УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИЖЕНИЯ ГАЗОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ КРИОГЕННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ СТИРЛИНГА Российский патент 2000 года по МПК F25J1/00 

Изобретение относится к области криогенной техники, криогенных газовых холодильных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, а также сжижения газов, в основном природного газа.

Известно, что сжиженный природный газ рассматривается как перспективное жидкое топливо, а температура кипения сжиженных природных газов соответствует температуре -162^oC (113K) (Нефтегазовая вертикаль. / Анал. журнал N 9-10 (24-25), М., 1998, стр. 123). Однако существует проблема высокоэффективного получения и хранения сжиженного природного газа, как криогенной жидкости.

Известны технические решения газовых турбин, в которых энергия сжатого газа при расширении преобразуется в работу одновременно с понижением температуры газа (Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника: Учеб. для хим.-технол. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1986, стр. 307).

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288).

Известно устройство сосуда Дьюара для жидкого азота с вакуумно-порошковой изоляцией (Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

Известно конструктивное решение стационарного резервуара (теплоизолированной емкости) для хранения сжиженного газа (кислорода) с вакуумно-перлитовой изоляцией и устройством для сброса выпара сжиженного газа (Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 254).

Известно, что причиной низкого КПД реальных сжижителей газов является несовершенство применяемых холодильных циклов и способов сохранения холода (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 15).

Известно, что для сжижения газов используются различные циклы, например с дросселированием или детандерные, однако в области криогенных температур (60-160K) наиболее высокоэффективным циклом является цикл с холодильной машиной, работающей по циклу Стирлинга. Эффективность криогенных машин Стирлинга практически в 2 раза выше по сравнению с другими установками, применяемыми для сжижения газов (Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186).

Известно устройство газовой холодильной машины "Филипса", работающей по обратному циклу Стирлинга, предназначенной для сжижения воздуха (Вопросы глубокого охлаждения /Сб. статей под ред. проф. М. П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35). Однако данная холодильная машина для сжижения природного газа ранее не применялась.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности систем и снижении материальных затрат при получении сжиженного природного газа.

Для достижения этого технического результата установка для сжижения газов с применением криогенной холодильной машины Стирлинга, состоящая из криогенной холодильной машины Стирлинга, снабжена линией подачи газообразного природного газа из магистрального трубопровода, включающей в себя регулирующий клапан, расширительную газовую турбину на одном валу с электрогенератором, расширительную емкость и соединяющей магистральный трубопровод с холодильной машиной, а также линией слива сжиженного газа с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном, соединяющей конденсатор холодильной машины с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа.

Введение в состав установки для сжижения газов с применением криогенной холодильной машины Стирлинга линии подачи газообразного природного газа из магистрального трубопровода с расширительной газовой турбиной на одном валу с электрогенератором и расширительной емкостью, а также линии слива сжиженного газа с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном, позволяет получить новое свойство, заключающееся в высокоэффективном сжижении природного газа в конденсаторе холодильной машины с последующим сливом в емкость для хранения сжиженных газов за счет теплообмена с рабочим телом криогенной холодильной машины Стирлинга, а также снижение затрат мощности холодильной машины за счет предварительного охлаждения газа при расширении в газовой турбине с одновременным получением дополнительной электрической энергии.

На чертеже изображена установка сжижения газов с применением криогенной холодильной машины Стирлинга.

В состав установки входит холодильная машина Стирлинга 1, линия подачи газообразного природного газа 2 из магистрального трубопровода 3, линия слива сжиженного газа 4 и теплоизолированная емкость 5. Линия подачи природного газа 2 включает в себя регулирующий клапан 6, расширительную газовую турбину 7 с электрогенератором 8, расположенным на одном валу с турбиной 7, расширительную емкость 9 и соединяет магистральный трубопровод 3 с конденсатором ( не показан) холодильной машины 1. Линия слива сжиженного газа 4 состоит из сосуда Дьюара 10, насоса высокого давления 11, обратного клапана 12 и соединяет конденсатор холодильной машины 1 с теплоизолированной емкостью 5 для хранения сжиженного газа.

Установка для сжижения газов с применением криогенной холодильной машиной Стирлинга работает следующим образом.

Природный газ повышенного давления из магистрального трубопровода 3 по линии подачи 2 поступает в холодильную машину Стирлинга 1 для сжижения. Сжижение газа обуславливает постоянный перепад давления между трубопроводом 3 и холодильной машиной 1. Для регулирования подачи природного газа предусмотрен регулирующий клапан 6. Проходя через газовую турбину 7, газ расширяется, охлаждается и приводит во вращение вал турбины 7, на котором расположен электрогенератор 8, обеспечивающий получение электроэнергии. Газ, предварительно охлаждаемый при прохождении через турбину 7, поступает в расширительную емкость 9, а затем в конденсатор (не показан) холодильной машины 1 для сжижения. Сжиженный газ по линии слива 4 самотеком сливается в сосуд Дьюара 10, а затем насосом высокого давления 11 через обратный клапан 12 подается в теплоизолированную емкость 5. Обратный клапан 12 предотвращают движение рабочей среды в линии 4 в обратном направлении при отключении насоса 11.

Источники информации:
1. Нефтегазовая вертикаль. / Аналитический журнал/ N 9-10 (24-25), М., 1998, стр. 123.

2. Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника: Учеб. для хим. - технол. - спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1986, стр. 307.

3. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288.

3. Соколов Е. Я. , Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202.

4. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 254.

5. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 15.

6. Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186.

7. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35 - прототип.

В установке для сжижения газа линия подачи газообразного природного газа из магистрального трубопровода включает регулирующий клапан, расширительную газовую турбину на одном валу с электрогенератором и расширительную емкость и соединяет магистральный трубопровод с холодильной машиной Стирлинга. Линия слива сжиженного газа включает сосуд Дьюара, насос высокого давления и обратный клапан и соединяет конденсатор холодильной машины с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа. Использование изобретения позволяет повысить эффективность системы и снизить материальные затраты при получении сжиженного природного газа. 1 ил.

Установка для сжижения газа с применением криогенной холодильной машины Стирлинга, состоящая из криогенной холодильной машины Стирлинга, отличающаяся тем, что снабжена линией подачи газообразного природного газа из магистрального трубопровода, включающей в себя регулирующий клапан, расширительную газовую турбину на одном валу с электрогенератором, расширительную емкость и соединяющей магистральный трубопровод с холодильной машиной, а также линией слива сжиженного газа с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном, соединяющей конденсатор холодильной машины с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа.