RU2781731C1 - Adsorption system of reversible accumulation of vapors of liquefied natural gas - Google Patents
Adsorption system of reversible accumulation of vapors of liquefied natural gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781731C1 RU2781731C1 RU2022103688A RU2022103688A RU2781731C1 RU 2781731 C1 RU2781731 C1 RU 2781731C1 RU 2022103688 A RU2022103688 A RU 2022103688A RU 2022103688 A RU2022103688 A RU 2022103688A RU 2781731 C1 RU2781731 C1 RU 2781731C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- natural gas
- liquefied natural
- adsorber
- accumulator
- storage
- Prior art date
Links
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 148
- 230000002441 reversible Effects 0.000 title claims description 11
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 title abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 description 2
- SAZUGELZHZOXHB-UHFFFAOYSA-N N-(acetylcarbamoyl)-2-bromo-2-ethylbutanamide Chemical compound CCC(Br)(CC)C(=O)NC(=O)NC(C)=O SAZUGELZHZOXHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области хранения природного газа в комбинированном: сжиженном и адсорбированном состоянии. Использование природного газа в качестве ключевого энергоресурса заложено в энергетической стратегии большинства развивающихся стран в средне- и долгосрочной перспективе. Ввиду того, что природный газ в нормальных условиях находится в газообразном состоянии, требуются специальные технологии его хранения и транспортировки для повышения удельной объемной энергоемкости. Хранение природного газа в сжиженном состоянии (СПГ) при криогенных температурах позволяет увеличить удельную объемную емкость системы хранения до 600 м3 (НТД)/м3 (НТД - нормальные температура 293 К и давление 101325 Па), а в энергетическом отношении - до 5,58 МВт/м3. Ввиду выдающихся энергетических характеристик использование СПГ активно продвигается для газомоторного транспорта, систем общей и автономной газификации.The invention relates to the field of storage of natural gas in a combined: liquefied and adsorbed state. The use of natural gas as a key energy resource is embedded in the energy strategy of most developing countries in the medium and long term. Due to the fact that natural gas is in a gaseous state under normal conditions, special technologies for its storage and transportation are required to increase the specific volumetric energy intensity. Storage of natural gas in a liquefied state (LNG) at cryogenic temperatures makes it possible to increase the specific volumetric capacity of the storage system up to 600 m 58 MW / m 3 . Due to the outstanding energy performance, the use of LNG is actively promoted for natural gas vehicles, general and autonomous gasification systems.
При хранении СПГ в изотермических резервуарах-хранилищах внутри этих емкостей образуется избыток газовой фазы за счет влияния внешних теплопритоков, что может привести к аварии. В настоящее время для защиты систем хранения от повышения давления предусматривают две независимые автоматические системы: закрытую систему газо-сброса через регулировочные клапаны для сжигания на факеле и систему газо-сброса через предохранительные клапаны на свечу рассеивания непосредственно в атмосферу [СП 240.1311500.2015. Хранилища сжиженного природного газа. Требования пожарной безопасности. М.: МЧС России. 2015. 29 с.].When storing LNG in isothermal storage tanks, an excess of the gas phase is formed inside these tanks due to the influence of external heat inflows, which can lead to an accident. Currently, to protect storage systems from pressure increase, two independent automatic systems are provided: a closed gas vent system through control valves for flaring and a gas vent system through safety valves to the dispersion candle directly into the atmosphere [SP 240.1311500.2015. Storage facilities for liquefied natural gas. fire safety requirements. M.: EMERCOM of Russia. 2015. 29 p.].
Указанные методы обеспечения безопасности резервуаров СПГ приводят к возникновению невозвратных потерь ценного энергоресурса и снижению энергоэффективности систем хранения СПГ. Кроме того, сброс природного газа, даже в случае его сжигания на свече, приводит к увеличению парниковых газов в атмосфере, и оказывает негативное влияние на экологическую обстановку. Для сохранения и последующего полезного использования избыточного объема паров, образующихся в процессе хранения СПГ, представляется эффективным решение по его аккумулированию в адсорбированном виде - АПГ. Тем самым избыточный объем газа не будет сброшен в окружающую среду или сожжен на факеле, а будет аккумулирован внутри адсорбционного резервуара, и далее может быть полезно использован в энергетических установках разного назначения.These methods for ensuring the safety of LNG tanks lead to irretrievable losses of a valuable energy resource and reduce the energy efficiency of LNG storage systems. In addition, the discharge of natural gas, even if it is burned on a candle, leads to an increase in greenhouse gases in the atmosphere, and has a negative impact on the environment. For the conservation and subsequent beneficial use of the excess volume of vapors generated during the storage of LNG, it seems to be an effective solution for its accumulation in an adsorbed form - APG. Thus, the excess volume of gas will not be discharged into the environment or burned in a flare, but will be accumulated inside the adsorption tank, and then it can be usefully used in power plants for various purposes.
