the liquefied gas at the inlet to the lower layers of cold liquid and the fact that before the start of liquefaction of the gas the level of the cold liquid is measured, and in the process of liquefaction the level of the mixture of cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas in the container is compared with the reference value and, according to the received signal, the supply of a portion of the cold liquid into the container is controlled, when this is the level of the cold liquid before the process is liquefied gas and the level of the mixture of cold liquid and liquid phase of the liquefied gas in the process of gas liquefaction are kept constant by the fact that with an increase in the temperature of the liquefied gas at the entrance to the lower layers of the cold liquid column, the size of the bubbles of the liquefied gas decreases, and with its decrease, the size of the bubbles of the liquefied gas increases and the fact that the vapors of the cold liquid leaving the container are passed through the first cavity of the heat exchanger, and the liquefied gas is passed through its second cavity before it is fed into the lower layers of the column of cold liquid and that the vapors of the cold liquid are supplied to the utilization system.

В известных технических решениях признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не обнаружено, следовательно, это решение обладает существенными отличиями. Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в холодильной и криогенной технике и предназначено для сжижения испарившихся составляющих, например топлив или окислителей в энергетических установках наземного базирования и транспортных средств, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».In the known technical solutions, signs similar to those that distinguish the claimed solution from the prototype are not found, therefore, this solution has significant differences. The given set of features in comparison with the prior art makes it possible to conclude that the proposed technical solution meets the "novelty" condition. At the same time, the claimed technical solution is applicable in refrigeration and cryogenic technology and is intended to liquefy evaporated components, such as fuels or oxidants in land-based power plants and vehicles, therefore, it meets the condition of "industrial applicability".

Изобретение поясняется следующими схемами.The invention is illustrated by the following diagrams.

На фиг. 1 представлена схема установки для сжижения газа.FIG. 1 shows a diagram of a gas liquefaction plant.

На фиг. 2 представлена схема установки с датчиком температуры сжижаемого газа на входе и нижние слои холодной жидкости.FIG. 2 shows a diagram of an installation with a liquefied gas temperature sensor at the inlet and the lower layers of a cold liquid.

На фиг. 3 представлена схема установки с дополнительным теплообменником.FIG. 3 shows a diagram of an installation with an additional heat exchanger.

На фиг. 1 система содержит емкость хранилище 1 холодной жидкости соединенная через заправочный клапан 2 с трубопроводом 3 для се заправки. Газовая полость емкости хранилища 1 для ее наддува соединена через клапан 4 с трубопроводом. 5. Система также содержит трубопровод 6, соединенный с выходом клапана 2, емкостью хранилищем 1 и последовательно через клапан 7 и дроссель 8 с емкостью 9, клапаном слива 10 и датчиком давления 11, установленным в нижней части емкости 9 и соединенным с блоком управления 12. Система содержит трубопровод 13 подачи сжижаемого газа, соединенный последовательно через регулятор давления 14 и отсечной клапан 15 с коллектором 16, установленным в нижней части внутpеннего объема емкости 9. Коллектор 16 имеет отверстия для выхода сжижаемого газа в нижние слои холодной жидкости. Блок управления 12 соединен с регулятором давления 14 и отсечным клапаном 15. Система содержит датчик 17 уровня жидкости в емкости 9, соединенный через блок управления 13 с клапаном 7, дросселем 8 и клапаном дренажа 19 из емкости 9. Паровая полость емкости 9 через клапан дренажа 19 и обратный клапан 20 соединена с системой утилизации паров холодной жидкости через трубопровод 21, а также с предохранительным клапаном 23 и газоанализатором 22, который соединен с блоком управления 12 и с блоком управления 18.FIG. 1 the system contains a storage tank 1 of cold liquid connected through a filling valve 2 with a pipeline 3 for all filling. The gas cavity of the storage tank 1 for its pressurization is connected through a valve 4 with a pipeline. 5. The system also contains a pipeline 6 connected to the outlet of the valve 2, the storage tank 1 and in series through the valve 7 and the throttle 8 with the tank 9, the drain valve 10 and the pressure sensor 11 installed in the lower part of the tank 9 and connected to the control unit 12. The system contains a pipeline 13 for supplying liquefied gas, connected in series through a pressure regulator 14 and a shut-off valve 15 with a manifold 16 installed in the lower part of the inner volume of the container 9. The manifold 16 has openings for the outlet of the liquefied gas into the lower layers of cold liquid. The control unit 12 is connected to the pressure regulator 14 and the shut-off valve 15. The system contains a sensor 17 of the liquid level in the tank 9, connected through the control unit 13 to the valve 7, the throttle 8 and the drain valve 19 from the tank 9. The vapor cavity of the tank 9 through the drain valve 19 and the check valve 20 is connected to the cold liquid vapor recovery system through the pipeline 21, as well as to the safety valve 23 and the gas analyzer 22, which is connected to the control unit 12 and to the control unit 18.

Ha фиг. 2 система дополнительно содержит датчик температуры 2-1 на входе сжижаемого газа в коллектор 16, при этом датчик температуры 24 соединен с блоком управления 12.Ha fig. 2, the system additionally contains a temperature sensor 2-1 at the inlet of the liquefied gas to the manifold 16, while the temperature sensor 24 is connected to the control unit 12.

На фиг. 3 система дополнительно содержит первую полость 25 теплообменника, вход которой соединен с выходом обратного клапана 20, а выход с трубопроводом 21 системы утилизации паров холодной жидкости. Вход второй полости 26 теплообменника соединен с трубопроводом 13 подачи сжижаемого газа, а ее выход с входом регулятора давления 14.FIG. 3, the system additionally contains the first heat exchanger cavity 25, the inlet of which is connected to the outlet of the check valve 20, and the outlet to the pipeline 21 of the cold liquid vapor recovery system. The inlet of the second cavity 26 of the heat exchanger is connected to the pipeline 13 for supplying liquefied gas, and its outlet is connected to the inlet of the pressure regulator 14.

Способ по п. 1 формулы (фиг. 1) осуществляют следующим образом. Открывают заправочный клапан 2 и через трубопровод 3 выполняют заправку емкости хранилища 1 холодной жидкостью, например жидким азотом, после этого закрывают заправочный клапан 2. Из емкости хранилища 1 холодную жидкость, например жидкий азот, путем передавливания с помощью наддува емкости хранилища 1 через клапан 4 и трубопровод 5 от внешнего источника газа высокого давления заливают через клапан 7 и дроссель 8 в емкость 9 до контрольного уровня, измеряемого датчиком 17, а пары холодной жидкости аз емкости 9 выходят в утилизатор через клапан дренажа 19, обратный клапан 20 и трубопровод 21. После этого открывают отсечной клапан 15 подачи сжижаемого газа, например метана, из трубопровода 13 через регулятор давления 11. С выхода отсечного клапана 15 сжижаемый газ, например метан, поступает в коллектор 16, откуда через отверстия в нем попадает в нижние слои холодной жидкости, например жидкого азота. Пузырьки сжижаемого газа, например метана, под действием сил Архимеда поднимаются вверх через слои холодной жидкости, например жидкого азота, они охлаждаются и конденсируются, образуя жидкую фазу сжижаемого таза, например метана. Образовавшаяся пары холодной жидкости, например азота, заполняет паровую полость над зеркалом смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в емкости 9, а излишки паров холодной жидкости, например азота, через клапан 19, обратный клапан 20 и трубопровод 21 поступают в утилизатор паров холодной жидкости, например азота. Полученная жидкая фаза сжижаемого газа, например метана, переохлаждена, т.к. его температура испарения значительно выше температуры испарения холодной жидкости, например жидкого азота. Поэтому в паровой полости над зеркалом смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в емкости 9 с начала и во всем периоде процесса сжижения сжижаемого газа находятся пары холодной жидкости, например азота. При использовании в качестве холодной жидкости жидкого азота, а в качестве сжижаемого газа метана, получают полное сжижение газообразного метана и постепенное замещение жидким метаном жидкого азота в емкости 9. В конце процесса сжижения в паровой полости емкости 9 находиться смесь паров холодной жидкости, например азота, и паров сжижаемого газа, например метана. Процесс сжижения контролируют по падению давления, измеренного датчиком 11 в нижней части емкости 9, и сравненного с контрольным значением в блоке управления 12. Плотность жидкой фазы сжижаемого газа, например метана, меньше плотности холодной жидкости, например азота, а давление насыщенных паров переохлажденного метана значительно ниже давления насыщенных паров азота, поэтому в процессе сжижения газа давление измеренное датчиком 11 снижается. Завершение процесса сжижения газа, например метана, контролируют газоанализатором 22, при этом его измерения содержания паров сжижаемого газа в паровой полости емкости 9 поступают в блок управления 12 и блок управления 18. При повышении процентного содержания паров сжижаемого газа, например метана, в паровой полости емкости 9, например выше 50%, блок управления 18 выдает команду на проверку и закрытие клапана 7 и клапана дренажа 19, а блок управления 12 на закрытие отсечного клапана 15. Жидкую фазу сжижаемого газа, например жидкого метана, направляют к потребителю через клапан слива 10 и далее процесс сжижения повторяют. При возрастании давления в паровой полости над зеркалом смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в емкости 9 