КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ НА ОСНОВЕ АЗОТНОГО ЭКРАНА Российский патент 2000 года по МПК F25J1/00 F17C3/10 

Изобретение относится к области криогенной техники, криогенных газовых холодильных машин Стирлинга с гелием в качестве рабочего тела и хранения сжиженных газов, например природного газа.

Известно, что для сжижения газов используются различные циклы, например, с дросселированием или детандерные, однако в области криогенных температур (60 - 160 К) 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, что ввиду внешних теплопритоков в емкостях с криогенными жидкостями образуется выпар (пары сжиженных газов), количество которого зависит от многих факторов: формы емкостей; типов теплоизоляции и т.д. (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Изд. иностр. литер. , 1962, стр. 250). Однако выброс выпара за пределы емкости для хранения сжиженных газов приводит либо к потери ценного продукта, либо к загрязнению окружающей среды.

Известно, что сжиженный природный газ рассматривается как перспективное жидкое топливо, а температура кипения сжиженных природных газов соответствует температуре -162 С (113 К) (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.

Известно схемное решение установки для получения жидкого азота, состоящей из газовой холодильной машины Стирлинга, ректификационной колонны и теплообменника для вымораживания влаги и углекислоты воздуха, а также принцип ее работы. (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М. П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература". М., 1961, стр. 44). Однако в технологиях по производству сжиженного природного газа данные установки ранее не применялись.

Известны конструкции сосудов для хранения и перевозки жидких газов с малыми потерями на испарение на основе азотного экрана, включающие в себя сосуд с жидким газом, размещенным в сосуде с жидким азотом, и предохранительным клапаном для выпуска паров азота. (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 157 - 258). Однако в данных технических решениях не рассматриваются вопросы сохранения азота, и следовательно, эффективность азотного экрана будет постоянно снижаться с испарением жидкого азота и выбросом его паров в окружающую среду.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности систем и снижении материальных затрат при сжижении и хранении сжиженных газов.

Для достижения этого технического результата комбинированная система для хранения сжиженного газа на основе азотного экрана, состоящая из теплоизолированного сосуда с жидким газом, размещенного в теплоизолированном емкости с жидким азотом, и предохранительного клапана для выпуска паров азота, снабжена установкой для получения жидкого азота, состоящей из криогенной газовой машины Стирлинга, ректификационной колонны, теплообменника для вымораживания влаги и углекислоты воздуха, а также линией слива жидкого азота, состоящей из сосуда Дъюара, насоса высокого давления, обратного клапана, и линией переконденсации выпара азота, состоящей из предохранительного клапана, дроссельного клапана, расширительной емкости и регулирующего клапана, которые соединяют установку для получения жидкого азота и теплоизолированную емкость с жидким азотом, образуя замкнутый контур азота.

Введение в состав комбинированной системы для хранения сжиженного газа на основе азотного экрана установки для получения жидкого азота с криогенной газовой машиной Стирлинга, а также замкнутого контура азота, состоящего из линии слива жидкого азота и линии переконденсации выпара жидкого азота, соединяющих установку для получения жидкого азота с теплоизолированной емкостью с жидким азотом, позволяет получить новое свойство, заключающееся в получении азота из воздуха окружающей среды, создании азотного экрана для хранения сжиженных газов и переконденсации выпара азота (азотного экрана), с последующим его сливом в емкость с жидким азотом, за счет теплообмена с рабочим телом криогенной холодильной машины Стирлинга.

На чертеже изображена комбинированная система для хранения сжиженного газа на основе азотного экрана.

В состав комбинированной системы входит установка для получения жидкого азота с криогенной холодильной машиной Стирлинга 1, замкнутый контур азота, соединяющий теплоизолированный емкость с жидким азотом 2 с установкой 1. Внутри емкости с жидким азотом 2 расположен теплоизолированный сосуд с сохраняемым сжиженным газом 3. Замкнутый контур состоит из линии слива жидкого азота 4, сосуда Дъюара 5, насоса высокого давления 6, обратного клапана 7 и линии переконденсации выпара жидкого азота 8 с заборным устройством 9, предохранительным клапаном 10, дроссельным клапаном 11, расширительной емкостью 1, регулирующим клапаном 13. Установка для получения жидкого азота 1 снабжена линией подачи воздуха 14 с регулирующим клапаном 15.

Комбинированная система для хранения сжиженного газа на основе азотного экрана работает следующим образом.

При работе установки 1 из воздуха, засасываемого из окружающей среды по линии 14 через открытый клапан 15 получают жидкий азот, который по линии слива жидкого азота 4 поступает в сосуд Дъюара 5. В данный период работы регулирующий клапан 13 линии переконденсации 8 закрыт. Из сосуда 5 с помощью насоса высокого давления 6 жидкий азот через обратный клапан 7 поступает в теплоизолированную емкость 2, где скапливается, образуя азотный экран для хранения сжиженного газа в сосуде 3. После выработки необходимого количества жидкого азота линия подачи воздуха окружающей среды 14 отсекается от установки 1 с помощью регулирующего клапана 15, а установка 1 выключается.

Сжиженный газ в сосуде 3 защищен от внешних теплопритоков слоем жидкого азота, расположенного в теплоизолированной емкости 2. В свою очередь, за счет внешних теплопритоков в верхней части емкости 2 образуются пары азота (выпар). При достижении определенного давления срабатывает предохранительный клапан 10, что служит сигналом для открытия клапана 13 и включения установки 1. В результате этого по линии переконденсации 8 газообразный азот высокого давления через заборное устройство 9, предохранительный клапан 10 поступает в дроссельный клапан 11, расположенный перед расширительной емкостью 12, проходя через который предварительно охлаждается, а затем поступает через регулирующий клапан 13 в установку 1, где происходит его переконденсация. Переход паров азота в жидкую фазу в установке 1, создает необходимый перепад давлений в линии 8. Затем сжиженный азот по линии слива 4 через сосуд Дъюара 5, насос высокого давления 6, обратный клапан 7 поступает в теплоизолированную емкость 2. Обратный клапан 7 предотвращает движение рабочей среды в линии 4 в обратном направлении.

Источники информации
1. Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенное техники. - М.: Легкая и пищевая промышленность 1982, стр. 185 - 186.

2. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 250.

3. Нефтегазовая вертикаль. /Аналитический журнал/ N 9 - 10 (24 - 25). М. , 1998, стр. 123.

4. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература". М., 1961, стр. 44.

5. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малков. М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 257 - 258 - прототип.

В комбинированной системе для хранения сжиженных газов на основе азотного экрана установка для получения жидкого азота состоит из криогенной машины Стирлинга, ректификационной колонны и теплообменника для вымораживания влаги и углекислоты воздуха. Линия слива жидкого азота состоит из сосуда Дъюара, насоса высокого давления и обратного клапана. Линия переконденсации выпара азота состоит из предохранительного клапана, дроссельного клапана, расширительной емкости и регулирующего клапана, которые соединяют установку для получения жидкого азота и теплоизолированную емкость с жидким азотом, образуя замкнутый контур азота. Использование изобретения позволит повысить эффективность систем и снизить материальные затраты при сжижении и хранении сжиженных газов. 1 ил.

Комбинированная система для хранения сжиженного газа на основе азотного экрана, состоящая из теплоизолированного сосуда с сжиженным газом, размещенного в теплоизолированной емкости с жидким азотом, и предохранительного клапана для выпуска паров азота, отличающаяся тем, что снабжена установкой для получения жидкого азота, состоящей из криогенной холодильной машины Стирлинга, ректификационной колонны, теплообменника для вымораживания влаги и углекислоты воздуха, а также линией слива жидкого азота, состоящей из сосуда Дъюара, насоса высокого давления, обратного клапана, и линией переконденсации выпара азота, состоящей из предохранительного клапана, дроссельного клапана, расширительной емкости и регулирующего клапана, которые соединяют установку для получения жидкого азота и теплоизолированную емкость с жидким азотом, образуя замкнутый контур азота.