Известен патент CN103133864A, в котором предлагается использование комбинированной системы подачи газа потребителю, в частности, двигатель внутреннего сгорания, содержащей две системы хранения газа - адсорбционный аккумулятор (АПГ) и криогенную емкость для хранения СПГ. В описанной схеме адсорбционный аккумулятор природного газа содержит установленную внутри теплообменную трубку, по которой осуществляется подвод тепловой энергии к адсорбенту для интенсификации процесса десорбции газа. Изобретение реализуется следующим способом. При перемещении на короткие расстояния или в затрудненных дорожных условиях, когда требуемые расходы природного газа не велики, газ поступает в двигатель из адсорбционной системы хранения. В случае перемещения на большие расстояния, когда требуется большой запас топлива, используется природный газ из системы хранения СПГ. В процессе работы двигателя, при изменениях режимов его работы имеется возможность переключаться между системами хранения природного газа. Такая комбинированная система имеет преимущества, связанные с простотой конструкции, простотой в ее эксплуатации, и относительно низкой стоимостью. К недостаткам настоящего изобретения относится отсутствие решений по улавливанию паров СПГ, а также необходимость подведения энергии для осуществления процесса десорбции газа, что снижает энергоэффективность использования адсорбционного бака-накопителя.Known patent CN103133864A, which proposes the use of a combined gas supply system to the consumer, in particular, an internal combustion engine containing two gas storage systems - an adsorption accumulator (APG) and a cryogenic storage tank for LNG. In the described scheme, the natural gas adsorption accumulator contains a heat exchange tube installed inside, through which thermal energy is supplied to the adsorbent to intensify the gas desorption process. The invention is implemented in the following way. When driving short distances or in difficult road conditions, when the required natural gas flow rates are not high, the gas is supplied to the engine from an adsorption storage system. For long distance travel requiring a large supply of fuel, natural gas from the LNG storage system is used. During the operation of the engine, with changes in its operating modes, it is possible to switch between natural gas storage systems. Such a combined system has the advantages of simplicity of design, ease of operation, and relatively low cost. The disadvantages of the present invention include the lack of solutions for capturing LNG vapors, as well as the need to supply energy for the gas desorption process, which reduces the energy efficiency of using an adsorption storage tank.
В группе работ [Liquid natural gas regasification combined with adsorbed natural gas filling system, Exergy of LNG regasification - possible utilization method. Case study of LNG - ANG coupling] представлена схема, совместного использования систем СПГ и АПГ, где адсорбционный накопитель, заполненный адсорбентом с установленным внутри испарителем, используется в качестве блока регазификации сжиженного природного газа. Суть функционирования схемы заключается в следующем. Поток СПГ подается на блок регазификации, представляющий собой теплообменный аппарат, установленный в слое адсорбента. При газификации СПГ холод фазового перехода охлаждает адсорбент. В то же время при адсорбции природного газа выделяется теплота адсорбции, способствующая испарению СПГ в теплообменнике. Газифицированный поток газа направляется потребителю, а часть этого потока направляется непосредственно в сам адсорбционный аккумулятор. Авторами отмечается, что в таком процессе значительно повышается эффективность системы регазификации СПГ. Аналогичная схема системы регазификации упоминается в работах [Study of metal-organic framework MIL-101(Cr) for natural gas (methane) storage and compare with other MOFs (metal-organic frameworks)] и [Extraordinarily large and stable methane delivery of MIL-53(Al) under LNG-ANG conditions], где в качестве адсорбента предложено использовать металлорганические каркасные структуры. К недостаткам предлагаемой в указанных работах схемы следует отнести тот факт, что она не решает проблемы необходимости утилизации паров СПГ, образующихся внутри криогенного резервуара в результате поступления внешних теплопритоков и, соответственно, проблемы выброса парниковых газов. In the group of works [Liquid natural gas regasification combined with adsorbed natural gas filling system, Exergy of LNG regasification - possible utilization method. Case study of LNG - ANG coupling] presents a scheme for the joint use of LNG and APG systems, where an adsorption tank filled with an adsorbent with an evaporator installed inside is used as a liquefied natural gas regasification unit. The essence of the functioning of the scheme is as follows. The LNG flow is fed to the regasification unit, which is a heat exchanger installed in the adsorbent bed. During LNG gasification, the cold of the phase transition cools the adsorbent. At the same time, during the adsorption of natural gas, heat of adsorption is released, which contributes to the evaporation of LNG in the heat exchanger. The gasified gas flow is sent to the consumer, and part of this flow is sent directly to the adsorption accumulator itself. The authors note that this process significantly increases the efficiency of the LNG regasification system. A similar scheme of the regasification system is mentioned in [Study of metal-organic framework MIL-101(Cr) for natural gas (methane) storage and compare with other MOFs (metal-organic frameworks)] and [Extraordinarily large and stable methane delivery of MIL- 53(Al) under LNG-ANG conditions], where it was proposed to use organometallic framework structures as an adsorbent. The disadvantages of the scheme proposed in these works include the fact that it does not solve the problem of the need to utilize LNG vapors generated inside the cryogenic reservoir as a result of external heat inflows and, accordingly, the problem of greenhouse gas emissions.