выше рабочего значения открывают предохранительный клапан 23. Использование контактного Охлаждения путем пропускания пузырьком сжижаемого газа через холодную жидкость снижает потери теплоты по сравнению с бесконтактным способом охлаждения и снижает расход холодной жидкости на сжижение сжижаемого газа, что повышает экономичность процесса сжижения газа.The method according to claim 1 of the formula (Fig. 1) is carried out as follows. The filling valve 2 is opened and through the pipeline 3 the storage tank 1 is filled with a cold liquid, for example liquid nitrogen, then the filling valve 2 is closed. From the storage tank 1, a cold liquid, for example liquid nitrogen, is squeezed by pressurizing the storage tank 1 through valve 4 and pipeline 5 from an external source of high-pressure gas is poured through valve 7 and throttle 8 into container 9 to the control level measured by sensor 17, and vapors of cold liquid from container 9 exit into the heat exchanger through drain valve 19, check valve 20 and pipeline 21. After that open the cut-off valve 15 for supplying liquefied gas, for example methane, from the pipeline 13 through the pressure regulator 11. From the outlet of the cut-off valve 15, the liquefied gas, for example methane, enters the collector 16, from where, through the holes in it, it enters the lower layers of cold liquid, for example liquid nitrogen ... Bubbles of a liquefied gas, such as methane, under the action of Archimedes' forces rise up through layers of cold liquid, such as liquid nitrogen, they cool and condense, forming a liquid phase of a liquefied basin, such as methane. The resulting vapor of a cold liquid, for example nitrogen, fills the vapor cavity above the mirror of a mixture of a cold liquid and a liquid phase of a liquefied gas in tank 9, and excess vapors of a cold liquid, such as nitrogen, through valve 19, check valve 20 and pipeline 21 enter the heat exchanger for cold liquid vapors such as nitrogen. The resulting liquid phase of the liquefied gas, for example methane, is supercooled, because its evaporation temperature is significantly higher than that of a cold liquid such as liquid nitrogen. Therefore, in the vapor cavity above the mirror of the mixture of the cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas in the container 9, from the beginning and throughout the entire period of the liquefaction process of the liquefied gas, there are vapors of a cold liquid, such as nitrogen. When liquid nitrogen is used as a cold liquid, and methane as a liquefied gas, a complete liquefaction of gaseous methane and a gradual replacement of liquid nitrogen in tank 9 with liquid methane are obtained. At the end of the liquefaction process, a mixture of cold liquid vapors, such as nitrogen, is present in the vapor cavity of the tank 9. and vapors of a liquefied gas such as methane. The liquefaction process is monitored by the pressure drop measured by the sensor 11 in the lower part of the vessel 9 and compared with the reference value in the control unit 12. The density of the liquid phase of the liquefied gas, for example methane, is less than the density of a cold liquid, such as nitrogen, and the saturated vapor pressure of supercooled methane is significantly below the pressure of saturated nitrogen vapors, therefore, in the process of gas liquefaction, the pressure measured by the sensor 11 decreases. The completion of the process of liquefying gas, for example methane, is controlled by the gas analyzer 22, while its measurements of the vapor content of the liquefied gas in the vapor cavity of the vessel 9 are fed to the control unit 12 and the control unit 18. When the percentage of vapors of the liquefied gas, such as methane, in the vapor cavity of the vessel increases 9, for example above 50%, control unit 18 issues a command to check and close valve 7 and drain valve 19, and control unit 12 to close shut-off valve 15. The liquid phase of the liquefied gas, for example liquid methane, is directed to the consumer through the drain valve 10 and then the liquefaction process is repeated. When the pressure in the vapor cavity above the mirror of the mixture of cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas in the vessel 9 rises above the operating value, the safety valve 23 is opened. The use of contact cooling by passing a bubble of the liquefied gas through the cold liquid reduces heat loss in comparison with the contactless method of cooling and reduces the flow rate cold liquid to liquefy the liquefied gas, which increases the efficiency of the gas liquefaction process.

