WO2024102021A1 - Установка и способ компрессии и сжижения газа - Google Patents
Установка и способ компрессии и сжижения газа Download PDFInfo
- Publication number
- WO2024102021A1 WO2024102021A1 PCT/RU2023/000338 RU2023000338W WO2024102021A1 WO 2024102021 A1 WO2024102021 A1 WO 2024102021A1 RU 2023000338 W RU2023000338 W RU 2023000338W WO 2024102021 A1 WO2024102021 A1 WO 2024102021A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- pressure
- working fluid
- gas
- heat exchanger
- heated
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 91
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 64
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 61
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 290
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 254
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 189
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 94
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 69
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 61
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 58
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 28
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 26
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 23
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 21
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 13
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 13
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 10
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 10
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 6
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- -1 for example Substances 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Definitions
- the group of inventions relates to the field of energy, and can be used for compression, liquefaction and separation of gases and their mixtures, including in the processing of natural gas, as well as in power plants, etc.
- the disadvantage of this method of gas liquefaction is the complexity and high energy costs for compressing gas and refrigerants, respectively, and for gas liquefaction.
- Gas compression and expansion devices are also known, made on the basis of A.I. Krainyuk’s cascade pressure exchanger, including cold generation devices in the form of a cascade expander-compressor. “Air refrigeration unit for cascade pressure exchange” A.I. Krainyuk. O. V. Klyus, Zeszyty Naukowe, Akademia Morska w Szczecinie, 2012, 32(104) z. 1 s. 5-11.
- the disadvantage of this design is the low degree of expansion-compression of the working fluid, in the proposed scheme of using a cascade pressure exchanger, which does not allow it to be used for compressing high-pressure gas in one device, as well as for generating deep cold, in one unit, in gas liquefaction systems, design complexity and low efficiency.
- the technical result achieved by the group of inventions is to reduce energy costs for gas compression and liquefaction, and simplify the design of the installation.
- thermocompression Anthony cycle consists in the fact that a compressible gaseous medium is compressed in a pressure exchanger, as a result of exposure to a compressive gaseous medium of higher pressure and temperature, part of which, before heating, is compressed to the required pressure in the compressor, or after cooling and condensation is pumped by a pump, after which it is heated and evaporated, or gasified and used, at least, as a compressing medium, while, at least when using a compressor, part of the compressing medium is removed from the high-pressure gaseous medium compressed in the pressure exchanger and directed , by means of a circulation fan, or a compressor, into at least one heater, after which they use at least as a compressive medium in a pressure exchanger, for example, in this case, they take any gas as a compressible and/or liquefiable medium, or a mixture of gases, or a vapor-gas mixture and, through a pre-compression system in the form of at least one compressor,
- the essence of the method is that the pressure of the pre-condensed compressive working fluid, or part thereof, is increased in the pump to a higher pressure than the pressure of the compressing medium in the pressure exchanger, after which the high-pressure working fluid is heated in at least one heater, for example heated in a heater in the form of a heat exchanger, after which it is then heated in a high-temperature heater, possibly in the form of a combustion chamber, in which fuel is burned, possibly methane gas, for example, in an environment of pre-mixed and heated carbon dioxide and oxygen, and , possibly water vapor, then the high-pressure working fluid is sent to an expansion device, for example a turbine, where it is expanded by rotating the payload, after which it is possibly reheated and sent to the high-pressure working fluid supply port of the pressure exchanger and, or into an expansion device of lower pressure, after release from which the working fluid is cooled and directed to the low-pressure working fluid supply port of the pressure exchanger.
- a heater for example heated in a heater in the form
- the essence of the method is that the gas not condensed in the separator of at least one high-pressure condensate separator, for example carbon dioxide, is divided into two parts, one part is sent to the inlet of the fan or compressor of the high-pressure working fluid recirculation circuit, and the other part, possibly after an additional device for drying, cleaning, etc., is sent to a heat exchanger-cooler of liquefied gas, in which it is cooled and liquefied, for example, while it is cooled by part of the liquefied gas, for example carbon dioxide, which is expanded by means of a throttling valve in the heat exchanger cooler, or cooled with refrigerant from a separate refrigeration unit, after which the liquefied gas is sent, for example, to a liquefied gas separator, the liquefied gas from which is sent to the consumer, while either condensate from a low-pressure condensate separator, for example water, is connected to high pressure compressive fluid recirculation pump, or part
- the essence of the method lies in the fact that the gas that is not condensed in the separator of at least one high-pressure condensate separator, for example natural gas, is divided into two parts, one part is sent to the input of the fan or compressor of the high-pressure working fluid recirculation circuit, and the other part, possibly after an additional drying device, is sent, possibly first, to a pre-cooling heat exchanger connected to a refrigeration unit, or to an evaporative cooling system, then the gas is sent to a heat exchanger-cooler of liquefied gas, after which, possibly, to a heavy hydrocarbon condensate separator , heavy hydrocarbons are removed from it, some of which are sent for fractionation and, further, to the consumer, and, for example, after fractionation, some gas, for example ethane, or propane, is sent to a throttle valve and expanded in it, after which it is evaporated in a heat exchanger - liquefied gas cooler and, or in a pre-cooling heat exchanger, and non
- the essence of the method is that after the outlet port of the high-pressure working fluid of the cascade pressure exchanger, the gas, for example, nitrogen used as a coolant in the external cooling circuit, is divided into two parts, one part of the high-pressure nitrogen is directed to the fan inlet or a compressor of a high-pressure working fluid recirculation circuit, and the other part, at least after one cooler with a high-pressure condensate separator, possibly after an additional drying device, is directed, sequentially, as it cools, for example, to a pre-cooling heat exchanger, then to a heat exchanger - a liquefied gas cooler, after which the cooled refrigerant (nitrogen) is sent to an expansion device, for example in the form of an expander, in which it is expanded to perform useful work, as a result of which it is further cooled, after which the medium-pressure nitrogen is divided into two parts, one part again sent to an expansion device, possibly in the form of a throttle valve, or an expander, for example, in this case
- the essence of the method is that from the outlet of the high-pressure condensate separator, the gas condensed in it, for example ethane, is directed, for example, through one pipeline into an evaporative cooling system, through which ethane is injected into the compressed medium, at least into part of the channels rotor of the cascade pressure exchanger, and through another pipeline, liquefied ethane is connected to at least one pump of the high-pressure working fluid recirculation circuit, after which it is heated and used as a compressing working fluid, in addition, another liquefied ethane pipeline is connected, for example, at the beginning, along the movement of liquefied ethane, with the possibility of heat removal, to the pre-cooling heat exchanger, after which part of the cooled ethane sent to an expansion device, for example in the form of a throttle valve, the outlet from which is connected from the cold side to the pre-cooling heat exchanger of at least the liquefied gas, in which ethane is
- the low-temperature expansion device is made in the form of a cascade expander-compressor, possibly quasi-isothermal, that is, in which heat is removed from the compressed gaseous refrigerant in the process of compression, while when the rotor of the cascade expander compressor rotates, the compressing working fluid, for example nitrogen, is expanded to perform useful work, while the nitrogen is cooled, and then sent from the outlet port of the low-pressure working fluid of the cascade expander compressor, possibly through a coolant separator, for example ethane or propane, into a low-temperature heat exchanger where nitrogen is heated, cooling, liquefying and, for example, supercooling the liquefied gas, then the heated nitrogen flow is divided into two parts, one of which is directed, with the possibility of heat supply, into the heat exchanger - a liquefied gas cooler and, for example, in a pre-cooling heat exchanger, after which the nitrogen refrigerant is compressed in a fan or compressor of the press
- the cooled and liquefied gas for example natural gas
- a heat exchanger in which at least part of the bypass channels, and possibly also outlet channels, are installed , made on the opposite side of the bypass channels, in terms of expansion of the refrigerant in them.
- the essence of a gas compression and liquefaction installation is that the installation containing at least one compressor or fan has at least at least one heat exchanger - heater and at least one heat exchanger - cooler, one or more connected in series and, or in parallel, cascade pressure exchangers, protection systems, control systems, start-up, monitoring, etc.
- the low-pressure working fluid supply port of the cascade pressure exchanger is connected to an expansion device, for example, to a turbocharger turbine, possibly through a heat supply device and, or a low-pressure working fluid outlet port connected to at least one recuperator and, or a cooler with a low-pressure condensate separator, and further, through a purge fan or compressor to the low-pressure working fluid supply port of the same pressure exchanger, the high-pressure working fluid outlet port of which is connected to the compressed gas consumer and, or to the fan of the
- the essence of the gas compression and liquefaction plant is distinguished by the fact that the release of the compressing working fluid from the fan or compressor of the recirculation circuit and, or the release of the working fluid with higher pressure from the pump connected to the recirculation circuit of the compressing working fluid, are connected by pipelines, at least , to one heat supply source, the outlet of the heated compressing working fluid from which is connected to the high-pressure working fluid supply of the cascade pressure exchanger, and the outlet from the heater of the higher pressure working fluid heated in it is connected to the inlet of the expansion device.
- a turbine made on a load shaft, the outlet of which is connected to the high-pressure working fluid supply port of a cascade pressure exchanger and. or to an expansion device, such as a lower pressure turbine.
- the cascade pressure exchanger is made quasi-isothermal, with at least part of the bypass, mass transfer channels and, for example, outlet channels made on the opposite side of the rotor, in terms of expansion of the working fluid in the channels rotor, mounted in a heat supply device, with the ability to supply heat to the compressing medium during its expansion in the bypass and, for example, outlet channels and, or in the housing of a cascade pressure exchanger, opposite the rotor channels located on the opposite side, at least in part windows for supplying compressing medium from the bypass channels to the rotor channels, and possibly, for example, partially, opposite the port for supplying the compressing working fluid (medium) high pressure cascade pressure exchanger, injection devices are made into the channels of the rotor of coolant.
- the essence of the gas compression and liquefaction plant differs in that the removal of the high-pressure working fluid, for example carbon dioxide, from the cascade pressure exchanger is divided into two pipelines before or after the cooler, for example containing a high-pressure condensate separator, one of which is by means of a fan or compressor of the high-pressure working fluid recirculation circuit and then to the heater, and another pipeline, for example after an additional preparation device, is connected to a low-temperature recuperator with the ability to remove heat, after which the high-pressure working fluid flow is connected to a low-temperature heat exchanger, for example to a refrigeration unit, after exit from which, the pipeline with the flow of liquefied gas, for example after the liquefied gas separator, is divided into two pipelines, one of which is connected to the consumer of liquefied and cooled gas, and the other pipeline is connected to at least one pump of the recirculation circuit of the high-pressure working fluid pressure, the output of which is connected to a low-temperature recuperator
- the essence of the gas compression and liquefaction plant differs in that the pipeline from the outlet port of the high-pressure working fluid of the pressure exchanger is divided into two parts before or after the cooler, for example containing a high-pressure condensate separator, one of the pipelines is connected to the inlet of the fan or compressor of the circuit recirculation of the high-pressure working fluid, and another pipeline, after the cooler, for example with a high-pressure condensate separator, possibly after an additional drying device, is connected with the possibility of heat removal, first, along the gas flow, possibly to a pre-cooling heat exchanger connected, for example, to a refrigeration unit, further, the pipeline with cooled gas is built into the heat exchanger - a liquefied gas cooler, the outlet of cooled gas from which is connected to a heavy hydrocarbon condensate separator, some of which are connected to the consumer, and some, or after fractionation, some gas, for example ethane or propane, is supplied by pipeline to a throttle valve connected, in turn
- the essence of the gas compression and liquefaction plant is different in that the removal of gas condensate, for example ethane or propane, from the high-pressure condensate separator is divided into three pipelines, one of which is connected to the pump of the high-pressure working fluid recirculation circuit, the outlet from which is supplied through to at least one heater, the outlet of which is connected to the high-pressure working fluid supply port of the cascade pressure exchanger, the second pipeline is connected to the pumps of the evaporative cooling system of the quasi-isothermal cascade pressure exchanger, the third pipeline is connected to the heat exchanger for pre-cooling the liquefied gas, with the possibility of heat removal, then , in the direction of condensate movement, the pipeline with cooled condensate is connected to an expansion device, for example to a throttle, the outlet of which is connected from the cold side to the pre-cooling heat exchanger, the outlet of the heated and evaporated refrigerant from which is connected to the low-pressure working fluid supply port of the cascade
- the essence of the gas compression and liquefaction plant is different in that the removal of gas condensate, such as ethane or propane, from the high-pressure condensate separator contains a pipeline connected to a high-pressure pump.
- the essence of the gas compression and liquefaction plant is different in that a pipeline with condensate from a high-pressure condensate separator, for example ethane, is connected as a refrigerant, for example at the beginning, along the flow of liquefied ethane.