Наиболее близким по сути и достигаемому результату является патент CN102536519A, в котором приводится описание автомобильной бортовой системы питания автомобиля на основе сжиженного природного газа (СПГ), где используется адсорбционный бак-накопитель, заполненный активным углем, для улавливания паров сжиженного природного газа, The closest in essence and achieved result is the patent CN102536519A, which describes an automobile on-board power supply system of a car based on liquefied natural gas (LNG), which uses an adsorption storage tank filled with active carbon to capture vapors of liquefied natural gas,
Предлагаемая топливная система на сжиженном природном газе включает резервуар для хранения сжиженного природного газа, в котором нижний выход резервуара для хранения сжиженного природного газа соединен с входом испарителя через регулирующий клапан, выход испарителя соединен с входом редуктора давления, выход редуктора давления соединен с впускным газовым каналом двигателя, выхлопной газовый канал двигателя соединен с входом блока очистки выхлопных газов, выход блока очистки выхлопных газов соединен с входом внешней полости (рубашкой) адсорбера с активированным углем, верхний выход резервуара для хранения сжиженного природного газа соединен с входом внутренней полости адсорбера через клапан, а выход внутренней полости адсорбера соединен с впускным газовым каналом двигателя через клапан подачи газа. Основная идея изобретения состоит в том, что адсорбционная способность адсорбента в виде активированного угля по отношению к природному газу значительно увеличивается при низкой температуре; когда автомобиль на сжиженном природном газе останавливается, активированный уголь используется для адсорбции низкотемпературного природного газа, образующегося из-за медленного испарения топлива; когда автомобиль движется, высокопотенциальная теплота выхлопных газов двигателя используется для десорбции природного газа из активированного угля, после чего газ подается в двигатель. Таким образом, автомобильная топливная система на сжиженном природном газе имеет преимущества надежной работы, энергосбережения и экологичности. К недостатку настоящего изобретения относится сравнительно низкая эффективность аккумулирования адсорбционной системы хранения из-за выделяемой теплоты адсорбции, которая будет компенсировать охлаждение адсорбента низкотемпературными парами СПГ, ввиду чего без дополнительного охлаждения система и адсорбент не будут значительно охлаждаться и, следовательно, не будет расти ее адсорбционная эффективность. Кроме того, такая система обладает рядом технических сложностей, связанных с реализацией циклической работы в режиме «накопление-выдача» по причине возникновения значительных температурных градиентов в адсорбционном баке-накопителе: в рамках одного цикла накопление паров газа должно происходить в условиях криогенных температур (минус 160°С), а выдача - при температуре продуктов сгорания топлива (не ниже плюс 100°С). The proposed liquefied natural gas fuel system includes a tank for storing liquefied natural gas, in which the lower outlet of the tank for storing liquefied natural gas is connected to the inlet of the evaporator through a control valve, the outlet of the evaporator is connected to the inlet of a pressure reducer, the outlet of the pressure reducer is connected to the inlet gas channel of the engine , the exhaust gas channel of the engine is connected to the inlet of the exhaust gas purification unit, the outlet of the exhaust gas purification unit is connected to the inlet of the external cavity (jacket) of the activated carbon adsorber, the upper outlet of the liquefied natural gas storage tank is connected to the inlet of the internal cavity of the adsorber through the valve, and the outlet internal cavity of the adsorber is connected to the inlet gas channel of the engine through the gas supply valve. The main idea of the invention is that the adsorption capacity of the activated carbon adsorbent in relation to natural gas increases significantly at low temperature; when the liquefied natural gas vehicle stops, activated carbon is used to adsorb the low-temperature natural gas generated due to the slow evaporation of the fuel; when the car is moving, the high potential heat of the engine exhaust gases is used to desorb the natural gas from the activated carbon, after which the gas is supplied to the engine. Thus, the automotive liquefied natural gas fuel system has the advantages of reliable performance, energy saving and environmental friendliness. The disadvantage of the present invention is the relatively low efficiency of accumulation of the adsorption storage system due to the released heat of adsorption, which will compensate for the cooling of the adsorbent by low-temperature LNG vapor, due to which, without additional cooling, the system and the adsorbent will not cool significantly and, therefore, its adsorption efficiency will not increase. . In addition, such a system has a number of technical difficulties associated with the implementation of cyclic operation in the "accumulation-discharge" mode due to the occurrence of significant temperature gradients in the adsorption storage tank: within one cycle, the accumulation of gas vapors must occur at cryogenic temperatures (minus 160 °C), and delivery - at a temperature of fuel combustion products (not lower than plus 100°C).