Способ по п. 2 формулы (фиг. 1) осуществляют следующим образом. В связи с тем, что плотность смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в емкости 9 будет изменяться, то для поддержания необходимого расхода сжижаемого газа, измеряют давление смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в нижней части емкости 9 датчиком 11, полученное значение сравнивают с контрольным значением в блоке управления 12 и управляют регулятором давления 14 подачи сжижаемого газа. Для холодной жидкости, например жидкого азота и для сжижаемого газа, например метана, при увеличение доли его жидкой фазы в смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа давление в нижней части емкости 9 уменьшается за счет меньшей плотности жидкой фазы метана. Это уменьшает сопротивление на выходе пузырьков сжижаемого газа из коллектора 16, что может привести к увеличению расхода сжижаемого газа через него. Поэтому блок управления 12 выдает команду на регулятор давления 14 для снижения давления и расхода сжижаемого газа через коллектор 16. Снижение расхода метана в процессе работы позволяет полностью его сжижать при движении пузырьков газа вверх через слои смеси холодной жидкости, например азота и жидкой фазы сжижаемого газа, например метана, в емкости 9. Для холодной жидкости, например жидкого азота и для сжижаемого газа, например кислорода, при увеличение доли его жидкой фазы в смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа давление в нижней части емкости 9 увеличивается за счет большей плотности жидкой фазы кислорода. Это увеличивает сопротивление на выходе пузырьков сжижаемого газа из коллектора 16, что уменьшает расход сжижаемого газа, например кислорода, через него. Поэтому блок управления 12 выдает команду на регулятор давления 14 для увеличения давления и расхода сжижаемого газа, например кислорода, через коллектор 16. Увеличение расхода кислорода позволяет не замедлять процесс его сжижения.The method according to claim 2 of the formula (Fig. 1) is carried out as follows. Due to the fact that the density of the mixture of the cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas in the container 9 will change, in order to maintain the required flow rate of the liquefied gas, the pressure of the mixture of the cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas in the lower part of the container 9 is measured by the sensor 11, the obtained value is compared with a control value in the control unit 12 and control the pressure regulator 14 for the supply of liquefied gas. For a cold liquid, for example liquid nitrogen and for a liquefied gas, for example methane, with an increase in the proportion of its liquid phase in a mixture of a cold liquid and a liquid phase of a liquefied gas, the pressure in the lower part of the container 9 decreases due to the lower density of the liquid phase of methane. This reduces the resistance at the outlet of the bubbles of the liquefied gas from the manifold 16, which can lead to an increase in the flow rate of the liquefied gas through it. Therefore, the control unit 12 issues a command to the pressure regulator 14 to reduce the pressure and flow rate of the liquefied gas through the manifold 16. Reducing the flow rate of methane during operation allows it to be completely liquefied when gas bubbles move upward through the layers of a mixture of cold liquid, for example nitrogen and the liquid phase of the liquefied gas. for example, methane, in a container 9. For a cold liquid, for example liquid nitrogen and for a liquefied gas, for example oxygen, with an increase in the proportion of its liquid phase in a mixture of a cold liquid and a liquid phase of a liquefied gas, the pressure in the lower part of the container 9 increases due to the higher density of the liquid phase oxygen. This increases the resistance at the outlet of the bubbles of the liquefied gas from the manifold 16, which reduces the flow rate of the liquefied gas, such as oxygen, through it. Therefore, the control unit 12 issues a command to the pressure regulator 14 to increase the pressure and flow rate of the liquefied gas, such as oxygen, through the manifold 16. Increasing the flow rate of oxygen allows not to slow down the process of its liquefaction.