- a pipeline with condensate from a high-pressure condensate separator for example ethane
- a refrigerant for example at the beginning
- the outlet of which is divided into two pipelines, one pipeline is connected to an expansion device, for example in the form of a throttle valve, the outlet of which is connected on the cold side to the preliminary heat exchanger cooling of at least liquefied gas, the outlet of the heated refrigerant from which is led by a pipeline to the low-pressure working fluid supply port of the pressure exchanger, while another pipeline of liquefied and cooled ethane is connected to a colder heat exchanger-cooler of at least liquefied gas, for example with the possibility of additional cooling, at the outlet of which the cooled ethane is connected by a pipeline to another expansion device, for example in the form of a throttle, with the possibility of expansion to a lower pressure than in the first throttle, the outlet of which is connected, on the cold side, to a heat exchanger-cooler, at least liquefied gas, the outlet of the heated refrigerant from which is connected with the possibility of supplying heat, through a
- the essence of the gas compression and liquefaction plant differs in that, as an expansion device for a gaseous refrigerant, for example nitrogen, it contains at least one, made on the basis of a cascade pressure exchanger, cascade expander-compressor, for example quasi-isothermal, at least configured with the possibility heat removal in the heat exchanger from the cooled and liquefied gas and, or from the refrigerant, and heat supply in the same heat exchanger to the bypass, and possibly to, made on the opposite side of the rotor, in terms of expansion in the working fluid rotor channels, outlet channels of the cascade expander - compressor.
- cascade pressure exchanger for example nitrogen
- cascade expander-compressor for example quasi-isothermal
- the essence of the gas compression and liquefaction installation is distinguished by the fact that at least one pipeline, after releasing the high-pressure compressive working fluid from the recirculation circuit pump, is connected to at least one heater, for example to a boiler-steam generator and, or to a recuperator , the release of a heated high-pressure working fluid - gas and, or steam from which, is connected with the possibility of supplying heat to a high-temperature heater, possibly in the form of a combustion chamber, for example, configured to burn methane gas in an environment, at least partially, pre-mixed and heated carbon dioxide and oxygen, and possibly water vapor, the outlet of the heated working fluid from the high-temperature heater is connected to the inlet of an expansion device, for example a turbine, the outlet of the expanded working fluid from which may be connected to a pipeline with a compressing working fluid pre-compressed in the fan (compressor) of the recirculation circuit of the compressing working fluid and heated, for example in a recuperator, a compressing working fluid
- Fig. 1 Installation of compression, liquefaction and cooling of gas, thermocompression Anthony cycle. Shown is the development of a quasi-isothermal cascade pressure exchanger.
- FIG. 2 Technological diagram of the installation for compression and liquefaction of natural gas with nitrogen as one of the working fluids of the thermocompressor and refrigerant of the gas liquefaction system.
- Fig. 3 Technological scheme for producing liquefied natural gas and mechanical energy, with nitrogen as a refrigerant in the cooling circuit.
- Fig. 4 Flow diagram of a natural gas liquefaction plant with at least nitrogen as refrigerants in the cooling circuit. The development of a quasi-isothermal cascade pressure exchanger in terms of thermal compression of refrigerants and a quasi-isothermal cascade expander-compressor in terms of generating deep cold is shown.
- Fig. 5 Installation for liquefying carbon dioxide using a thermocompression Anthony cycle, with liquid carbon dioxide as a compressing working fluid. Shown is the development of a quasi-isothermal cascade pressure exchanger.
- Fig. 6 Installation for obtaining, according to the thermocompression Anthony cycle, liquefied carbon dioxide and additional energy, in the process of burning methane, in an environment of carbon dioxide and oxygen. Shown is the development of a quasi-isothermal cascade pressure exchanger.
- the installation intended for implementing the method of compression and liquefaction of gas according to the thermocompression Anthony cycle includes the following elements and blocks: a pressurization system, in the form of a boost fan 1 and, or a pre-compression system, for example, in the form of a low pressure compressor 2 and a high pressure compressor 3, connected through an intercooler 4 and an aftercooler 5, to the low-pressure working fluid supply port 6 of a cascade pressure exchanger (quasi-isothermal) 7 with bypass (mass transfer) channels 8, the low-pressure working fluid outlet port 9 of which is connected through a recuperator 10 with a low-pressure condensate separator pressure 11, through a purge fan 12, to the low-pressure working fluid supply port 6, the high-pressure working fluid outlet port 13 of the cascade pressure exchanger 7 is connected to an atmospheric cooler 14, possibly with a high-pressure condensate separator 15, for example, through a high-temperature cooler 16, also with a high-pressure condensate separator 15, the outlet of non-condensed gas from which
- the condensed gas and non-condensed gas can be separately connected by pipelines, possibly first to the pre-cooling heat exchanger 25, then to the liquefied gas cooler heat exchanger 26, after leaving which, the condensed gas can be again directed through the throttle valve 27 into this heat exchanger, and the non-condensed gas is supplied to the expander 28, possibly in the form of a cascade expander-compressor 29, possibly quasi-isothermal, the cooled gas outlet from which is supplied to the low-temperature heat exchanger 30, which may also contain a rotor speed control device 31 32, cascade pressure exchanger 7, evaporative cooling system of compressed gas 33, heat exchanger-heater of bypass channels 34, supply of liquefied gas 35, liquefied gas separator 36, discharge of liquefied gas to the consumer 37, heavy hydrocarbon condensate separator 38, additional drying device 39, additional device gas preparation 40, low-temperature recuperator (evaporator) 41, electric motor
- thermocompression Anthony cycle When implementing the method of compression and liquefaction of gas using the thermocompression Anthony cycle, operates as follows.
- a compressible gaseous medium for example propane
- a cascade pressure exchanger 7 (Fig. 1), as a result of exposure to an additionally heated compressive gaseous medium, for example gaseous propane of higher pressure, the pre-pressure of which, after cooling in the cooler 14 and condensation, is pumped into the pump recirculation circuit of the working fluid 19, after which the propane is sequentially heated and evaporated in the recuperator 10, after which it is sent to the heater 20, the heated propane from which is sent to the supply port of the high-pressure working fluid 24 of the cascade pressure exchanger 7 as a compressive high-pressure working fluid.
- an additionally heated compressive gaseous medium for example gaseous propane of higher pressure
- the other part of the propane condensate is compressed in the evaporative cooling system 33 and injected into the medium (propane) compressed in the cascade pressure exchanger 7 as a coolant-refrigerant.
- the third part of the propane after leaving the pump 19, is sent as a refrigerant to the pre-cooling heat exchanger 25, cooled together with the flow of liquefied gas from the supply 35, after which it is expanded in the throttle valve 27 and again sent to the heat exchanger 25 as a refrigerant, which is in the heat exchanger 25 heats up and evaporates, after which it is supplied to the low-pressure working fluid supply port 6 of the cascade pressure exchanger, where the compressive medium expanded in the rotor 32 of the pressure exchanger 7 is also supplied, through the fan 12, the residual heat from which is removed in the recuperator 10.
- the installation can simultaneously use a multicomponent working fluid, for example nitrogen and ethane.
- a multicomponent working fluid for example nitrogen and ethane.
- ethane used as a high-pressure compressive working fluid
- the pressure of ethane, used as a high-pressure compressive working fluid is pumped by pump 19, after which ethane evaporates in the recuperator 10 and is heated in heater 20.
- nitrogen after compression in the cascade pressure exchanger 7, is partially removed by fan 18 in recirculation circuit of the high-pressure compressing working fluid and is heated, at least in the heater 20.
- the other part of the ethane condensate is compressed in the high-pressure pump 49 and sent to the heat exchanger-economizer 48, where it is heated and expand in the turbine 22, which rotates the electric generator 23 and the compressor 3 of the pre-compression system, after which it is cooled in the cooler 5 and compressed again in the cascade pressure exchanger 7.
- the gas not condensed in the high-pressure condensate separator 15, for example, nitrogen used as a refrigerant is divided for two hours and (Fig. 3), one part of the high-pressure nitrogen is sent to the input of the fan or compressor of the working fluid recirculation circuit 18, after which it is heated in the recuperator 10, then in the high-temperature heater 20 and supplied to the high-pressure working fluid supply port 6 of the cascade exchanger 7, and the other part, possibly after an additional drying device 39, is sent sequentially as it cools, for example, to the pre-cooling heat exchanger 25, then into the heat exchanger-cooler of liquefied gas 26, after which the cooled refrigerant (nitrogen) is sent to an expansion device, for example in the form of an expander 28, in which it is expanded to perform useful work, as a result of which it is further cooled, after which medium-pressure nitrogen is divided into two parts , one part is again sent to the expansion device, possibly in the form of a throttle valve 27, or an expander, for example,
- the low-temperature expansion device (Fig. 4) is made in the form of a cascade expander-compressor 29, possibly quasi-isothermal, in which heat is removed from the compressed gas (mixture) during the compression process, while when the rotor of the cascade expander-compressor 29 rotates, the compressive the working fluid (cooled gas or mixture of gases), for example nitrogen, is expanded to perform useful work, while the nitrogen is cooled, and it is directed from the low-pressure working fluid outlet port of the cascade expander-compressor 29, possibly through a coolant separator 46.
- a cascade expander-compressor 29 possibly quasi-isothermal
- the installation may contain a heat exchanger - bypass heater, and, possibly channels 34 (Fig. 1 Fig. 2 Fig. 4)
- heat is supplied to the bypass (mass transfer) channels, which heats the compressive working fluid in the process of its expansion, when the rotor 32 rotates, the cascade pressure exchanger 7.
- This increases the efficiency of compression of the compressible medium during gas expansion in the quasi-isothermal cascade pressure exchanger 7, which increases the efficiency of the installation as a whole.
- gas for example carbon dioxide
- a low-temperature recuperator 41 is sent to a low-temperature recuperator 41 and cooled in it (Fig. 5), after which the gas is sent to a heat exchanger - liquefied gas cooler 26, connected to a refrigeration unit (not shown in the drawings). shown), in which the temperature of the gas decreases and, at a given pressure, the gas liquefies, after which it is possible to remove uncondensed gas from it in the liquefied gas separator 36. and the liquefied gas is partially sent to the consumer, through the outlet of the liquefied gas to the consumer 37. and part of the liquefied gas is possible direct it to the working fluid recirculation circuit pump 19.
- gas for example carbon dioxide
- the liquefied gas is initially heated and evaporated in a low-temperature recuperator 41 with a reverse flow of liquefied gas, then combined with a gas flow compressed in the fan of the working fluid recirculation circuit 18, after which the gas is heated in the recuperator 10 and heater 20.
- a gas such as carbon dioxide
- carbon dioxide or a mixture of carbon dioxide and high-pressure water vapor is divided into two streams.
- One stream is directed to the fan of the high-pressure working fluid circuit 18, then heated and directed to the high-pressure working fluid supply port 24 of the cascade pressure exchanger 7.
- the other stream is directed to the high-temperature cooler 16, where water is removed from it, then sent to an additional drying device 39, after which, for example, it is brought to condition in an additional gas preparation device 40.
- the gas is sent to an atmospheric cooler 14 in which it is liquefied at ambient temperature, after which part of the liquefied gas is given to the consumer, for example, while it is cooled in some known way , for example, expanded in an expander 28. After which it is sent to a heat exchanger - liquefied gas cooler 26, in which the gas is cooled and liquefied by a reverse flow of non-condensed gas of low pressure, after expansion in the throttle valve 27.
- the other part of the liquefied gas is connected to the pump of the recirculation circuit of the compressing working fluid 19 and is compressed, for example, to supercritical pressure, after which it is heated in the recuperator 10, then heated in a high-temperature heater, possibly in the combustion chamber 21 in which methane is burned in an environment of oxygen and carbon dioxide circulating in the cycle, after which a mixture of water vapor and carbon dioxide is combined with gas or a vapor-gas mixture, pre-compressed in the fan of the recirculation circuit of the compressing working fluid 18, and heated, for example in a recuperator 10, then possibly heated again in the high-temperature heater 20, or in the combustion chamber 21 and is supplied, as a compressing medium, to the high-pressure working fluid supply port 24 of the cascade pressure exchanger 7.
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к области энергетики. Технический результат заключается в снижении энергетических затрат на компрессию и сжижение газа и упрощении конструкции установки. Сжимаемую газообразную среду сжимают в обменнике давления в результате воздействия на нее сжимающей газообразной средой более высокого давления и температуры. Часть сжимающей среды предварительно сжимают до необходимого давления в компрессоре или после охлаждения и конденсации нагнетают насосом, после чего нагревают и испаряют, или газифицуруют и используют в качестве сжимающей среды. При использовании компрессора часть сжимающей среды отводят от сжатой в обменнике давления газообразной среды высокого давления и направляют посредством циркуляционного вентилятора или компрессора в нагреватель и используют в качестве сжимающей среды в обменнике давления.
Description
УСТАНОВКА И СПОСОБ КОМПРЕССИИ И СЖИЖЕНИЯ ГАЗА
Группа изобретений относится к области энергетики, и может быть использована для компрессии, сжижения и разделения газов и их смесей, в том числе при переработке природного газа, а также в энергетических установках и.т.п.
Известен способ сжижения газа, сущность которого заключается в том, что природный газ охлаждают и конденсируют в теплообменнике предварительного охлаждения , затем сепарируют, отделяя жидкую этановую фракцию, которую направляют на фракционирование, а газовый поток последовательно охлаждают в теплообменнике сжижения и переохлаждают газообразным азотом в теплообменнике переохлаждения. Пат. RU 2538192 С1. Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления/Мамаев А. В., Сиротин С.А., Копша Д.П., Бахметьев А.П., Ишмурзин А. В. и др.; патентообладатель ОАО «Газпром». - № 2013149401/06; заявл. 07.11.13; опубл. 10.01 .15. Бюл. № 1. - 8 с.
Недостатком подобного способа сжижения газа являются сложность и высокие затраты энергии на компрессию газа и хладагентов, соответственно, и на сжижение газа.
Известны также устройства компрессии и расширения газа, выполненные на основе каскадного обменника давления Крайнюка А.И.. , включая устройства генерации холода в виде каскадного детандер -компрессора. «Воздушная холодильная установка каскадного обмена давлением» А.И Крайнюк . О. В. Клюс, Zeszyty Naukowe, Akademia Morska w Szczecinie, 2012, 32(104) z. 1 s. 5-11.
Недостатком подобной конструкции являются низкая степень расширения- сжатия рабочего тела, в предлагаемой схеме использования каскадного обменника давления , что не позволяет его использовать для сжатия газа высокого давления в одном устройстве , а также для генерации глубокого холода, в одном агрегате , в системах сжижения газов, сложность конструкции и низкий КПД.
Технический результат, достигаемый группой изобретений, заключается в снижении энергетических затрат на компрессию и сжижение газа, и упрощение конструкции установки.
Сущность способа компрессии и сжижения газа по термокомпрессионному
Антони циклу , заключается в том, что сжимаемую газообразную среду сжимают в обменнике давления, в результате воздействия на неё , сжимающей газообразной средой более высокого давления и температуры, предварительно, часть которой, перед нагревом, сжимают до необходимого давления в компрессоре , или после охлаждения и конденсации нагнетают насосом , после чего нагревают и испаряют, или газифицируют и используют, по крайней мере, в качестве сжимающей среды, при этом, по крайней мере , при использовании компрессора, часть сжимающей среды отводят от сжатой в обменнике давления газообразной среды высокого давления и направляют, посредством циркуляционного вентилятора, или компрессора , по крайней мере, в один нагреватель , после чего используют, по крайней мере, в качестве сжимающей среды в обменнике давления, например при этом, берут в качестве сжимаемой и, или сжижаемой среды какой-либо газ, или смесь газов, или парогазовую смесь и , через систему предварительного сжатия в виде, по крайней мере, одного компрессора, по крайней мере, с концевым охладителем и, или через систему наддува в виде вентилятора , подают его в порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением , возможно квазиизотермического, то есть такого, в котором газ нагревают при расширении и , или охлаждают при сжатии, одновременно, из порта отвода рабочего тела низкого давления , расширившееся , при вращении ротора каскадного обменника давлением, сжимающее рабочее тело (сжимающую среду) подают, возможно, после дополнительного подогрева в расширительное устройство, например в турбину , вращая при этом нагрузку, либо из порта отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением рабочее тело подают , по крайней мере в один охладитель , например в виде рекуператора , в котором охлаждают, при этом, полученный при охлаждении конденсат рабочего тела и, или одного из рабочих тел и, или охлаждающей жидкости, отделяют в сепараторе конденсата низкого давления , а несконденсированное рабочее тело направляют , посредством вентилятора, или компрессора системы наддува в порт подвода рабочего тела низкого давления этого же обменника давлением , одновременно, из порта отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением, сжатую в нём сжимаемую среду, подают потребителю сжатого газа и, или направляют в вентилятор или компрессор контура рециркуляции рабочего тела высокого давления и, или подводят, по крайней мере, к одному охладителю с сепаратором конденсата высокого давления, из которого удаляют
конденсат, например воду и, или сконденсированный, при этом часть , сжиженного таким образом газа отдают потребителю сжиженного газа , а , по крайней мере , конденсат из сепаратора конденсата низкого давления и, или конденсат из , по крайней мере, одного сепаратора конденсата высокого давления , например воду и, или сконденсированный газ, по крайней мере, одним насосом контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , нагнетают до необходимого давления, после чего нагревают и используют , по крайней мере, в качестве сжимающего рабочего тела, при этом трубопровод с потоком несконденсированного газа , по крайне мере, из одного сепаратора конденсата высокого давления , подключают к потребителю сжатого газа и, или направляют в вентилятор, либо компрессор контура рециркуляции рабочего тела высокого давления, далее его нагревают, по крайней мере в одном нагревателе , например подают в рекуператор тепла и нагревают , возможно, например перед рекуператором , или после него , его , объединяют с рабочим телом , предварительно сжатом в насосе контура рециркуляции рабочего тела высокого давления и предварительно нагретым, возможно и испарённым , или газифицированным, например в этом же рекуператоре тепла, затем нагревают в нагревателе , выполненном , например в виде теплообменника , возможно с промежуточным теплоносителем, или в виде камеры сгорания , или электронагревателя , солнечного коллектора и.т.п., после чего , нагретое рабочее тело высокого давления - сжимающую среду подают , по крайней мере, в порт подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением, , при этом, возможно, что часть конденсата , по крайней мере из одного сепаратора конденсата низкого и, или высокого давления, например воду и , или сжиженный газ подводят к одной, или к нескольким системам испарительного охлаждения и используют в качестве охлаждающей жидкости -хладагента, при этом давление её дополнительно повышают, по крайней мере, в одном насосе , после чего распыляют посредством форсунок в сжимаемой среде , по крайней мере, в каналах каскадного обменника давлением и, или охлаждающую жидкость (хладагента) , например предварительно охлаждают, и подают , по крайней мере в одно расширительное устройство , например в дроссельный вентиль, в котором его расширяют, после чего испаряют, по крайней мере, в одном теплообменнике, при этом отбирают тепло от охлаждаемого и, или сжижаемого газа, после чего нагретый таким образом хладагент направляют в порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением.
Кроме того, сущность способа заключается в том, что давление предварительно сконденсированного сжимающего рабочего тела , или его части, повышают в насосе до более высокого давления, чем давление сжимающей среды в обменнике давлением , после чего рабочее тело высокого давления нагревают , по крайней мере в одном нагревателе , например нагревают в нагревателе в виде теплообменного аппарата , после чего после чего нагревают в высокотемпературном нагревателе , возможно в виде камеры сгорания, в которой сжигают топливо, возможно газ метан, например, в среде , предварительно смешанных и нагретых диоксида углерода и кислорода , а , возможно и водяного пара, затем , рабочее тело высокого давления направляют в расширительное устройство, например в турбину , где его расширяют , вращая полезную нагрузку, после чего , возможно вновь нагревают, и направляют в порт подвода рабочего тела высокого давления обменника давлением и, или в расширительное устройство меньшего давления, после выпуска из которого рабочее тело охлаждают и направляют в порт подвода рабочего тела низкого давления обменника давлением.
Кроме того, сущность способа заключается в том, что несконденсированный в сепараторе, по крайней мере, одного сепаратора конденсата высокого давления газ , например диоксид углерода, разделяют на две части , одну часть направляют на вход вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , а другую часть , возможно после дополнительного устройства осушки , очистки , и.т.п., направляют в теплообменник- охладитель сжижаемого газа, в котором его охлаждают и сжижают, например при этом его охлаждают частью сжиженного газа, например диоксида углерода, который расширяют посредством дроссельного вентиля в теплообменнике охладителе , или охлаждают хладагентом из отдельного холодильного агрегата, после чего, сжиженный газ направляют, например, в сепаратор сжиженного газа , сжиженный газ из которого направляют потребителю, при этом, либо конденсат из сепаратора конденсата низкого давления , например воду, подключают к насосу контура рециркуляции сжимающего рабочего тела высокого давления , либо часть сжиженного газа из сепаратора сжиженного газа высокого давления подключают к насосу контура рециркуляции сжимающего рабочего тела высокого давления , после чего подключают к рекуперативному теплообменнику , где его нагревают и испаряют обратным потоком сжижаемого газа , например диоксида углерода, затем нагревают в
нагревателе и используют в качестве сжимающего рабочего тела, в обменнике давлением.
Кроме того, сущность способа заключается в том, что несконденсированный в сепараторе, по крайней мере, одного сепаратора конденсата высокого давления газ , например природный, разделяют на две части , одну часть направляют на вход вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления, а другую часть, возможно после дополнительного устройства осушки , направляют, возможно вначале, в теплообменник предварительно охлаждения, подключенный к холодильному агрегату, или к системе испарительного охлаждения, далее, газ направляют в теплообменник- охладитель сжижаемого газа, после которого , возможно , в сепараторе конденсата тяжёлых углеводородов, из него удаляют тяжёлые углеводороды, часть из которых направляют на фракционирование и , далее, потребителю, а , например после фракционирования, какой-либо газ, например этан , или пропан направляют в дроссельный вентиль и расширяют в нём, после чего испаряют в теплообменнике - охладителе сжижаемого газа и, или в теплообменнике предварительного охлаждения , а несконденсированный природный газ из сепаратора тяжёлых углеводородов направляют, по крайней мере в два , или в три трубопровода , например по одному из них газ направляют в теплообменник -охладитель сжижаемого газа, нагревают в нём, после чего , возможно, нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения , и отдают сжатый газ потребителю, по второму трубопроводу газ направляют в низкотемпературный теплообменник , охлаждают , сжижают и, например, переохлаждают в нём, после чего направляют в расширительное устройство , например в детандер (жидкостной) или в дроссельный вентиль , в котором расширяют , при этом дополнительно охлаждают, после чего направляют в сепаратор сжиженного газа , часть сжиженного газа из которого отдают потребителю, в тоже время, по третьему трубопроводу природный газ подают в расширительное устройство , например в детандер и расширяют в нём, вращая полезную нагрузку , после чего охлаждённый газ направляют в низкотемпературный теплообменник , в котором его нагревают, переохлаждая и охлаждая сжижаемую часть природного газа , после чего нагретый природный газ направляют в теплообменник -охладитель сжижаемого газа, нагревают в нём и объединяют , например с испарённым и нагретым этаном , после чего смесь этана и природного газа, возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения, и
подают в систему наддува, например в вентилятор наддува, или в компрессор системы предварительного сжатия и подают в порт подвода рабочего тела низкого давления обменника давлением , при этом из сепаратора сжиженного природного газа , часть газа направляют в насос контура рециркуляции сжимающего рабочего тела , затем подают , последовательно, по мере нагрева, в низкотемпературный теплообменник , затем в теплообменник -охладитель сжижаемого газа, далее, возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения, при этом газ испаряют и нагревают , после чего нагревают , например в рекуператоре и нагревателе , например совместно с частью газа , предварительно сжатой в вентиляторе контура рециркуляции рабочего тела и используют, по крайней мере, в качестве сжимающего рабочего тела в каскадном обменнике давлением.
Кроме того, сущность способа заключается в том, что после выпуска из порта отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением газ, , например, используемый в качестве хладагента внешнего контура охлаждения азот, разделяют на две части , одну часть азота высокого давления направляют на вход вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , а другую часть, , по крайней мере, после одного охладителя с сепаратором конденсата высокого давления, возможно после дополнительного устройства осушки , направляют, последовательно, по мере охлаждения, например в теплообменник предварительного охлаждения, затем в теплообменник- охладитель сжижаемого газа, после которого охлаждённый хладагент (азот) направляют в расширительное устройство , например в виде детандера, в котором расширяют с совершением полезной работы, в результате чего его дополнительно охлаждают , после чего азот среднего давления разделяют на две части , одну часть вновь направляют в расширительное устройство , возможно в виде дроссельного вентиля, или детандера, например при этом, азот предварительно охлаждают в теплообменнике- испарителе сжиженного низкотемпературного хладагента (азота), затем сепарируют в сепараторе сжиженного низкотемпературного хладагента (азота), сжиженный азот из которого подают в насос контура рециркуляции рабочего тела , где давление его гювышаюг, затем сжиженный азот высокого давления подают, например вначале, по мере подвода тепла, в теплообменник - испаритель сжиженного азота , после чего его последовательно нагревают в низкотемпературном теплообменнике , затем , в теплообменнике -охладителе сжижаемого газа , после чего , возможно нагревают в
теплообменнике предварительного охлаждения , затем азот высокого давления объединяют с частью азота , предварительно сжатой в вентиляторе или компрессоре контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , после чего дополнительно нагревают и подают, по крайней мере, в порт подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением, при этом, несконденсированный в сепараторе сжиженного низкотемпературного хладагента азот низкого давления, например, последовательно нагревают , по мере нагрева, вначале, в теплообменнике - испарителе сжиженного азота, далее, в низкотемпературном теплообменнике , затем -в теплообменнике -охладителе сжижаемого газа , после чего , возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения, затем сжимают в компрессоре, охлаждают в промежуточном охладителе и объединяют с потоком азота среднего давления, после чего подают в порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением, при этом, часть азота среднего давления , после выпуска из детандера также последовательно нагревают, вначале , по ходу движения азота среднего давления, в низкотемпературном теплообменнике , затем -в теплообменнике - охладителе сжижаемого газа , после чего , возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения , затем азот сжимают в компрессоре предварительного сжатия , при этом , предварительно подготовленный и , например, компримированный газ , например природный газ, последовательно охлаждают , сжижают и , например переохлаждают в теплообменниках , по крайней мере хладагентом -азотом из внешнего контура охлаждения , после чего расширяют, например в дросселе , сепарируют и направляют потребителю.
Кроме того, сущность способа заключается в том, что из выпуска сепаратора конденсата высокого давления, сконденсированный в нём газ, например этан , направляют, например одним трубопроводом в систему испарительного охлаждения, посредством которой этан впрыскивают в сжимаемую среду , по крайней мере, в часть каналов ротора каскадного обменника давлением, а другим трубопроводом сжиженный этан подключают , по крайней мере, к одному насосу контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , после чего нагревают и используют в качестве сжимающего рабочего тела , помимо этого, ещё один трубопровод сжиженного этана подключают , например вначале, по ходу движения сжиженного этана , с возможностью отвода тепла , к теплообменнику предварительного охлаждения после чего часть охлаждённого этана
направляют в расширительное устройство, например в виде дроссельного вентиля, выпуск из которого подключают с холодной стороны к теплообменнику предварительного охлаждения по крайней мере сжижаемого газа, в котором этан испаряют, после чего направляют в порт подвода рабочего тела низкого давления обменника давлением , а другую часть сжиженного и охлаждённого этана направляют в более холодный теплообменник- охладитель сжижаемого газа , где , например дополнительно охлаждают , после чего охлаждённый этан расширяют в другом расширительном устройстве, например в дросселе до более низкого давления , чем в первом дросселе, затем подключают с холодной стороны к теплообменнику- охладителю сжижаемого газа, в котором этан испаряют, в результате чего охлаждают, в том числе сжижаемый газ до более низкой температуры , далее этан низкого давления направляют по отдельной магистрали в теплообменник предварительного охлаждения , нагревают в нём и подают в компрессор системы предварительного сжатия, при этом выпуск сжатого в обменнике газа разделяют на две части до , или после охладителя с сепаратором конденсата высокого давления , по ходу движения газа высокого давления , при этом одну часть газа высокого давления подводят к впуску вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , после чего нагревают и используют в качестве сжимающего рабочего тела , а вторую часть направляют в охладитель с сепаратором конденсата высокого давления , откуда несконденсированный газ , например азот , в качестве хладагента последовательно охлаждают , вначале, по ходу движения газа , например в теплообменнике предварительного охлаждения , после чего азот направляют в теплообменник -охладитель сжижаемого газа , далее, азот подключают к расширительному устройству , например к детандеру , расширенный и охлаждённый азот из которого, направляют, с возможностью подвода тепла, вначале в низкотемпературный теплообменник , после чего азот направляют в теплообменник- охладитель сжижаемого газа , затем азот направляют в теплообменник предварительного охлаждения , выпуск из которого, нагретых в нём этана и азота подключают, например к вентилятору, или компрессору системы наддува, и далее, к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением.
Кроме того, сущность способа заключается в том, что низкотемпературное расширительное устройство выполняют в виде каскадного детандер- компрессора , возможно квазиизотермического , то есть, в котором отводят тепло от сжимаемого
газообразного хладагента в процессе сжатия, при этом , при вращении ротора каскадного детандер -компрессора сжимающее рабочее тело , например азот , расширяют с совершением полезной работы , при этом азот охлаждают, после чего направляют из порта отвода рабочего тела низкого давления каскадного детандер -компрессора , возможно через сепаратор охлаждающей жидкости , например этана или пропана , в низкотемпературный теплообменник где азот нагревают , охлаждая, сжижая и, например переохлаждая сжижаемый газ, далее , поток нагретого азота , разделяют на две части , одну из которых направляют , с возможностью подвода тепла, в теплообменник- охладитель сжижаемого газа и , например , в теплообменнике предварительного охлаждения , после чего хладагент-азот сжимают в вентиляторе или компрессоре системы наддува, после чего направляют в порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением , а другую часть азота направляют по трубопроводу, по крайней мере в теплообменник-охладитель сжижаемого газа и нагревают в нём , после чего трубопровод с нагретым азотом подключают, посредством продувочного вентилятора к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного детандер- компрессора и , при вращении ротора каскадного детандер- компрессора сжимают, при этом трубопровод с охлаждённым газообразным хладагентом высокого давления после выхода из теплообменника-охладителя сжижаемого рабочего тела, подключают к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного детандер- компрессора и расширяют в нём, при этом, из порта отвода рабочего тела высокого давления , сжатое в нём рабочее тело (хладагент) , например вначале охлаждают , возможно в атмосферном охладителе, например с сепаратором конденсата охлаждающей жидкости (этана или пропана), после чего хладагент высокого давления (азот) подключают, через циркуляционный вентилятор к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного детандер -компрессора и вновь расширяют в нём вместе с основной частью хладагента высокого давления, при э том часть охлаждаемого и сжижаемого газа , например природного газа , охлаждается и , например сжижается и переохлаждается в теплообменнике в который вмонтированы, по крайней мере, часть перепускных каналов, а , возможно, и отводных каналов, выполненных с противоположной стороны от перепускных каналов , в части расширения в них хладагента .
Сущность установки компрессии и сжижения газа заключается в том, что установка , содержащая, по крайне мере, один компрессор, или вентилятор , по крайней
мере, один теплообменник -нагреватель и, по крайней мере, один теплообменник - охладитель, один или несколько, подключенных последовательно и , или параллельно каскадных обменников давлением , системы защиты, управления , пуска , контроля , ил’.п. , отличается тем, что содержит, по крайней мере, один каскадный обменник давлением, например квазиизотермический - выполненный с возможностью отвода тепла при сжатии газа и, или подвода тепла при расширении в газа , порт подвода рабочего тела низкого давления которого подключен трубопроводом к подводу сжимаемого и, или сжижаемого газа, или смеси газов, например через систему наддува в виде вентилятора и, или систему предварительного сжатия, например в виде по крайней мере одного компрессора , по крайней мере с концевым охладителем , порт отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением подключен к расширительному устройству, например к турбине турбокомпрессора, возможно, через устройство подвода тепла и , или порт отвода рабочего тела низкого давления подключен , по крайней мере , через один рекуператор и , или охладитель с сепаратором конденсата низкого давления, и далее, через продувочный вентилятор или компрессор к порту подвода рабочего тела низкого давления , этого же обменника давлением, порт отвода рабочего тела высокого давления которого подключен к потребителю сжатого газа и , или к вентилятору контура рециркуляции рабочего тела высокого давления- сжимающего рабочего тела и, или порт отвода рабочего тела высокого давления подключен , по крайней мере, к одному охладителю с сепаратором конденсата высокого давления, отвод сжиженного газа из которого подключен к потребителю сжиженного газа, при этом отвод конденсата, по крайней мере, из одного сепаратора конденсата низкого давления и, или отвод конденсата из, по крайней мере, одного сепаратора конденсата высокого давления, подключен трубопроводом к впуску, по крайней мере, одного насоса контура рециркуляции рабочего тела высокого давления -сжимающего рабочего тела, при этом трубопровод с потоком несконденсированного газа , по крайне мере из одного сепаратора конденсата высокого давления подключен к потребителю сжатого газа, при этом контур рециркуляции сжимающего рабочего тела в части после насоса и, или вентилятора , подключен , по крайней мере, к одному нагревателю в виде теплообменника -рекуператора и, или теплообменника -нагревателя , возможно с промежуточным теплоносителем и, или в виде камеры сгорания , или электронагревателя , солнечного коллектора и.т.п., после чего трубопровод с нагретым сжимающим рабочим
И телом подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением, при этом отвод конденсата из сепаратора конденсата высокого давления и, или из сепаратора конденсата низкого давления , может быть подключен через , по крайней мере, один насос к одной , или к нескольким системам испарительного охлаждения , с возможностью впрыска конденсата через форсунки или , по крайней мере, через один дроссельный вентиль , в сжимаемую среду, в квазиизотермическом каскадном обменнике давлением и, или в системе предварительно сжатия сжимаемой среды , и , или , с возможностью дросселирования конденсата , например пропана или этана, по крайней мере , в одном теплообменнике системы охлаждения , по крайней мере сжижаемого газа.
Кроме того, сущность установки компрессии и сжижения газа отличается тем, что выпуск сжимающего рабочего тела из вентилятора или компрессора контура рециркуляции и, или выпуск рабочего тела с более высоким давлением из насоса, подключенного к контуру рециркуляции сжимающего рабочего тела , подключены трубопроводами , по крайней мере, к одному источнику подвода тепла , отвод нагретого сжимающего рабочего тела из которого, подключен к подводу рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением , а отвод из нагревателя нагретого в нём рабочего тела более высокого давления подключен к впуску расширительного ус тройства . например турбины, выполненной на валу нагрузки, выпуск из которой подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением и. или к расширительному устройству , например к турбине более низкого давления.
Кроме того, сущность установки компрессии и сжижения газа отличается тем, что каскадный обменник давлением выполнен квазиизотермическим , при этом , по крайней мере , часть перепускных, массообменных каналов и , например отводные каналы, выполненные с противоположной стороны ротора, в части расширения рабочего тела в каналах ротора, вмонтированы в устройство подвода тепла , с возможностью подвода тепла к сжимающей среде в процессе её расширения в перепускных и, например отводных каналах и , или в корпусе каскадного обменника давлением , напротив каналов ротора , расположенных с противоположной стороны, по крайней мере, от части окон подвода из перепускных каналов в каналы ротора сжимающей среды , а возможно и , например частично, напротив порта подвода сжимающего рабочего тела (среды)
высокого давления каскадного обменника давлением, выполнены устройства впрыска в каналы ротора охлаждающей жидкости .
Кроме того, сущность установки компрессии и сжижения газа отличается тем, что отвод рабочего тела высокого давления , например диоксида углерода, из каскадного обменника давлением разделён на два трубопровода до или после охладителя, например содержащего сепаратор конденсата высокого давления , один из которых , посредством вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления и далее, к нагревателю , а другой трубопровод , например после дополнительного устройства подготовки , подключен к низкотемпературному рекуператору с возможностью отвода тепла , после которого поток рабочего тела высокого давления подключен к низкотемпературному теплообменнику , например к холодильному агрегату, после выхода из которого, трубопровод с потоком сжиженного газа , например после сепаратора сжиженного газа, разделён на два трубопровода, один из которых подключен к потребителю сжиженного и охлаждённого газа, а другой трубопровод подключен , по крайней мере, к одному насосу контура рециркуляции сжимающего рабочего тела высокого давления , выход из которого, подведён к низкотемпературному рекуператору, с возможностью подвода тепла, после чего поток испарённого рабочего тела высокого давления , подключен к трубопроводу со сжимающим рабочим телом из вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , после чего сжимающее рабочее тело высокого давления подведено по крайней мере к одному устройству подвода тепла и, далее -к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением.
Кроме того, сущность установки компрессии и сжижения газа отличается тем, что трубопровод из порта отвода рабочего тела высокого давления обменника давлением разделен на две части до, или после охладителя , например содержащего сепаратор конденсата высокого давления , один из трубопроводов подключен ко входу вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , а другой трубопровод, после охладителя , например с сепаратором конденсата высокого давления , возможно после дополнительного устройства осушки , подключен с возможностью отвода тепла , вначале, по ходу движения газа, возможно к теплообменнику предварительно охлаждения, подключенному, например к холодильному агрегату, далее, трубопровод с охлаждаемым газом вмонтирован в теплообменник-
охладитель сжижаемого газа, выпуск охлаждённого газа из которого подключен к сепаратору конденсата тяжёлых углеводородов, часть из которых подключена к потребителю, а часть , или после фракционирования какой-либо газ, например этан или пропан , подведён трубопроводом в дроссельный вентиль, подключенный , в свою очередь, к теплообменнику предварительного охлаждения и, или к более низкотемпературному теплообменнику -охладителю сжижаемого газа , с возможностью испарения этана или пропана , при этом, отвод несконденсированного природного газа из сепаратора тяжёлых углеводородов разделён, например, на три трубопровода , один из которых вмонтирован в теплообменник -охладитель сжижаемого газа и в теплообменник предварительного охлаждения , с возможностью подвода тепла, после чего подключен к потребителю сжатого газа, второй трубопровод подключен к низкотемпературному теплообменнику , с возможностью охлаждения и сжижения в нём сжижаемого газа, выпуск из которого подключен, например , к расширительному устройству , возможно в виде детандера (жидкостного), или к дроссельному вентилю , выпуск из которого подведён к сепаратору сжиженного газа , часть сжиженного газа из которого подключена трубопроводом к потребителю сжиженного природного газа, при этом, третий трубопровод из сепаратора тяжёлых углеводородов подключен к расширительному устройству, например к детандеру, выпуск из которого подведён к низкотемпературному теплообменнику, с возможностью повода тепла , выпуск нагретого газа из которого подключен , далее , трубопроводом к теплообменнику - охладителю сжижаемого газа, выпуск из которого , нагретых в нём хладагентов, возможно через теплообменник предварительного охлаждения, подключен к системе наддува, например к вентилятору, или к компрессору системы сжатия, выпуск из которой присоединён к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением , при этом , отвод части конденсата из сепаратора сжиженного газа подключен к насосу контура рециркуляции сжимающего рабочего тела , выпуск из которого подключен трубопроводами, последовательно, с возможностью подвода тепла, вначале , по ходу движения сжимающего рабочего тела высокого давления, к низкотемпературному теплообменнику , затем , к теплообменнику -охладителю сжижаемого газа, далее, возможно, через теплообменник предварительного охлаждения, далее, подключен , по крайней мере, к одному более высокотемпературному нагревателю, на выходе из которого , трубопровод с нагретым сжимающим рабочим телом высокого
давления подключен, по крайней мере, к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением.
Кроме того, сущность установки компрессии и сжижения газа отличается тем, что отвод конденсата газа , например этана или пропана, из сепаратора конденсата высокого давления разделён на три трубопровода , один из которых подключен к насосу контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , выпуск из которого подведён по крайней мере к одному нагревателю , выпуск из которого подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением , второй трубопровод подключен к насосам системы испарительного охлаждения квазиизотермического каскадного обменника давлением , третий трубопровод подключен к теплообменнику предварительного охлаждения сжижаемого газа , с возможностью отвода тепла , далее , по ходу движения конденсата , трубопровод с охлаждённым конденсатом подключен к расширительному устройству , например к дросселю , выпуск из которого подведён с холодной стороны к теплообменнику предварительного охлаждения, выпуск нагретого и испарённого хладагента из которого подключен к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением.
Кроме того, сущность установки компрессии и сжижения газа отличается тем, что отвод конденсата газа , например этана или пропана, из сепаратора конденсата высокого давления содержит трубопровод , подключенный к насосу высокого давления . выпуск из которого подключен по крайне мере к одному нагревателю , например к теплообменнику -экономайзеру , выпуск нагретого газообразного рабочего тела из которого подключен к турбине привода компрессора и, или электрогенератора , выпуск из которой подключен к охладителю выпуск из которого подключен к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением , например через компрессор системы предварительного сжатия.
Кроме того, сущность установки компрессии и сжижения газа отличается тем, что трубопровод с конденсатом из сепаратора конденсата высокого давления , например этана, в качестве хладагента подключен, например вначале, по ходу движения сжиженного этана . с возможностью отвода тепла , к теплообменнику предварительного охлаждения , выпуск из которого разделён на два трубопровода , один трубопровод подключен к расширительному устройству, например в виде дроссельного вентиля, выпуск из которого подключен с холодной стороны к теплообменнику предварительного
охлаждения по крайней мере сжижаемого газа, выпуск нагретого хладагента из которого поведён трубопроводом к порту подвода рабочего тела низкого давления обменника давлением , при этом другой трубопровод сжиженного и охлаждённого этана подключен к более холодному теплообменнику- охладителю, по крайней мере сжижаемого газа , например с возможностью дополнительного охлаждения, на выходе из которого охлаждённый этан подключен трубопроводом к другому расширительному устройству, например в виде дросселя, с возможностью расширения до более низкого давления , чем в первом дросселе, выпуск из которого подключен, с холодной стороны, к теплообменнику- охладителю, по крайней мере сжижаемого газа, выпуск нагретого хладагента из которого подключен с возможностью подвода тепла , через отдельную магистраль к теплообменнику предварительного охлаждения , выпуск нагретого хладагента из которого подключен к компрессору системы предварительного сжатия. .
Кроме того, сущность установки компрессии и сжижения газа отличается тем, что в качестве расширительного устройства газообразного хладагента , например азота содержит , по крайней мере один , выполненный на основе каскадного обменника давлением, каскадный детандер-компрессор , например квазиизотермический , по крайней мере выполненный с возможностью отвода тепла в теплообменнике от охлаждаемого и сжижаемого газа и, или от хладагента, и подвода тепла в этом же теплообменнике к перепускным , а , возможно и к , выполненным с противоположной стороны ротора , в части расширения в каналах ротора рабочего тела , отводным каналам каскадного детандер- компрессора.
Кроме того, сущность установки компрессии и сжижения газа отличается тем, что, по крайней мере, один трубопровод , после выпуска из насоса контура рециркуляции сжимающего рабочего тела высокого давления подключен по крайней мере к одному нагревателю , например к котлу-парогенератору и, или к рекуператору , выпуск нагретого рабочего тела высокого давления - газа и, или пара из которого, подключен с возможностью подвода тепла к высокотемпературному нагревателю , возможно в виде камеры сгорания, например выполненной с возможностью горения газа метана в среде , по крайней мере частично, предварительно смешанных и нагретых диоксида углерода и кислорода , а , возможно и водяного пара, выпуск нагретого рабочего тела из высокотемпературного нагревателя подключен ко впуску в расширительное устройство, например в турбину , выпуск расширившегося рабочего тела из которой, может быть
подключен к трубопроводу с, предварительно сжатым в вентиляторе (компрессоре) контура рециркуляции сжимающего рабочего тела и нагретым , например в рекуператоре , сжимающим рабочим телом в виде газа , смеси газов и, или парогазовой смеси , после чего трубопровод с объединённым сжимающим рабочим телом (средой) подключен, например через высокотемпературный нагреватель, возможно также в виде камеры сгорания , к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением.
На чертежах изображены:
Фиг. 1 Установка компрессии , сжижения и охлаждения газа , термокомпрессионному Антони циклу. Показана развёртка квазиизотермического каскадного обменника давлением.
Фиг. 2 Технологическая схема установки компрессии и сжижения природного газа с азотом в качестве одного из рабочих тел термокомпрессора и хладагента системы сжижения газа.
Фиг. 3 Технологическая схема получения сжиженного природного газа и механической энергии, с азотом в качестве хладагента в контуре охлаждения.
Фиг. 4 Технологическая схема установки сжижения природного газа, по крайней мере, с азотом в качестве хладагентов в контуре охлаждения. Показана развёртка квазиизотермического каскадного обменника давлением в части термокомпрессии хладагентов и квазиизотермического каскадного детандер - компрессора в части генерации глубокого холода.
Фиг. 5. Установка сжижения диоксида углерода по термокомпрессионному Антони циклу, с жидким диоксидом углерода в качестве сжимающего рабочего тела. Показана развёртка квазиизотермического каскадного обменника давлением.
Фиг. 6. Установка получения, по термокомпрессионному Антони циклу, сжиженного диоксида углерода и дополнительной энергии, в процессе сжигания метана, в среде диоксида углерода и кислорода. Показана развёртка квазиизотермического каскадного обменника давлением.
В состав установки, предназначенной для осуществления способа компрессии и сжижения газа по термокомпрессионному Антони циклу, входят следующие элементы и блоки: система наддува , в виде вентилятора наддува 1 и, или система предварительного сжатия , например в виде компрессора низкого давления 2 и высокого давления 3,
подключенные через промежуточный охладитель 4 и концевой охладитель 5, к порту подвода рабочего тела низкого давления 6 каскадного обменника давлением (квазиизотермического) 7 с перепускными (массообменными) каналами 8 , порт отвода рабочего тела низкого давления 9 которого , подключен через рекуператор 10 с сепаратором конденсата низкого давления 11 , посредством продувочного вентилятора 12, к порту подвода рабочего тела низкого давления 6, порт отвода рабочего тела высокого давления 13 каскадного обменника давлением 7 подведён к атмосферному охладителю 14, возможно, с сепаратором конденсата высокого давления 15 , например, через высокотемпературный охладитель 16, также с сепаратором конденсата высокого давления 15, выпуск несконденсированного газа из которого, возможно подключен к отводу сжатого газа потребителю 17 и к вентилятору контура рециркуляции рабочего тела 1 , также содержит насос контура рециркуляции рабочего тела 19 , выпуск из которого, возможно совместно с выпуском из вентилятором 18, подключен к рекуператору 10 и , далее, к высокотемпературному нагревателю 20 , возможно, выполненному в виде камеры сгорания 21 , после чего может быть подключен к турбине 22, с электрогенератором 23 , выпуск из которой подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления 24 , каскадного обменника давлением 7 , также из сепаратора конденсата высокого давления 15, сконденсированный газ и несконденсированный газ могут быть раздельно подключены трубопроводами , возможно вначале, к теплообменнику предварительного охлаждения 25, затем к теплообменнику -охладителю сжижаемого газа 26 , после выхода из которого, сконденсированный газ может быть через дроссельный вентиль 27 опять направлен в этот теплообменник, а несконденсированный газ подведён к детандеру 28 , возможно в виде каскадного детандер- компрессора 29, возможно квазиизотермического , выпуск охлаждённого газа из которого подведён к низкотемпературному теплообменнику 30 , также может содержать устройство регулирования оборотов 31 ротора 32, каскадного обменника давлением 7 , систему испарительного охлаждения сжимаемого газа 33, теплообменник-нагреватель перепускных каналов 34 , подвод сжижаемого газа 35 , сепаратор сжиженного газа 36 , отвод сжиженного газа потребителю 37 , сепаратор конденсата тяжёлых углеводородов 38, дополнительное устройство осушки 39 , устройство дополнительной подготовки газа 40 , низкотемпературный рекуператор (испаритель) 41, электромотор 42, запорный клапан 43 , может содержать сепаратор сжиженного низкотемпературного хладагента 44, систему подготовки воды, или сжиженного газа 45, сепаратор охлаждающей жидкости 46 ,
циркуляционный вентилятор 47, теплообменник-экономайзер 48, насос высокого давления 49.
Установка , при осуществлении способа компрессии и сжижения газа по термокомпрессионному Антони циклу, работает следующим образом.
Сжимаемую газообразную среду, например пропан сжимают в каскадном обменнике давлением 7 (Фиг. 1), в результате воздействия на неё дополнительно нагретой сжимающей газообразной средой, например газообразным пропаном более высокого давления , предварительно давление которого, после охлаждения в охладителе 14 и конденсации нагнетают в насосе контура рециркуляции рабочего тела 19 , после чего пропан последовательно нагревают и испаряют в рекуператоре 10, после чего направляют в нагреватель 20 , нагретый пропан из которого направляют в порт подвода рабочего тела высокого давления 24 каскадного обменника давлением 7 в качестве сжимающего рабочего тела высокого давления. Другую часть конденсата пропана дожимают в системе испарительного охлаждения 33 и впрыскивают в сжимаемую в каскадном обменнике давлением 7 среду (пропан) в качестве охлаждающей жидкости- хладагента. Третью часть пропана , после выхода из насоса 19 в качестве хладагента направляют в теплообменник предварительного охлаждения 25 , охлаждают вместе с потоком сжижаемого газа из подвода 35 , после чего расширяют в дроссельном вентиле 27 и вновь направляют в теплообменник 25 в качестве хладагента , который в теплообменнике 25 нагревается и испаряется , после чего подаётся в порт подвода рабочего тела низкого давления 6 каскадного обменника давлением куда также подаётся , посредством вентилятора 12 расширившаяся в ротре 32 обменника давлением 7 сжимающая среда , остаточное тепло от которой отводят в рекуператоре 10.
В установке может одновременно использоваться многокомпонентное рабочее тело, например азот и этан. (Фиг. 2) При этом давление этана , используемого в качестве сжимающего рабочего тела высокого давления нагнетается насосом 19 , после чего этан испаряется в рекуператоре 10 и нагревается в нагревателе 20. А азот , после сжатия в каскадном обменнике давлением 7 частично отводят вентилятором 18 в контур рециркуляции сжимающего рабочего тела высокого давления и нагревают , по крайней мере в нагревателе 20. А частично в качестве хладагента охлаждают в теплообменниках 25 и 26 после чего расширяют в детандере 28 и направляют в низкотемпературный теплообменник 30 , где им охлаждают сжижаемый газ. После нагрева в теплообменниках
25, 26 и 30 азот низкого давлении подают в порт подвода рабочего тела низкого давления 6 и вновь сжимают. Дополнительно, часть конденсата этана из насоса 16 направляют в теплообменник 22, где охлаждают. После чего , часть его расширяют в одном детандере 27 и направляют для нагрева и испарения в теплообменник 25 , затем сжимают в обменнике 7. А часть охлаждают в более холодном теплообменнике 26 , затем расширяют в другом детандере 27 , до более низкого давления и охлаждают им сжижаемый газ и хладагенты в теплообменниках 26 и 25, после чего сжимают в компрессоре 3 системы предварительного сжатия , охлаждают в охладителе 5 и вновь сжимают в обменнике 7. Другую часть конденсата этана дожимают в насосе высокого давления 49 и направляют в теплообменник-экономайзер 48, где нагревают и расширяют в турбине 22 , которая вращает электрогенератор 23 и компрессор 3 системы предварительного сжатия, после чего охлаждают в охладителе 5 и вновь сжимают в каскадном обменнике давлением 7.