Целью настоящего изобретения является создание эффективной системы обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа, образующихся в резервуаре в результате внешних теплопритоков при помощи адсорбционного аккумулятора циклического действия, заполненного адсорбционно-активным к природному газу материалом. The purpose of the present invention is to create an efficient system for the reversible accumulation of liquefied natural gas vapors generated in a tank as a result of external heat gains using a cyclic adsorption accumulator filled with an adsorption-active material for natural gas.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности адсорбционного аккумулирования паров сжиженного природного газа, за счет понижения температуры адсорбционного аккумулятора, что в свою очередь приводит к повышению энергоэффективности работы системы в целом и снижению выбросов парниковых газов.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the adsorption accumulation of liquefied natural gas vapors by lowering the temperature of the adsorption accumulator, which in turn leads to an increase in the energy efficiency of the system as a whole and a reduction in greenhouse gas emissions.
Заявляемая цель и технический результат достигается при использовании следующих технических решений. The claimed purpose and technical result is achieved using the following technical solutions.
Предложена адсорбционная система обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа, включающая в себя - резервуар сжиженного природного газа, криогенный насос отбора сжиженного природного газа, адсорбер-накопитель паров сжиженного природного газа, заполненный адсорбентом, блок регазификации сжиженного природного газа, магистрали утилизации паров сжиженного природного газа, выдачи газа потребителю, отбора природного газа из адсорбера-накопителя отличающаяся тем, что адсорбер-накопитель паров сжиженного природного газа, заполненный адсорбентом, соединен с резервуаром сжиженного природного газа через магистраль утилизации паров сжиженного природного газа и обратный клапан магистрали утилизации паров сжиженного природного газа, с потребителем через магистраль отбора природного газа из адсорбера-накопителя и содержит внутренний теплообменник, соединенный с магистралью выдачи газа потребителю через первый и второй отсечные клапаны теплообменника адсорбера-накопителя, внутренний теплообменник адсорбера накопителя размещен в магистрали выдачи газа потребителю после криогенного насоса отбора сжиженного природного газа и перед блоком регазификации сжиженного природного газа, магистраль отбора природного газа из адсорбера-накопителя содержит фильтр, магистраль выдачи газа потребителю содержит байпасную магистраль с отсечным клапаном в обход адсорбера-накопителя и отсечных клапанов подачи сжиженного природного газа в теплообменник адсорбера-накопителя.An adsorption system for the reversible accumulation of liquefied natural gas vapors is proposed, which includes: a liquefied natural gas tank, a cryogenic liquefied natural gas extraction pump, an adsorber-accumulator of liquefied natural gas vapors filled with an adsorbent, a liquefied natural gas regasification unit, liquefied natural gas vapor utilization lines, issuing gas to the consumer, extracting natural gas from the adsorber-accumulator, characterized in that the adsorber-accumulator of liquefied natural gas vapor filled with adsorbent is connected to the liquefied natural gas tank through the liquefied natural gas vapor utilization line and the check valve of the liquefied natural gas vapor utilization line, with by the consumer through the natural gas extraction line from the adsorber-accumulator and contains an internal heat exchanger connected to the gas delivery line to the consumer through the first and second shut-off valves of the adsorber-accumulator heat exchanger, the internal heat the accumulator adsorber exchanger is located in the gas delivery line to the consumer after the cryogenic liquefied natural gas extraction pump and before the liquefied natural gas regasification unit, the natural gas extraction line from the accumulator adsorber contains a filter, the gas delivery line to the consumer contains a bypass line with a shut-off valve bypassing the accumulator adsorber and shut-off valves for supplying liquefied natural gas to the heat exchanger of the adsorber-accumulator.
Резервуар сжиженного природного газа содержит узел заправки и узел аварийного газосброса.The liquefied natural gas tank contains a refueling unit and an emergency gas discharge unit.