Способ по п. 3 формулы (фиг. 1) осуществляют следующим образом. Для поддержания постоянного уровня холодной жидкости перед процессом сжижения газа и поддержания постоянного уровня в процессе сжижения газа смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в емкости 9 в ней измеряют уровень датчиком 17 и, если уровень снизился, что происходит из-за испарения холодной жидкости, например жидкого азота, и высокой температуры сжижаемого газа на входе в коллектор 16, то блок управления 18 подает команду на открытие клапана 7 и дросселя 8. При достижений требуемого уровня клапан 7 и дроссель 8 закрывают. Поддержание постоянного уровня жидкой фазы холодной жидкости и смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в емкости 9 позволяет повысить безопасность сжижения газа, т.к. паровая полость емкости 9 остается постоянного объема, при этом жидкая фаза смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа не попадут в клапан дренажа 19 и в трубопровод 21 утилизации паров холодной жидкости, а также обеспечит полное сжижение сжижаемого газа за счет постоянной высоты столба смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в емкости 9.The method according to claim 3 of the formula (Fig. 1) is carried out as follows. To maintain a constant level of cold liquid before the gas liquefaction process and to maintain a constant level in the process of gas liquefaction, a mixture of cold liquid and a liquid phase of the liquefied gas in the container 9, the level is measured in it by the sensor 17 and, if the level has decreased, which occurs due to the evaporation of the cold liquid, for example, liquid nitrogen, and a high temperature of the liquefied gas at the inlet to the manifold 16, then the control unit 18 gives a command to open valve 7 and throttle 8. When the required level is reached, valve 7 and throttle 8 are closed. Maintaining a constant level of the liquid phase of the cold liquid and the mixture of the cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas in the tank 9 makes it possible to increase the safety of the gas liquefaction, because the vapor cavity of the container 9 remains of a constant volume, while the liquid phase of the mixture of the cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas will not enter the drain valve 19 and into the pipeline 21 for utilizing the vapors of the cold liquid, and will also ensure complete liquefaction of the liquefied gas due to the constant height of the column of the mixture of cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas in the tank 9.

Способ по п. 4 формулы (фиг. 2) осуществляют следующим образом. Датчиком 24 измеряют температуру сжижаемого газа на входе в коллектор 16, сравнивают ее с контрольными значениями в блоке управления 12 и при ее увеличении по сравнению с контрольными значениями, уменьшают размер пузырьков сжижаемого газа, а при ее снижении увеличивают размер пузырьков сжижаемого газа. Размер пузырьков сжижаемого газа, выходящего из отверстий коллектора 16 в нижние слои холодной жидкости в емкости 9 изменяют несколькими вариантами. Во первых, изменением давления сжижаемого газа на входе в коллектор 16, т.е. при увеличении температуры сжижаемого газа на входе в коллектор 16, измеренной датчиком температуры 24, сигнал с которого поступает в блок управления 12, а блок управления 12 формирует команду на регулятор давления 14 на уменьшение давления сжижаемого газа. А при снижении температуры сжижаемого газа на входе в коллектор 16, измеренной датчиком температуры 24, сигнал с которого поступает в блок управления 12, а блок управления 12 формирует команду на регулятор давления. 14 на увеличение давления сжижаемого газа. Во вторых, изменением площади проходных сечений отверстий в коллекторе 16 для выхода пузырьков сжижаемого газа в нижние слои холодной жидкости. Изменение проходных сечений отверстий в коллекторе 16 выполняют двумя вариантами: механизмом изменения сечения отверстий или переключением разных полостей коллектора 16, каждая из полостей коллектора имеет разные диаметры отверстий для выхода сжижаемого газа. Изменение размеров пузырьков сжижаемого газа выходящего в нижние слои холодной жидкости из отверстий коллектора 16 позволяет уменьшить возможность попадания паров сжижаемого газа в паровую полость емкости 9, т.к. все пузырьки конденсируются в процессе их движения от коллектора 16 до зеркала жидкой фазы смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа.The method according to claim 4 of the formula (Fig. 2) is carried out as follows. The sensor 24 measures the temperature of the liquefied gas at the inlet to the collector 16, compares it with the control values in the control unit 12 and when it increases in comparison with the control values, the bubble size of the liquefied gas decreases, and when it decreases, the bubble size of the liquefied gas increases. The size of the bubbles of the liquefied gas leaving the openings of the collector 16 into the lower layers of the cold liquid in the container 9 is changed in several ways. First, by changing the pressure of the liquefied gas at the inlet to the manifold 16, i.e. with an increase in the temperature of the liquefied gas at the inlet to the manifold 16, measured by the temperature sensor 24, the signal from which is sent to the control unit 12, and the control unit 12 generates a command to the pressure regulator 14 to decrease the pressure of the liquefied gas. And when the temperature of the liquefied gas decreases at the inlet to the manifold 16, measured by the temperature sensor 24, the signal from which is sent to the control unit 12, and the control unit 12 generates a command to the pressure regulator. 14 to increase the pressure of the liquefied gas. Secondly, by changing the area of the flow cross-sections of the openings in the manifold 16 for the release of bubbles of the liquefied gas into the lower layers of the cold liquid. Changing the flow cross-sections of the holes in the manifold 16 is performed in two ways: by a mechanism for changing the cross-section of the holes or by switching different cavities of the manifold 16, each of the manifold cavities has different diameters of the holes for the outlet of the liquefied gas. Changing the size of the bubbles of the liquefied gas coming out into the lower layers of the cold liquid from the openings of the collector 16 makes it possible to reduce the possibility of the vapor of the liquefied gas entering the vapor cavity of the container 9, since all bubbles are condensed during their movement from the collector 16 to the liquid phase mirror of the mixture of cold liquid and liquid phase of the liquefied gas.