Возможно, несконденсированный в сепараторе конденсата высокого давления 15 газ , например, используемый в качестве хладагента азот, разделяют на две час и (Фиг.З), одну часть азота высокого давления направляют на вход вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела 18 , после чего нагревают в рекуператоре 10 , затем в высокотемпературном нагревателе 20 и подают в порт подвода рабочего тела высокого давления 6 каскадного обменника 7, а другую часть, возможно после дополнительного устройства осушки 39 , направляют, последовательно, по мере охлаждения, например в теплообменник предварительного охлаждения 25, затем в теплообменник- охладитель сжижаемого газа 26, после которого охлаждённый хладагент (азот) направляют в расширительное устройство , например в виде детандера 28, в котором расширяют с совершением полезной работы, в результате чего его дополнительно охлаждается, после чего азот среднего давления разделяют на две части , одну часть вновь направляют в расширительное устройство , возможно в виде дроссельного вентиля 27, или детандера, например при этом, азот предварительно охлаждают в теплообменнике- -испарителе сжиженного низкотемпературного хладагента (азота) (на чертеже не показан) , затем сепарируют в сепараторе сжиженного низкотемпературного хладагента (азота) 44 , сжиженный азот из которого, подают в насос контура рециркуляции рабочего тела 19, где давление его повышается, затем сжиженный азот высокого давления подают, например вначале, по мере подвода тепла, в теплообменник - испаритель сжиженного азота , после чего его последовательно
нагревают в низкотемпературном теплообменнике 30 , затем , в теплообменнике - охладителе сжижаемого газа 26 , после чего , возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения 25 , затем азот высокого давления нагревают , возможно в рекуператоре 10 , после чего нагревают в высокотемпературном нагревателе 20 и подают в турбину 22, которая вращает полезную нагрузку, например в виде электрогенератора 23.
Возможно, что низкотемпературное расширительное устройство (Фиг. 4), выполняют в виде каскадного детандер- компрессора 29, возможно квазиизотермического , в котором отводят тепло от сжимаемого газа (смеси) в процессе сжатия, при этом , при вращении ротора каскадного детандер -компрессора 29 сжимающее рабочее тело (охлаждаемый газ или смесь газов), например азот , расширяют с совершением полезной работы , при этом азот охлаждается, и его направляют из порта отвода рабочего тела низкого давления каскадного детандер -компрессора 29 , возможно через сепаратор охлаждающей жидкости 46. например этана и, или пропана , в низкотемпературный теплообменник 30, где азот нагревают , охлаждая и сжижая сжижаемый газ, далее , поток нагретого азота , разделяют на две части , одну из которых направляют , с возможностью подвода тепла, в теплообменник-охладителю сжижаемого газа 26 , при этом смешивают с испарившемся этаном и, или пропаном , после чего смешанный хладагент подключают, например к вентилятору 1 (компрессору) системы наддува и, далее, к порту подвода рабочего тела низкого давления 6 каскадного обменника давлением 7 , а другую часть азота направляют по трубопроводу в теплообменник-охладитель сжижаемого газа 26 , после чего трубопровод с нагретым азотом подключают посредством продувочного вентилятора 12 к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного детандер- компрессора 29, при этом трубопровод с охлаждённым газом высокого давления после выхода из теплообменника-охладителя сжижаемого рабочего тела 26, подключают к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного детандер- компрессора 29, из порта отвода рабочего тела высокого давления которого , сжатое в нём рабочее тело (хладагент) , например вначале охлаждают , возможно в атмосферном охладителе 14, например с сепаратором конденсата охлаждающей жидкости (этана и, или пропана)46, после чего хладагент высокого давления (азот) подключают, через циркуляционный вентилятор 47 к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного детандер - компрессора 29. Далее цикл повторяется.
Установка может содержать теплообменник -нагреватель перепускных , а ,
возможно каналов 34 (Фиг. 1 Фиг. 2 Фиг. 4) При этом , посредством теплообменника 34 к перепускным (массообменным) каналам подводится тепло, которое нагревает сжимающее рабочее тело в процессе его расширения , при вращении ротора 32, каскадного обменника давлением 7. Это увеличивает эффективность сжатия, сжимаемой среды, при расширении газа в квазиизотермическом каскадном обменнике давлением 7, что повышает эффективность установки в целом.
После устройства дополнительной подготовки газа 40, возможно , что газ, например диоксид углерода направляют в низкотемпературный рекуператор 41 и охлаждают в нём (Фиг. 5) , после чего газ направляют в теплообменник - охладитель сжижаемого газа 26 , подключенный к холодильному агрегату (на чертежах не показан), в котором температура газа понижается и, при заданном давлении, газ сжижается, после чего из него возможно удалить несконденсированный газ в сепараторе сжиженного газа 36. а сжиженный газ частично направить потребителю , через отвод сжиженного газа потребителю 37. а часть сжиженного газа возможно направить в насос контура рециркуляции рабочего тела 19 . После чего сжиженный газ первоначально нагревают и испаряют в низкотемпературном рекуператоре 41 обратным потоком сжижаемого газа , затем объединяют с потоком газа сжатого в вентиляторе контура рециркуляции рабочего тела 18 , после чего газ нагревают в рекуператоре 10 и нагревателе 20.
Возможно, что газ, например диоксид углерода, сжижают при температуре окружающей среды. (Фиг. 6) При этом из порта отвода рабочего тела высокого давления 13 каскадного обменника давлением 7, углекислый газ или смесь углекислого газа и водяного пара высокого давления разделяют на два потока . Один поток направляют в вентилятор контура рабочего тела высокого давления 18 , затем нагревают и направляют в порт подвода рабочего тела высокого давления 24 каскадного обменника давлением 7. А другой поток направляют в высокотемпературный охладитель 16, где из него удаляют воду , затем направляют в дополнительное устройство осушки 39 , после чего , например доводят до кондиции в устройстве дополнительной подготовки газа 40. Затем газ направляют в атмосферный охладитель 14 в котором он при температуре окружающей среды сжижается, после чего часть сжиженного газа отдают потребителю , например при этом его охлаждаюг каким -либо известным способом, например расширяют в детандере 28. после чего направляют в теплообменник - охладитель сжижаемого газа 26 , в котором газ охлаждают и сжижают обратным потоком несконденсированного газа низкого
давления, после расширения в дроссельном вентиле 27. Другую часть сжиженного газа подключают к насосу контура рециркуляции сжимающего рабочего тела 19 и сжимают , например до сверхкритического давления , после чего нагревают в рекуператоре 10 , затем нагревают в высокотемпературном нагревателе , возможно в камере сгорания 21 в которой сжигают метан в среде кислорода и циркулирующего в цикле диоксида углерода , после чего смесь водяного пара и диоксида углерода объединяют с газом или парогазовой смесью , предварительно сжатом в вентиляторе контура рециркуляции сжимающего рабочего тела 18 , и нагретом, например в рекуператоре 10 , потом возможно вновь нагревают в высокотемпературном нагревателе 20, или в камере сгорания 21 и подают, в качестве сжимающей среды, в порт подвода рабочего тела высокого давления 24 каскадного обменника давлением 7.
Использование данного изобретения позволит эффективно компримировать и сжижать газ в простых и надёжных установках , используя различные источники тепловой энергии, при этом возможно часть тепловой энергии преобразовывать в механическую энергию и полезно использовать, например в этой же установке.
Claims
1 . Способ компрессии и сжижения газа по термокомпрессионному Антони циклу , заключающийся в том, что сжимаемую газообразную среду сжимают в обменнике давления, в результате воздействия на неё , сжимающей газообразной средой более высокого давления и температуры, предварительно, часть которой, перед нагревом, сжимают до необходимого давления в компрессоре , или после охлаждения и конденсации нагнетают насосом , после чего нагревают и испаряют, или газифицируют и используют, по крайней мере, в качестве сжимающей среды, при этом, по крайней мере , при использовании компрессора, часть сжимающей среды отводят от сжатой в обменнике давления газообразной среды высокого давления и направляют, посредством циркуляционного вентилятора, или компрессора , по крайней мере, в один нагреватель , после чего используют, по крайней мере, в качестве сжимающей среды в обменнике давления, например при этом, берут в качестве сжимаемой и, или сжижаемой среды какой-либо газ, или смесь газов, или парогазовую смесь и , через систему предварительного сжатия в виде, по крайней мере, одного компрессора, по крайней мере, с концевым охладителем и, или через систему наддува в виде вентилятора , подают его в порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением , возможно квазиизотермического, то есть такого, в котором газ нагревают при расширении и , или охлаждают при сжатии, одновременно, из порта отвода рабочего тела низкого давления , расширившееся , при вращении ротора каскадного обменника давлением, сжимающее рабочее тело (сжимающую среду) подают, возможно, после дополнительного подогрева в расширительное устройство, например в турбину , вращая при этом нагрузку, либо из порта отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением рабочее тело подают , по крайней мере в один охладитель , например в виде рекуператора , в котором охлаждают, при этом, полученный при охлаждении конденсат рабочего тела и, или одного из рабочих тел и, или охлаждающей жидкости, отделяют в сепараторе конденсата низкого давления , а несконденсированное рабочее тело направляют , посредством вентилятора, или компрессора системы наддува в порт подвода рабочего тела низкого давления этого же обменника давлением , одновременно, из порта отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением, сжатую в нём сжимаемую среду, подают потребителю сжатого газа и, или направляют в вентилятор или компрессор контура
рециркуляции рабочего тела высокого давления и, или подводят, по крайней мере, к одному охладителю с сепаратором конденсата высокого давления, из которого удаляют конденсат, например воду и, или сконденсированный, при этом часть , сжиженного таким образом газа отдают потребителю сжиженного газа , а , по крайней мере , конденсат из сепаратора конденсата низкого давления и, или конденсат из , по крайней мере, одного сепаратора конденсата высокого давления , например воду и, или сконденсированный газ, по крайней мере, одним насосом контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , нагнетают до необходимого давления, после чего нагревают и используют , по крайней мере, в качестве сжимающего рабочего тела, при этом трубопровод с потоком несконденсированного газа , по крайне мере, из одного сепаратора конденсата высокого давления , подключают к потребителю сжатого газа и, или направляют в вентилятор, либо компрессор контура рециркуляции рабочего тела высокого давления, далее его нагревают, по крайней мере в одном нагревателе , например подают в рекуператор тепла и нагревают , возможно, например перед рекуператором , или после него , его , объединяют с рабочим телом , предварительно сжатом в насосе контура рециркуляции рабочего тела высокого давления и предварительно нагретым, возможно и испарённым , или газифицированным, например в этом же рекуператоре тепла, затем нагревают в нагревателе , выполненном , например в виде теплообменника , возможно с промежуточным теплоносителем, или в виде камеры сгорания , или электронагревателя , солнечного коллектора и.т.п., после чего , нагретое рабочее тело высокого давления - сжимающую среду подают , по крайней мере, в порт подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением, , при этом, возможно, что часть конденсата , по крайней мере из одного сепаратора конденсата низкого и, или высокого давления, например воду и , или сжиженный газ подводят к одной, или к нескольким системам испарительного охлаждения и используют в качестве охлаждающей жидкости -хладагента, при этом давление её дополнительно повышают, по крайней мере, в одном насосе , после чего распыляют посредством форсунок в сжимаемой среде , по крайней мере, в каналах каскадного обменника давлением и, или охлаждающую жидкость (хладагента) , например предварительно охлаждают, и подают , по крайней мере в одно расширительное устройство , например в дроссельный вентиль, в котором его расширяют, после чего испаряют, по крайней мере, в одном теплообменнике, при этом отбирают тепло от охлаждаемого и, или сжижаемого газа, после чего нагретый
таким образом хладагент направляют в порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением.
2. Способ компрессии и сжижения газа, заключающийся в том, что давление предварительно сконденсированного сжимающего рабочего тела , или его части, повышают в насосе до более высокого давления, чем давление сжимающей среды в обменнике давлением , после чего рабочее тело высокого давления нагревают , по крайней мере в одном нагревателе , например нагревают в нагревателе в виде теплообменного аппарата , после чего после чего нагревают в высокотемпературном нагревателе , возможно в виде камеры сгорания, в которой сжигают топливо, возможно газ метан, например, в среде , предварительно смешанных и нагретых диоксида углерода и кислорода . а , возможно и водяного пара, затем , рабочее тело высокого давления направляют в расширительное устройство, например в турбину , где его расширяют , вращая полезную нагрузку, после чего , возможно вновь нагревают, и направляют в порт подвода рабочего тела высокого давления обменника давлением и, или в расширительное устройство меньшего давления, после выпуска из которого рабочее тело охлаждают и направляют в порт подвода рабочего тела низкого давления обменника давлением.
3. Способ компрессии и сжижения газа, заключающийся в том, что несконденсированный в сепараторе, по крайней мере, одного сепаратора конденсата высокого давления газ , например диоксид углерода, разделяют на две части , одну часть направляют на вход вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , а другую часть , возможно после дополнительного устройства осушки , очистки , и. т.п., направляют в теплообменник- охладитель сжижаемого газа, в котором его охлаждают и сжижают, например при этом его охлаждают частью сжиженного газа, например диоксида углерода, который расширяют посредством дроссельного вентиля в теплообменнике охладителе , или охлаждают хладагентом из отдельного холодильного агрегата, после чего, сжиженный газ направляют, например, в сепаратор сжиженного газа , сжиженный газ из которого направляют потребителю, при этом, либо конденсат из сепаратора конденсата низкого давления , например воду, подключают к насосу контура рециркуляции сжимающего рабочего тела высокого давления , либо часть сжиженного газа из сепаратора сжиженного газа высокого давления подключают к насосу контура рециркуляции сжимающего рабочего тела высокого
26 давления , после чего подключают к рекуперативному теплообменнику , где его нагревают и испаряют обратным потоком сжижаемого газа , например диоксида углерода, затем нагревают в нагревателе и используют в качестве сжимающего рабочего тела, в обменнике давлением.