Адсорбер-накопитель паров сжиженного природного газа содержит теплоизолирующую обечайку с нагревательным элементом.The liquefied natural gas vapor adsorber contains a heat-insulating shell with a heating element.
Также заявленная система может содержать второй адсорбер-накопитель, заполненный адсорбентом, содержащий внутренний теплообменник, соединенный с магистралью выдачи газа потребителю через третий и четвертый отсечные клапаны теплообменника данного адсорбера-накопителя и установленный параллельно внутреннему теплообменнику первого адсорбера-накопителя после криогенного насоса отбора сжиженного природного газа и перед блоком регазификации сжиженного природного газа, при этом второй адсорбент-накопитель паров сжиженного природного газа соединен с резервуаром сжиженного природного газа через магистраль утилизации паров сжиженного природного газа и обратный клапан магистрали утилизации паров сжиженного природного газа, магистраль утилизации паров сжиженного природного газа содержит запорные клапаны перед каждым адсорбером-накопителем. Also, the claimed system may contain a second adsorber-accumulator filled with an adsorbent, containing an internal heat exchanger connected to the gas delivery line to the consumer through the third and fourth cut-off valves of the heat exchanger of this adsorber-accumulator and installed parallel to the internal heat exchanger of the first adsorber-accumulator after the cryogenic pump for the selection of liquefied natural gas and in front of the liquefied natural gas regasification unit, wherein the second liquefied natural gas vapor adsorbent is connected to the liquefied natural gas tank through the liquefied natural gas vapor recovery line and the check valve of the liquefied natural gas vapor recovery line, the liquefied natural gas vapor recovery line contains shut-off valves in front of each adsorber-storage.
Сущность заявленного изобретения в дальнейшем поясняется детальным описанием и иллюстрациями, на которых изображено следующее:The essence of the claimed invention is further explained by a detailed description and illustrations, which depict the following:
на фиг. 1 - блок-схема адсорбционной системы обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа, где: in fig. 1 is a block diagram of an adsorption system for reversible storage of liquefied natural gas vapors, where:
А - магистраль утилизации паров сжиженного природного газа;A - line for the utilization of liquefied natural gas vapors;
В - магистраль выдачи газа потребителю;B - gas supply line to the consumer;
С - магистраль байпасного обхода адсорбера-накопителя;C - line of the bypass bypass of the adsorber-accumulator;
D - магистраль отбора природного газа из адсорбера-накопителя;D - natural gas extraction line from the adsorber-accumulator;
1 - резервуар сжиженного природного газа;1 - tank of liquefied natural gas;
2 - узел заправки резервуара сжиженного природного газа;2 - refueling unit of the liquefied natural gas tank;
3 - обратный клапан магистрали утилизации паров сжиженного природного газа;3 - check valve of the line for the utilization of liquefied natural gas vapors;
4 - криогенный насос отбора сжиженного природного газа;4 - cryogenic pump for the selection of liquefied natural gas;
5 - адсорбер-накопитель паров сжиженного природного газа;5 - adsorber-accumulator of vapors of liquefied natural gas;
6 - адсорбент; 6 - adsorbent;
7, 15 - первый и второй отсечные клапаны теплообменника адсорбера-накопителя;7, 15 - the first and second shut-off valves of the adsorber-accumulator heat exchanger;
8 - внутренний теплообменник адсорбера-накопителя;8 - internal heat exchanger of the adsorber-accumulator;
9 - блок регазификации сжиженного природного газа;9 - block of regasification of liquefied natural gas;
10 - фильтр;10 - filter;
11 - отсечной клапан магистрали утилизации паров природного газа;11 - shut-off valve of the pipeline for the utilization of natural gas vapors;
12 - отсечной клапан байпасной магистрали обхода адсорбера-накопителя; 12 - shut-off valve of the bypass line bypassing the adsorber-accumulator;
13 - отсечной клапан магистрали выдачи газа потребителю;13 - shut-off valve of the gas delivery line to the consumer;
14 - узел аварийного газо-сброса из резервуара сжиженного природного газа;14 - emergency gas discharge unit from the liquefied natural gas tank;
на фиг. 2 - блок-схема адсорбционной системы обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа с теплоизолирующей обечайкой, где:in fig. 2 is a block diagram of an adsorption system for reversible accumulation of liquefied natural gas vapors with a heat-insulating shell, where:
16 - теплоизолирующую обечайку с нагревательным элементом;16 - heat-insulating shell with a heating element;
на фиг. 3 - блок-схема адсорбционной системы обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа со вторым адсорбером-накопителем паров сжиженного природного газа, где:in fig. 3 is a block diagram of an adsorption system for reversible liquefied natural gas vapor storage with a second liquefied natural gas vapor adsorber, where:
17, 23 - третий и четвертый отсечные клапаны теплообменника адсорбера-накопителя; 17, 23 - third and fourth shut-off valves of the adsorber-accumulator heat exchanger;
18 - второй адсорбер-накопитель паров сжиженного природного газа;18 - second adsorber-accumulator of vapors of liquefied natural gas;
19 - внутренний теплообменник второго адсорбера-накопителя;19 - internal heat exchanger of the second adsorber-accumulator;
20 - адсорбент второго адсорбера-накопителя;20 - adsorbent of the second adsorber-accumulator;
21, 22 - первый и второй запорные клапаны.21, 22 - the first and second shut-off valves.