Способ по п. 5 формулы (фиг. 3) осуществляют следующим образом. Пары холодной жидкости, выходящие из емкости 9 последовательно через клапан дренажа 19 и обратный клапан 20, имеют достаточно низкую температуру. Поэтому для использования этого холода из обратного клапана 20 пары холодной жидкости поступают на вход в первую полость 24 теплообменника, с выхода которой они направляются в трубопровод 21 утилизации паров холодной жидкости. На вход во вторую полость 25 теплообменника из трубопровода 13 подают сжижаемый газ, с выхода которой он поступает на вход регулятора давления 14. Использование остаточного холода паров холодной жидкости повышает экономичность процесса сжижения сжижаемого газа.The method according to claim 5 of the formula (Fig. 3) is carried out as follows. The vapors of the cold liquid leaving the container 9 in series through the drain valve 19 and the check valve 20 have a sufficiently low temperature. Therefore, to use this cold from the check valve 20, vapors of cold liquid enter the inlet into the first cavity 24 of the heat exchanger, from the outlet of which they are directed to the pipeline 21 for utilizing vapors of the cold liquid. The liquefied gas is supplied to the inlet to the second cavity 25 of the heat exchanger from the pipeline 13, from the outlet of which it enters the inlet of the pressure regulator 14. The use of residual cold of the cold liquid vapor increases the efficiency of the liquefied gas liquefaction process.

Способ по п. 6 формулы (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) осуществляют следующим образом. Пары холодной жидкости, выходящие из паровой полости емкости 9, подают в систему утилизации в трубопровод 21. Система утилизации паров холодной жидкости, например, может состоять из системы их охлаждения с помощью криогенных машин. Утилизация паров холодной жидкости позволяет повысить экономичность процесса сжижения газа.The method according to claim 6 of the formula (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3) is carried out as follows. The vapors of the cold liquid leaving the vapor cavity of the container 9 are fed to the utilization system in the pipeline 21. The system for utilizing the vapors of the cold liquid, for example, may consist of a system for cooling them using cryogenic machines. Utilization of vapors of a cold liquid makes it possible to increase the efficiency of the gas liquefaction process.