4. Способ компрессии и сжижения газа, заключающийся в том, что несконденсированный в сепараторе, по крайней мере, одного сепаратора конденсата высокого давления газ , например природный, разделяют на две части , одну часть направляют на вход вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления, а другую часть, возможно после дополнительного устройства осушки , направляют, возможно вначале, в теплообменник предварительно охлаждения, подключенный к холодильному агрегату, или к системе испарительного охлаждения, далее, газ направляют в теплообменник- охладитель сжижаемого газа, после которого , возможно , в сепараторе конденсата тяжёлых углеводородов, из него удаляют тяжёлые углеводороды, часть из которых направляют на фракционирование и , далее, потребителю, а , например после фракционирования, какой-либо газ, например этан , или пропан направляют в дроссельный вентиль и расширяют в нём, после чего испаряют в теплообменнике -охладителе сжижаемого газа и, или в теплообменнике предварительного охлаждения , а несконденсированный природный газ из сепаратора тяжёлых углеводородов направляют, по крайней мере в два , или в три трубопровода , например по одному из них газ направляют в теплообменник -охладитель сжижаемого газа, нагревают в нём, после чего , возможно, нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения , и отдают сжатый газ потребителю, по второму трубопроводу газ направляют в низкотемпературный теплообменник , охлаждают , сжижают и, например, переохлаждают в нём, после чего направляют в расширительное устройство , например в детандер (жидкостной) или в дроссельный вентиль , в котором расширяют , при этом дополнительно охлаждают, после чего направляют в сепаратор сжиженного газа , часть сжиженного газа из которого отдают потребителю, в тоже время, по третьему трубопроводу природный газ подают в расширительное устройство , например в детандер и расширяют в нём, вращая полезную нагрузку , после чего охлаждённый газ направляют в низкотемпературный теплообменник , в котором его нагревают, переохлаждая и охлаждая сжижаемую часть природного газа , после чего нагретый природный газ направляют в теплообменник -охладитель сжижаемого газа, нагревают в
27 нём и объединяют , например с испарённым и нагретым этаном , после чего смесь этана и природного газа, возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения, и подают в систему наддува, например в вентилятор наддува, или в компрессор системы предварительного сжатия и подают в порт подвода рабочего тела низкого давления обменника давлением , при этом из сепаратора сжиженного природного газа , часть газа направляют в насос контура рециркуляции сжимающего рабочего тела , затем подают , последовательно, по мере нагрева, в низкотемпературный теплообменник , затем в теплообменник -охладитель сжижаемого газа, далее, возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения, при этом газ испаряют и нагревают , после чего нагревают , например в рекуператоре и нагревателе , например совместно с частью газа , предварительно сжатой в вентиляторе контура рециркуляции рабочего тела и используют, по крайней мере, в качестве сжимающего рабочего тела в каскадном обменнике давлением.
5. Способ компрессии и сжижения газа, заключающийся в том, что после выпуска из порта отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением газ, , например, используемый в качестве хладагента внешнего контура охлаждения азот, разделяют на две части , одну часть азота высокого давления направляют на вход вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , а другую часть, , по крайней мере, после одного охладителя с сепаратором конденсата высокого давления, возможно после дополнительного устройства осушки , направляют, последовательно, по мере охлаждения, например в теплообменник предварительного охлаждения, затем в теплообменник- охладитель сжижаемого газа, после которого охлаждённый хладагент (азот) направляют в расширительное устройство , например в виде детандера, в котором расширяют с совершением полезной работы, в результате чего его дополнительно охлаждают , после чего азот среднего давления разделяют на две части , одну часть вновь направляют в расширительное устройство , возможно в виде дроссельного вентиля, или детандера, например при этом, азот предварительно охлаждают в теплообменнике- испарителе сжиженного низкотемпературного хладагента (азота), затем сепарируют в сепараторе сжиженного низкотемпературного хладагента (азота), сжиженный азот из которого подают в насос контура рециркуляции рабочего тела , где давление его повышают, затем сжиженный азот высокого давления подают, например вначале, по мере подвода тепла, в
28 теплообменник - испаритель сжиженного азота , после чего его последовательно нагревают в низкотемпературном теплообменнике , затем , в теплообменнике - охладителе сжижаемого газа , после чего , возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения , затем азот высокого давления объединяют с частью азота , предварительно сжатой в вентиляторе или компрессоре контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , после чего дополнительно нагревают и подают, по крайней мере, в порт подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением, при этом, несконденсированный в сепараторе сжиженного низкотемпературного хладагента азот низкого давления, например, последовательно нагревают , по мере нагрева, вначале, в теплообменнике - испарителе сжиженного азота, далее, в низкотемпературном теплообменнике , затем -в теплообменнике -охладителе сжижаемого газа , после чего , возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения, затем сжимают в компрессоре, охлаждают в промежуточном охладителе и объединяют с потоком азота среднего давления, после чего подают в порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением, при этом, часть азота среднего давления , после выпуска из детандера также последовательно нагревают, вначале , по ходу движения азота среднего давления, в низкотемпературном теплообменнике , затем -в теплообменнике -охладителе сжижаемого газа , после чего , возможно нагревают в теплообменнике предварительного охлаждения , затем азот сжимают в компрессоре предварительного сжатия , при этом , предварительно подготовленный и , например, компримированный газ , например природный газ, последовательно охлаждают , сжижают и , например переохлаждают в теплообменниках , по крайней мере хладагентом -азотом из внешнего контура охлаждения , после чего расширяют, например в дросселе , сепарируют и направляют потребителю.
6. Способ компрессии и сжижения газа, заключающийся в том, что из выпуска сепаратора конденсата высокого давления, сконденсированный в нём газ, например этан , направляют, например одним трубопроводом в систему испарительного охлаждения, посредством которой этан впрыскивают в сжимаемую среду , по крайней мере, в часть каналов ротора каскадного обменника давлением, а другим трубопроводом сжиженный этан подключают , по крайней мере, к одному насосу контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , после чего нагревают и используют в качестве сжимающего рабочего тела , помимо этого, ещё один трубопровод сжиженного этана
29 подключают , например вначале, по ходу движения сжиженного этана , с возможностью отвода тепла , к теплообменнику предварительного охлаждения после чего часть охлаждённого этана направляют в расширительное устройство, например в виде дроссельного вентиля, выпуск из которого подключают с холодной стороны к теплообменнику предварительного охлаждения по крайней мере сжижаемого газа, в котором этан испаряют, после чего направляют в порт подвода рабочего тела низкого давления обменника давлением , а другую часть сжиженного и охлаждённого этана направляют в более холодный теплообменник- охладитель сжижаемого газа , где , например дополнительно охлаждают , после чего охлаждённый этан расширяют в другом расширительном устройстве, например в дросселе до более низкого давления , чем в первом дросселе, затем подключают с холодной стороны к теплообменнику- охладителю сжижаемого газа, в котором этан испаряют, в результате чего охлаждают, в том числе сжижаемый газ до более низкой температуры , далее этан низкого давления направляют по отдельной магистрали в теплообменник предварительного охлаждения , нагревают в нём и подают в компрессор системы предварительного сжатия, при этом выпуск сжатого в обменнике газа разделяют на две части до , или после охладителя с сепаратором конденсата высокого давления , по ходу движения газа высокого давления , при этом одну часть газа высокого давления подводят к впуску вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , после чего нагревают и используют в качестве сжимающего рабочего тела , а вторую часть направляют в охладитель с сепаратором конденсата высокого давления , откуда несконденсированный газ , например азот , в качестве хладагента последовательно охлаждают . вначале, по ходу движения газа , например в теплообменнике предварительного охлаждения , после чего азот направляют в теплообменник - охладитель сжижаемого газа , далее, азот подключают к расширительному устройству , например к детандеру . расширенный и охлаждённый азот из которого, направляют, с возможностью подвода тепла, вначале в низкотемпературный теплообменник , после чего азот направляют в теплообменник-охладитель сжижаемого газа , затем азот направляют в теплообменник предварительного охлаждения , выпуск из которого, нагретых в нём этана и азота подключают, например к вентилятору, или компрессору системы наддува, и далее, к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением.
30
7. Способ компрессии и сжижения газа, заключающийся в том, что низкотемпературное расширительное устройство выполняют в виде каскадного детандер- компрессора , возможно квазиизотермического , то есть, в котором отводят тепло от сжимаемого газообразного хладагента в процессе сжатия, при этом , при вращении ротора каскадного детандер -компрессора сжимающее рабочее тело , например азот , расширяют с совершением полезной работы , при этом азот охлаждают, после чего направляют из порта отвода рабочего тела низкого давления каскадного детандер - компрессора , возможно через сепаратор охлаждающей жидкости , например этана или пропана , в низкотемпературный теплообменник где азот нагревают , охлаждая, сжижая и, например переохлаждая сжижаемый газ, далее , поток нагретого азота , разделяют на две части , одну из которых направляют , с возможностью подвода тепла, в теплообменник-охладитель сжижаемого газа и , например , в теплообменнике предварительного охлаждения , после чего хладагент-азот сжимают в вентиляторе или компрессоре системы наддува, после чего направляют в порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением , а другую часть азота направляют по трубопроводу, по крайней мере в теплообменник-охладитель сжижаемого газа и нагревают в нём , после чего трубопровод с нагретым азотом подключают, посредством продувочного вентилятора к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного детандер- компрессора и , при вращении ротора каскадного детандер- компрессора сжимают, при этом трубопровод с охлаждённым газообразным хладагентом высокого давления после выхода из теплообменника-охладителя сжижаемого рабочего тела, подключают к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного детандер- компрессора и расширяют в нём, при этом, из порта отвода рабочего тела высокого давления , сжатое в нём рабочее тело (хладагент) , например вначале охлаждают , возможно в атмосферном охладителе, например с сепаратором конденсата охлаждающей жидкости (этана или пропана), после чего хладагент высокого давления (азот) подключают, через циркуляционный вентилятор к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного детандер -компрессора и вновь расширяют в нём вместе с основной частью хладагента высокого давления, при этом часть охлаждаемого и сжижаемого газа . например природного газа , охлаждается и , например сжижается и переохлаждается в теплообменнике в который вмонтированы, по крайней мере, часть перепускных каналов, а , возможно, и отводных каналов, выполненных с противоположной стороны от
31 перепускных каналов , в части расширения в них хладагента .
8. Установка компрессии и сжижения газа, для осуществления способа по п.1, содержащая, по крайне мере, один компрессор, или вентилятор , по крайней мере, один теплообменник -нагреватель и, по крайней мере, один теплообменник - охладитель, один или несколько, подключенных последовательно и , или параллельно каскадных обменников давлением , системы защиты, управления , пуска , контроля , и.т.п. , отличающаяся тем. что содержит, по крайней мере, один каскадный обменник давлением, например квазиизотермический - выполненный с возможностью отвода тепла при сжатии газа и, или подвода тепла при расширении в газа , порт подвода рабочего тела низкого давления которого подключен трубопроводом к подводу сжимаемого и, или сжижаемого газа, или смеси газов, например через систему наддува в виде вентилятора и, или систему предварительного сжатия, например в виде по крайней мере одного компрессора , по крайней мере с концевым охладителем , порт отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением подключен к расширительному устройству, например к турбине турбокомпрессора, возможно, через устройство подвода тепла и , или порт отвода рабочего тела низкого давления подключен , по крайней мере , через один рекуператор и , или охладитель с сепаратором конденсата низкого давления, и далее, через продувочный вентилятор или компрессор к порту подвода рабочего тела низкого давления , этого же обменника давлением, порт отвода рабочего тела высокого давления которого подключен к потребителю сжатого газа и , или к вентилятору контура рециркуляции рабочего тела высокого давления- сжимающего рабочего тела и, или порт отвода рабочего тела высокого давления подключен , по крайней мере, к одному охладителю с сепаратором конденсата высокого давления, отвод сжиженного газа из которого подключен к потребителю сжиженного газа, при этом отвод конденсата, по крайней мере, из одного сепаратора конденсата низкого давления и, или отвод конденсата из, по крайней мере, одного сепаратора конденсата высокого давления, подключен трубопроводом к впуску, по крайней мере, одного насоса контура рециркуляции рабочего тела высокого давления -сжимающего рабочего тела, при этом трубопровод с потоком несконденсированного газа , по крайне мере из одного сепаратора конденсата высокого давления подключен к потребителю сжатого газа, при этом контур рециркуляции сжимающего рабочего тела в части после насоса и, или вентилятора , подключен , по крайней мере, к одному нагревателю в виде
32 теплообменника -рекуператора и, или теплообменника -нагревателя , возможно с промежуточным теплоносителем и, или в виде камеры сгорания , или электронагревателя , солнечного коллектора и. т.п., после чего трубопровод с нагретым сжимающим рабочим телом подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением, при этом отвод конденсата из сепаратора конденсата высокого давления и, или из сепаратора конденсата низкого давления , может быть подключен через . по крайней мере, один насос к одной , или к нескольким системам испарительного охлаждения , с возможностью впрыска конденсата через форсунки или , по крайней мере, через один дроссельный вентиль , в сжимаемую среду, в квазиизотермическом каскадном обменнике давлением и, или в системе предварительно сжатия сжимаемой среды , и , или , с возможностью дросселирования конденсата , например пропана или этана, по крайней мере , в одном теплообменнике системы охлаждения , по крайней мере сжижаемого газа.