Система обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа, фиг. 1, включающая в себя резервуар сжиженного природного газа (1), узел заправки (2) резервуара сжиженного природного газа, магистраль утилизации паров сжиженного природного газа А из резервуара сжиженного природного газа (1), снабженную обратным клапаном (3), криогенный насос отбора сжиженного природного газа (4), адсорбер-накопитель паров сжиженного природного газа (5), заполненный адсорбентом (6), отсечной клапан (7) подачи сжиженного природного газа в теплообменник внутри адсорбера-накопителя (8), блок регазификации сжиженного природного газа (9), магистраль отбора природного газа из адсорбера-накопителя D, снабженную фильтром (10) и отсечным клапаном (11), магистраль байпасного обхода адсорбера-накопителя C с отсечным клапаном (12), магистраль выдачи газа потребителю B с отсечным клапаном (13), узел аварийного газо-сброса (14).Reversible liquefied natural gas vapor storage system, FIG. 1, which includes a liquefied natural gas tank (1), a refueling unit (2) of a liquefied natural gas tank, a liquefied natural gas vapor utilization line A from a liquefied natural gas tank (1), equipped with a check valve (3), a cryogenic pump for extracting liquefied natural gas natural gas (4), liquefied natural gas vapor adsorber (5) filled with adsorbent (6), cut-off valve (7) for supplying liquefied natural gas to the heat exchanger inside the accumulator adsorber (8), liquefied natural gas regasification unit (9) , natural gas extraction line from storage adsorber D, equipped with a filter (10) and a shut-off valve (11), bypass line for storage adsorber C with a shut-off valve (12), gas delivery line to consumer B with a shut-off valve (13), assembly emergency gas discharge (14).
Принцип работы системы заключается в следующем. В процессе эксплуатации системы обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа, Фиг. 1, в составе системы хранения и выдачи СПГ выполняется следующая технологическая последовательность и режимы. The principle of operation of the system is as follows. During operation of the reversible liquefied natural gas vapor storage system, FIG. 1, as part of the LNG storage and dispensing system, the following technological sequence and modes are performed.
Режим аккумулированияAccumulation mode
Резервуар сжиженного природного газа 1 заправляют сжиженным природным газом при помощи узла заправки резервуара СПГ 2. При необходимости выдачи природного газа потребителю при закрытом клапане 12 при помощи насоса 4 осуществляется отбор СПГ из резервуара, который подается через клапан 7 в теплообменник 8 внутри адсорбера-накопителя 5 с адсорбентом 6, при этом происходит охлаждение последнего. После адсорбера-накопителя СПГ поступает в блок регазификации СПГ 9, где испаряется и через клапан 13 подается потребителю по магистрали выдачи газа потребителю В. В случаях, когда забор природного газа из резервуара СПГ не осуществляется из-за внешних теплопритоков, повышается давление паров СПГ внутри резервуара СПГ, которые отводятся из него по магистрали утилизации паров А через обратный клапан 3 в адсорбер-накопитель паров СПГ 5, при этом клапан 11 закрыт. Из-за охлаждения адсорбента 6 внутри адсорбера-накопителя 5, происходит активная сорбция паров СПГ, что определяет повышение эффективности адсорбционного аккумулирования паров сжиженного природного газа за счет понижения температуры адсорбционного аккумулятора, что в свою очередь приводит к повышению энергоэффективности работы системы в целом и снижению выбросов парниковых газов. В случае, когда адсорбер-накопитель паров СПГ заполнен, давление внутри резервуара СПГ повышается до предельного. В этом случае происходит технологический сброс избытка паров в атмосферу при помощи узла 14.The liquefied natural gas tank 1 is filled with liquefied natural gas using the filling unit of the LNG tank 2. If it is necessary to supply natural gas to the consumer with the
Режим выдачи газаGas dispensing mode
По окончании цикла аккумулирования паров СПГ, по мере опустошения резервуара СПГ 1 ниже предельного уровня, подача СПГ в теплообменник 8 адсорбера 5 прекращается путем закрытия клапанов 7 и 15, при этом открывается клапан 12 магистрали байпасного обхода адсорбера-накопителя для прямой подачи оставшегося в резервуаре 1 СПГ в блок регазификации СПГ 9. По мере повышения температуры внутри адсорбера-накопителя 5, внутри него повышается давление, происходит десорбция адсорбированного газа из адсорбента 6, который направляется через фильтр 10 магистрали отбора природного газа D путем открытия клапана 11 потребителю (магистраль В).At the end of the LNG vapor accumulation cycle, as the LNG tank 1 is empty below the limit level, the supply of LNG to the
Адсорбер-накопитель паров сжиженного природного газа дополнительно может содержать съемную теплоизолирующую обечайку с нагревательным элементом (16) (см. фиг. 2).The liquefied natural gas vapor adsorber may additionally contain a removable heat-insulating shell with a heating element (16) (see Fig. 2).