Из-за того, что пузырьки сжижаемого газа непосредственно контактируют с холодной жидкостью, повышена эффективность теплопередачи, а также экономичность процесса сжижения газа, т.к. нет потерь при теплопередаче через стенку теплообменника.Due to the fact that the bubbles of the liquefied gas are in direct contact with the cold liquid, the efficiency of heat transfer is increased, as well as the efficiency of the gas liquefaction process, because no losses during heat transfer through the heat exchanger wall.

Из-за управления подачей расхода сжижаемого газа также повышена экономичность и безопасность процесса сжижения, т.к. исключается возможность попадания паров сжижаемого газа, например, метана через клапан дренажа 19 в систему утилизации, например, азота.Due to the control of the flow rate of the liquefied gas, the efficiency and safety of the liquefaction process is also increased, since the possibility of the ingress of vapors of the liquefied gas, for example, methane through the drain valve 19, into the utilization system, for example, of nitrogen, is excluded.

Из-за поддержания уровня смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа в емкости 9 повышена экономичность и безопасность процесса сжижения газа, т.к. исключена возможность резкого снижения уровня, в результате чего сжижаемый газ из коллектора 16, проходя через слои смеси холодной жидкости и жидкой фазы сжижаемого газа, не достигает паровой полости емкости 9 в газообразном виде.Due to the maintenance of the level of the mixture of cold liquid and liquid phase of the liquefied gas in the tank 9, the efficiency and safety of the gas liquefaction process is increased, since the possibility of a sharp decrease in the level is excluded, as a result of which the liquefied gas from the collector 16, passing through the layers of a mixture of cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas, does not reach the vapor cavity of the container 9 in gaseous form.

Из-за использования остаточного холода паров холодной жидкости в контактном теплообменнике для охлаждения сжижаемого газа на входе в установку также повышена экономичность процесса сжижения газов.Due to the use of residual cold of cold liquid vapors in a contact heat exchanger to cool the liquefied gas at the inlet to the unit, the efficiency of the gas liquefaction process is also increased.

Из-за отсутствия дорогостоящих компрессоров и теплообменников упрощена схема системы сжижения газов, а также повышена безопасность сжижения горючих углеводородных газов, т.к. они не попадают в атмосферу.Due to the lack of expensive compressors and heat exchangers, the scheme of the gas liquefaction system has been simplified, and the safety of the liquefaction of flammable hydrocarbon gases has been increased, since they do not enter the atmosphere.

За счет утилизации паров холодной жидкости также повышена экономичность процесса сжижения газа.The efficiency of the gas liquefaction process is also increased due to the utilization of vapors of the cold liquid.

Таким образом, изобретением усовершенствован способ сжижения газа контактным методом путем его прокачки в виде отдельных пузырьков через холодную жидкость.Thus, the invention has improved a method for liquefying a gas by the contact method by pumping it in the form of separate bubbles through a cold liquid.

Claims

1. A method of gas liquefaction by cooling it with a cold liquid with a temperature below the condensation temperature of the liquefied gas, while the container is filled with a cold liquid, and the liquefied gas is sprayed and fed into the lower layers of a column of cold liquid, characterized in that the liquefied gas is supplied in the form of bubbles, and they are liquefied until the cold liquid completely evaporates and is replaced by the liquid phase of the liquefied gas.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure in the inner cavity at the lower point of the container is measured and converted into a control signal of the pressure regulator of the liquefied gas at the inlet to the lower layers of the cold liquid.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that before the start of gas liquefaction, the level of the cold liquid is measured, and during the liquefaction, the level of the mixture of cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas in the container is compared with the reference value and, according to the received signal, the supply is controlled. portions of cold liquid into the container, while the level of the cold liquid before the gas liquefaction process and the level of the mixture of the cold liquid and the liquid phase of the liquefied gas during the gas liquefaction process are kept constant.

4. The method according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that with an increase in the temperature of the liquefied gas at the inlet to the lower layers of the cold liquid column, the size of the bubbles of the liquefied gas is reduced, and with its decrease, the size of the bubbles of the liquefied gas increases.

5. The method according to claim 1, or 2, or 3, or 4, characterized in that the vapors of the cold liquid leaving the container are passed through the first cavity of the heat exchanger, and the liquefied gas is passed through its second cavity before it is fed to the lower layers of the column cold liquid.

6. The method according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, characterized in that the vapors of the cold liquid are fed to the utilization system.