9. Установка по п. 8 , отличающаяся тем, что выпуск сжимающего рабочего тела из вентилятора или компрессора контура рециркуляции и, или выпуск рабочего тела с более высоким давлением из насоса, подключенного к контуру рециркуляции сжимающего рабочего тела , подключены трубопроводами , по крайней мере, к одному источнику подвода тепла , отвод нагретого сжимающего рабочего тела из которого, подключен к подводу рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением , а отвод из нагревателя нагретого в нём рабочего тела более высокого давления подключен к впуску расширительного устройства , например турбины, выполненной на валу нагрузки, выпуск из которой подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением и, или к расширительному устройству , например к турбине более низкого давления.
10. Установка по п.8, отличающаяся тем, что каскадный обменник давлением выполнен квазиизотермическим , при этом , по крайней мере , часть перепускных, массообменных каналов и , например отводные каналы, выполненные с противоположной стороны ротора, в части расширения рабочего тела в каналах ротора, вмонтированы в устройство подвода тепла , с возможностью подвода тепла к сжимающей среде в процессе её расширения в перепускных и, например отводных каналах и , или в корпусе каскадного обменника давлением , напротив каналов ротора , расположенных с противоположной стороны, по крайней мере, от части окон подвода из перепускных
33 каналов в каналы ротора сжимающей среды , а возможно и , например частично, напротив порта подвода сжимающего рабочего тела (среды) высокого давления каскадного обменника давлением, выполнены устройства впрыска в каналы ротора охлаждающей жидкости .
11 .Установка по п. 8 отличающаяся тем, что отвод рабочего тела высокого давления , например диоксида углерода, из каскадного обменника давлением разделён на два трубопровода до или после охладителя, например содержащего сепаратор конденсата высокого давления , один из которых , посредством вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления и далее, к нагревателю , а другой трубопровод , например после дополнительного устройства подготовки , подключен к низкотемпературному рекуператору с возможностью отвода тепла , после которого поток рабочего тела высокого давления подключен к низкотемпературному теплообменнику , например к холодильному агрегату, после выхода из которого, трубопровод с потоком сжиженного газа , например после сепаратора сжиженного газа, разделён на два трубопровода, один из которых подключен к потребителю сжиженного и охлаждённого газа, а другой трубопровод подключен , по крайней мере, к одному насосу контура рециркуляции сжимающего рабочего тела высокого давления , выход из которого, подведён к низкотемпературному рекуператору, с возможностью подвода тепла, после чего поток испарённого рабочего тела высокого давления , подключен к трубопроводу со сжимающим рабочим телом из вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , после чего сжимающее рабочее тело высокого давления подведено по крайней мере к одному устройству подвода тепла и, далее -к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением.
12. Установка по п.8, отличающаяся тем, что трубопровод из порта отвода рабочего тела высокого давления обменника давлением разделен на две части до, или после охладителя , например содержащего сепаратор конденсата высокого давления , один из трубопроводов подключен ко входу вентилятора или компрессора контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , а другой трубопровод, после охладителя , например с сепаратором конденсата высокого давления , возможно после дополнительного устройства осушки , подключен с возможностью отвода тепла , вначале, по ходу движения газа, возможно к теплообменнику предварительно
34 охлаждения, подключенному, например к холодильному агрегату, далее, трубопровод с охлаждаемым газом вмонтирован в теплообменник- охладитель сжижаемого газа, выпуск охлаждённого газа из которого подключен к сепаратору конденсата тяжёлых углеводородов, часть из которых подключена к потребителю, а часть , или после фракционирования какой-либо газ, например этан или пропан , подведён трубопроводом в дроссельный вентиль, подключенный , в свою очередь, к теплообменнику предварительного охлаждения и, или к более низкотемпературному теплообменнику - охладителю сжижаемого газа , с возможностью испарения этана или пропана , при этом, отвод несконденсированного природного газа из сепаратора тяжёлых углеводородов разделён, например, на три трубопровода , один из которых вмонтирован в теплообменник -охладитель сжижаемого газа и в теплообменник предварительного охлаждения , с возможностью подвода тепла, после чего подключен к потребителю сжатого газа, второй трубопровод подключен к низкотемпературному теплообменнику , с возможностью охлаждения и сжижения в нём сжижаемого газа, выпуск из которого подключен, например , к расширительному устройству , возможно в виде детандера (жидкостного), или к дроссельному вентилю , выпуск из которого подведён к сепаратору сжиженного газа , часть сжиженного газа из которого подключена трубопроводом к потребителю сжиженного природного газа, при этом, третий трубопровод из сепаратора тяжёлых углеводородов подключен к расширительному устройству, например к детандеру, выпуск из которого подведён к низкотемпературному теплообменнику, с возможностью повода тепла , выпуск нагретого газа из которого подключен , далее , трубопроводом к теплообменнику -охладителю сжижаемого газа, выпуск из которого , нагретых в нём хладагентов, возможно через теплообменник предварительного охлаждения, подключен к системе наддува, например к вентилятору, или к компрессору системы сжатия, выпуск из которой присоединён к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением , при этом , отвод части конденсата из сепаратора сжиженного газа подключен к насосу контура рециркуляции сжимающего рабочего тела , выпуск из которого подключен трубопроводами, последовательно, с возможностью подвода тепла, вначале , по ходу движения сжимающего рабочего тела высокого давления, к низкотемпературному теплообменнику , затем , к теплообменнику -охладителю сжижаемого газа, далее, возможно, через теплообменник предварительного охлаждения, далее, подключен , по крайней мере, к одному более высокотемпературному
35 нагревателю, на выходе из которого , трубопровод с нагретым сжимающим рабочим телом высокого давления подключен, по крайней мере, к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением.
13. Установка по п.8, отличающаяся тем, что отвод конденсата газа , например этана или пропана, из сепаратора конденсата высокого давления разделён на три трубопровода , один из которых подключен к насосу контура рециркуляции рабочего тела высокого давления , выпуск из которого подведён по крайней мере к одному нагревателю , выпуск из которого подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением , второй трубопровод подключен к насосам системы испарительного охлаждения квазиизотермического каскадного обменника давлением , третий трубопровод подключен к теплообменнику предварительного охлаждения сжижаемого газа , с возможностью отвода тепла , далее , по ходу движения конденсата , трубопровод с охлаждённым конденсатом подключен к расширительному устройству , например к дросселю , выпуск из которого подведён с холодной стороны к теплообменнику предварительного охлаждения, выпуск нагретого и испарённого хладагента из которого подключен к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением.
14. Установка по п.8 или 13, отличающаяся тем, что отвод конденсата газа , например этана или пропана, из сепаратора конденсата высокого давления содержит трубопровод , подключенный к насосу высокого давления , выпуск из которого подключен по крайне мере к одному нагревателю , например к теплообменнику - экономайзеру , выпуск нагретого газообразного рабочего тела из которого подключен к турбине привода компрессора и, или электрогенератора , выпуск из которой подключен к охладителю выпуск из которого подключен к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением , например через компрессор системы предварительного сжатия.
15. Установка по п.8 или 13, отличающаяся тем, что трубопровод с конденсатом из сепаратора конденсата высокого давления , например этана, в качестве хладагента подключен, например вначале, по ходу движения сжиженного этана , с возможностью отвода тепла , к теплообменнику предварительного охлаждения , выпуск из которого разделён на два трубопровода , один трубопровод подключен к расширительному устройству, например в виде дроссельного вентиля, выпуск из которого подключен с
36 холодной стороны к теплообменнику предварительного охлаждения по крайней мере сжижаемого газа, выпуск нагретого хладагента из которого поведён трубопроводом к порту подвода рабочего тела низкого давления обменника давлением , при этом другой трубопровод сжиженного и охлаждённого этана подключен к более холодному теплообменнику- охладителю, по крайней мере сжижаемого газа , например с возможностью дополнительного охлаждения, на выходе из которого охлаждённый этан подключен трубопроводом к другому расширительному устройству, например в виде дросселя, с возможностью расширения до более низкого давления , чем в первом дросселе, выпуск из которого подключен, с холодной стороны, к теплообменнику- охладителю, по крайней мере сжижаемого газа, выпуск нагретого хладагента из которого подключен с возможностью подвода тепла , через отдельную магистраль к теплообменнику предварительного охлаждения , выпуск нагретого хладагента из которого подключен к компрессору системы предварительного сжатия. .
16. Установка по п.8, отличающаяся тем, что в качестве расширительного устройства газообразного хладагента , например азота содержит , по крайней мере один , выполненный на основе каскадного обменника давлением, каскадный детандер- компрессор , например квазиизотермический , по крайней мере выполненный с возможностью отвода тепла в теплообменнике от охлаждаемого и сжижаемого газа и, или от хладагента, и подвода тепла в этом же теплообменнике к перепускным , а , возможно и к , выполненным с противоположной стороны ротора , в части расширения в каналах ротора рабочего тела , отводным каналам каскадного детандер- компрессора.
17. Установка по п. 8 , отличающаяся тем, что, по крайней мере, один трубопровод , после выпуска из насоса контура рециркуляции сжимающего рабочего тела высокого давления подключен по крайней мере к одному нагревателю , например к котлу-парогенератору и, или к рекуператору , выпуск нагретого рабочего тела высокого давления - газа и, или пара из которого, подключен с возможностью подвода тепла к высокотемпературному нагревателю , возможно в виде камеры сгорания, например выполненной с возможностью горения газа метана в среде , по крайней мере частично, предварительно смешанных и нагретых диоксида углерода и кислорода , а , возможно и водяного пара, выпуск нагретого рабочего тела из высокотемпературного нагревателя подключен ко впуску в расширительное устройство, например в турбину , выпуск расширившегося рабочего тела из которой, может быть подключен к трубопроводу с,
37 предварительно сжатым в вентиляторе (компрессоре) контура рециркуляции сжимающего рабочего тела и нагретым , например в рекуператоре , сжимающим рабочим телом в виде газа , смеси газов и, или парогазовой смеси , после чего трубопровод с объединённым сжимающим рабочим телом (средой) подключен, например через высокотемпературный нагреватель, возможно также в виде камеры сгорания , к порту подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2022129133A RU2022129133A (ru) | 2022-11-08 | Способ компрессии и сжижения газа по термокомпрессионному Антони циклу и установка для его осуществления | |
| RU2022129133 | 2022-11-08 | ||
| RU2023103440 | 2023-02-14 | ||
| RU2023103440 | 2023-02-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024102021A1 true WO2024102021A1 (ru) | 2024-05-16 |
Family
ID=91033416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2023/000338 WO2024102021A1 (ru) | 2022-11-08 | 2023-11-07 | Установка и способ компрессии и сжижения газа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2024102021A1 (ru) |
-
2023
- 2023-11-07 WO PCT/RU2023/000338 patent/WO2024102021A1/ru unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101060381B1 (ko) | 천연가스 액화용 모터 구동 압축기 시스템 | |
| US6964168B1 (en) | Advanced heat recovery and energy conversion systems for power generation and pollution emissions reduction, and methods of using same | |
| US20020148225A1 (en) | Energy conversion system | |
| US5572861A (en) | S cycle electric power system | |
| JP4463105B2 (ja) | 二酸化炭素排出量を削減した、タービンへの冷却空気注入を使用する冷媒圧縮用の動力及び軽質炭化水素ガス液化プロセス用電力を提供するための方法及びシステム | |
| MX2013014870A (es) | Proceso para la licuefaccion de gas natural. | |
| JP2011017341A (ja) | 二酸化炭素排出量を減少させた冷媒圧縮用の動力及び軽質炭化水素ガス液化プロセス用の電力を提供するための方法及びシステム | |
| CN104884886A (zh) | 用于产生电能的方法和设备 | |
| US11821682B2 (en) | Natural gas processing using supercritical fluid power cycles | |
| JPWO2008139528A1 (ja) | 冷却サイクル系統、天然ガス液化設備、冷却サイクル系統の運転方法及び改造方法 | |
| CN115898578A (zh) | 利用低温空气冷能燃气电站的碳捕集系统及运行方法 | |
| JP2001041007A (ja) | タービン設備 | |
| JP4563730B2 (ja) | フューム処理方法 | |
| JP4505266B2 (ja) | エネルギー回収を伴うフューム処理方法 | |
| WO2024102021A1 (ru) | Установка и способ компрессии и сжижения газа | |
| JPH11343865A (ja) | 深冷タービン発電システム | |
| RU2022129133A (ru) | Способ компрессии и сжижения газа по термокомпрессионному Антони циклу и установка для его осуществления | |
| CN114729577A (zh) | 基于组合的焦耳-布雷顿和朗肯循环的、使用直接联接的往复机器工作的设施 | |
| JP2001012213A (ja) | タービン設備 | |
| JPH10205353A (ja) | 石炭ガス化複合サイクルシステムの駆動方法及び装置 | |
| RU2772632C1 (ru) | Способ производства сжиженного природного газа | |
| RU2735977C1 (ru) | Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления | |
| WO2023163614A1 (ru) | Установка генерации тепла и холода | |
| WO2020228986A1 (en) | Compressor train with combined gas turbine and steam turbine cycle | |
| CN112444099A (zh) | 一种天然气液化设备 |