Принцип работы системы заключается в следующем. В процессе режима аккумулирования, теплоизолирующая обечайка будет препятствовать теплообмену с окружающей средой и более длительное время сохранять адсорбер-накопитель паров СПГ охлажденным, что позволит улучшить эффективность аккумулирования паров природного газа и увеличить время цикла «адсорбция - опорожнение» адсорбера-накопителя паров СПГ. Такие системы могут использоваться при неравномерной выдаче природного газа потребителю со сравнительно малыми расходами. В режиме опорожнения адсорбер-накопитель паров СПГ подогревается при использовании нагревательного элемента в обечайке. Это позволяет повысить эффективность выдачи газа адсорбера-накопителя паров СПГ и обеспечить лучшие условия для заправки адсорбера в следующем цикле работы.The principle of operation of the system is as follows. During the accumulation mode, the heat-insulating shell will prevent heat exchange with the environment and keep the LNG vapor adsorber cool for a longer time, which will improve the efficiency of natural gas vapor storage and increase the “adsorption-empty” cycle time of the LNG vapor adsorber. Such systems can be used for non-uniform delivery of natural gas to the consumer at relatively low costs. In the emptying mode, the LNG vapor adsorber is heated using a heating element in the shell. This makes it possible to increase the efficiency of gas dispensing from the LNG vapor adsorber and provide better conditions for refilling the adsorber in the next operation cycle.
Система обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа может быть дополнена вторым адсорбером-накопителем (18), заполненным адсорбентом (20), содержащим внутренний теплообменник (19), соединенным с магистралью выдачи газа потребителю В через отсечные клапаны теплообменника адсорбера-накопителя (17) (23), параллельно первому внутреннему теплообменнику адсорбера-накопителя (5), а магистраль утилизации паров сжиженного природного газа содержит запорные клапаны (21) и (22) перед каждым адсорбером-накопителем (см. фиг. 3).The system of reversible storage of liquefied natural gas vapors can be supplemented with a second adsorber-storage (18) filled with adsorbent (20) containing an internal heat exchanger (19) connected to the gas supply line to consumer B through the shut-off valves of the adsorber-storage heat exchanger (17) (23 ), parallel to the first internal heat exchanger of the adsorber-storage (5), and the liquefied natural gas vapor utilization line contains shut-off valves (21) and (22) before each adsorber-storage (see Fig. 3).
Предложенная система обратимого аккумулирования паров сжиженного природного газа отличается повышенной надежностью. Пока первый адсорбер-накопитель паров СПГ (5) работает в режиме аккумулирования паров СПГ, второй адсорбер-накопитель (18) переводится в режим опорожнения, после которого переводится в режим ожидания. Следует отметить, что в процессе выдачи природного газа потребителю из второго адсорбера-накопителя паров СПГ (18), запорный вентиль (21) на первом адсорбере-накопителе паров СПГ (5) закрывается. После наполнения первого адсорбера-накопителя (5) парами СПГ, он переводится в режим опорожнения, а второй адсорбер-накопитель паров СПГ (18) в режим аккумулирования.The proposed system of reversible accumulation of liquefied natural gas vapors is characterized by increased reliability. While the first LNG vapor adsorber (5) operates in the LNG vapor storage mode, the second LNG vapor adsorber (18) is put into emptying mode, after which it is put into standby mode. It should be noted that in the process of issuing natural gas to the consumer from the second LNG vapor adsorber (18), the shut-off valve (21) on the first LNG vapor adsorber (5) is closed. After filling the first adsorber-storage (5) with LNG vapors, it is switched to the emptying mode, and the second adsorber-storage of LNG vapors (18) to the accumulation mode.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781731C1 true RU2781731C1 (en) | 2022-10-17 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2825831C1 (en) * | 2023-12-14 | 2024-08-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Onboard adsorption system for accumulation of natural gas and method of discharging natural gas from adsorption accumulators with circulation of heated coolant |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2212600C1 (en) * | 2002-03-27 | 2003-09-20 | Горбачев Станислав Прокофьевич | Apparatus for natural gas liquefaction and regasification |
| RU2332351C2 (en) * | 2006-02-21 | 2008-08-27 | Анатолий Евгеньевич Сидельников | Method of recovery of fuel vapors in tanks and service stations and device to this end |
| CN102536519A (en) * | 2011-12-30 | 2012-07-04 | 西安交通大学 | Liquefied natural gas automobile fuel system with adsorption tank |
| CN103133864A (en) * | 2013-02-06 | 2013-06-05 | 徐毅 | Adsorbed natural gas (ANG) and liquefied natural gas (LNG) double-fuel gas supply system |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2212600C1 (en) * | 2002-03-27 | 2003-09-20 | Горбачев Станислав Прокофьевич | Apparatus for natural gas liquefaction and regasification |
| RU2332351C2 (en) * | 2006-02-21 | 2008-08-27 | Анатолий Евгеньевич Сидельников | Method of recovery of fuel vapors in tanks and service stations and device to this end |
| CN102536519A (en) * | 2011-12-30 | 2012-07-04 | 西安交通大学 | Liquefied natural gas automobile fuel system with adsorption tank |
| CN103133864A (en) * | 2013-02-06 | 2013-06-05 | 徐毅 | Adsorbed natural gas (ANG) and liquefied natural gas (LNG) double-fuel gas supply system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2825831C1 (en) * | 2023-12-14 | 2024-08-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Onboard adsorption system for accumulation of natural gas and method of discharging natural gas from adsorption accumulators with circulation of heated coolant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN201646314U (en) | Liquefied natural gas automobile air conditioning system | |
| US3878689A (en) | Liquefaction of natural gas by liquid nitrogen in a dual-compartmented dewar | |
| CA2539232C (en) | Multi-fuel storage system and method of storing fuel in a multi-fuel storage system | |
| US6860923B2 (en) | Onboard hydrogen storage unit with heat transfer system for use in a hydrogen powered vehicle | |
| US20080264514A1 (en) | System and Method for Filling a Hydrogen Storage Vessel at Enhanced Flow Rates | |
| CN210120193U (en) | Vehicle-mounted liquid hydrogen storage and supply system and vehicle with same | |
| EP2107932A2 (en) | Method and device for safe storage and use of volatile ammonia storage materials | |
| CN103423584A (en) | High-density complex storage system of hydrogen/ natural gas dual fuel and control method thereof | |
| US20140224453A1 (en) | Heat recovery-type heating device | |
| CN101970082B (en) | Device and method for treating and recovering gaseous hydrocarbon | |
| CN102536519B (en) | Liquefied natural gas automobile fuel system with adsorption tank | |
| US20090313997A1 (en) | Unitary engine and energy accumulation system | |
| CN112431666B (en) | Hydrogen energy motorcycle power system based on hydrogen internal combustion engine | |
| US8857162B2 (en) | Coolant warm-up using exhaust | |
| RU2781731C1 (en) | Adsorption system of reversible accumulation of vapors of liquefied natural gas | |
| JP6519194B2 (en) | Boil-off gas release control method for LNG vehicle | |
| CN103133864A (en) | Adsorbed natural gas (ANG) and liquefied natural gas (LNG) double-fuel gas supply system | |
| JP7474080B2 (en) | Adsorption refrigeration system for producing desalinated water on-board a motor vehicle, motor vehicle, and method for producing desalinated water on-board a motor vehicle | |
| KR20190042262A (en) | Gas treatment system and ship having the same | |
| CN106414123B (en) | The moment refrigerating method of refrigerating apparatus for vehicles, the vehicle including the device and the vehicle that can freeze moment | |
| CN203082531U (en) | ANG (absorption natural gas) and LNG (liquefied natural gas) dual-fuel gas supply system | |
| JP7449120B2 (en) | fuel storage device | |
| CN212430438U (en) | BOG recovery unit | |
| CN114368336A (en) | Refrigerator car with ammonia fuel vaporization cold energy utilization refrigerating system | |
| CN111623230B (en) | Low-temperature high-pressure air bottle capable of directly filling LNG and stopping BOG of scattered air |