КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТА И СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ОСНОВЕ УСТАНОВКИ С КРИОГЕННОЙ МАШИНОЙ СТИРЛИНГА Российский патент 2000 года по МПК F25J1/02 F25J3/04 

Изобретение относится к области криогенной техники, получения азота, сжиженного природного газа и криогенных газовых холодильных машин, работающих по циклу Стирлинга.

Известно, 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 из криогенной техники, что температура кипения азота соответствует температуре -196^oС (77 К), а также использование жидкого азота как охлаждающей жидкости. (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. ст. под ред. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 43).

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

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителя с применением насосов высокого давления, при этом для газификации используются выхлопные газы. (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. ст. под ред. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература". М., 1961, стр. 287 - 288). Однако в данных решениях не используется низкотемпературный потенциал газифицируемой 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.

Известно устройство, реализующее способ сжижения природного газа, включающее в себя установку для получения жидкого азота, теплообменник для сжижения природного газа и теплоизолированную емкость для хранения сжиженного природного газа. (Патент GB N 1135871, F 25 J 1/02, 1968). Однако в данном устройстве используется недостаточно эффективная установка для получения жидкого азота.

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

Для достижения этого технического результата комбинированная система для получения азота и сжижения природного газа, включающая в себя установку для получения жидкого азота, теплообменник для сжижения природного газа и теплоизолированную емкость для хранения сжиженного природного газа, снабжена криогенной газовой машиной Стирлинга, ректификационной колонной и теплообменником для вымораживания влаги и углекислоты, используемых в качестве установки для получения жидкого азота, а также контуром газификации азота, состоящим из трубопроводов с жидким и газообразным азотом, соединяющих последовательно теплоизолированную емкость для жидкого азота, насос высокого давления, теплообменник для сжижения природного газа, обратный клапан, теплообменник для подогрева газообразного азота воздухом атмосферы, газонаполнительную станцию, состоящую из ресиверной емкости, линии заправки с редукторным и заправочными клапанами, емкостей для газообразного азота высокого давления, трубопроводом для подачи воздуха атмосферы в установку для сжижения азота с дроссельным клапаном, проходящим через теплообменник подогрева газообразного азота, причем емкость для хранения сжиженного природного газа связана с теплообменником сжижения магистралью слива сжиженного природного газа, выполненного в виде змеевика в газосодержащей части емкости.

Введение в состав комбинированной системы для получения азота и сжижения природного газа установки для получения жидкого азота, включающей в себя криогенную газовую машину Стирлинга, ректификационную колонну, теплообменник для вымораживания влаги и углекислоты, а также контура газификации азота, состоящего из трубопроводов с жидким и газообразным азотом, соединяющих последовательно теплоизолированную емкость для жидкого азота, насос высокого давления, теплообменник для сжижения природного газа, обратный клапан, теплообменник для подогрева газообразного азота воздухом атмосферы, газонаполнительную станцию, трубопровода для подачи воздуха атмосферы в установку для сжижения азота с дроссельным клапаном, проходящего через теплообменник подогрева газообразного азота, и магистрали слива сжиженного природного газа, выполненной в виде змеевика в газосодержащей части емкости для хранения сжиженного природного газа, связывающей эту емкость с теплообменником сжижения, позволяет получить новое свойство, заключающееся в сжижении природного газа при теплообмене с жидким азотом за счет разницы температур кипения, газификацию жидкого азота с последующей его раздачей потребителям и переконденсацией выпара сжиженного природного газа в газосодержащей части емкости с сжиженным природным газом.

На чертеже изображена комбинированная система для получения азота и сжижения природного газа.

Комбинированная система включает в себя установку для получения жидкого азота 1 (с криогенной машиной Стирлинга, ректификационной колонной и теплообменником для вымораживания влаги и углекислоты - не обозначены), трубопровод для слива жидкого азота 2, теплоизолированную емкость 3 для жидкого азота, трубопровод подачи жидкого азота 4 с насосом высокого давления 5, теплообменник 6 для сжижения природного газа, трубопровод подачи газообразного азота 7 с обратным клапаном 8, теплообменник 9 для нагрева газообразного азота, газонаполнительную станцию 10, состоящую из ресиверной емкости 11, линии заправки 12 с редукторным 13 и заправочными 14 клапанами, емкостей для газообразного азота высокого давления 15, магистраль подачи газообразного природного газа 16, магистраль слива сжиженного природного газа 17, выполненную в виде змеевика 18 в газосодержащей части теплоизолированной емкости 19 для хранения сжиженного природного газа, трубопровод подачи атмосферного воздуха 20 с дроссельным клапаном 21.

Комбинированная система для получения азота и сжижения природного газа работает следующим образом.

При работе установки 1 из воздуха, засасываемого из атмосферы через трубопровод 20 и дроссельный клапан 21, получают жидкий азот, который по трубопроводу 2 поступает в теплоизолированную емкость 3. Из емкости 3 по трубопроводу 4 с помощью насоса высокого давления 5 жидкий азот подается в теплообменник 6. В теплообменнике 6 происходит теплообмен между жидким азотом и газообразным природным газом, поступающим в теплообменник 6 по магистрали 16. В результате теплообмена природный газ охлаждается и сжижается, а затем по магистрали слива 17 поступает в теплоизолированную емкость 19 для хранения. Для переконденсации выпара сжиженного природного газа магистраль слива 17 в газосодержащей части емкости 19 выполнена в виде змеевика 18. При теплообмене в теплообменнике 6 жидкий азот нагревается, переходит в газообразуню фазу с высоким давлением. Из теплообменника 6 газообразный азот высокого давления поступает по трубопроводу 7, через обратный клапан 8, в теплообменник 9, где происходит теплообмен с атмосферным воздухом. В результате теплообмена давление газообразного азота повышается за счет подогрева, а атмосферный воздух дополнительно охлаждается перед установкой 1, с этой же целью введен и дроссельный клапан 21, поскольку существует разница давлений между установкой 1 и окружающей средой. После теплообменника 9 газообразный азот высокого давления поступает в газонаполнительную станцию 10. В ней азот собирается в ресиверной емкости 11 и по линии заправки 12 через редукторный 13 и заправочные клапаны 14 подается в емкости высокого давления 15 для раздачи потребителям.

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

2. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статьей под ред. проф. М.П. Малков/. Изд.: "Иностр. литература". М., 1961, стр. 43.

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. 287 - 288.

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

6. Патент GB N 1135871, F 25 J 1/02, 1968. - прототип.

В комбинированной системе для получения азота и сжижения природного газа криогенная газовая машина Стирлинга, ректификационная колонна и теплообменник для вымораживания влаги и углекислоты используются в качестве установки для получения жидкого азота. Контур газификации азота состоит из трубопроводов с жидким и газообразным азотом, соединяющих последовательно теплоизолированную емкость для жидкого азота, насос высокого давления, теплообменник для сжижения природного газа и газонаполнительную станцию. Газонаполнительная станция состоит из ресиверной емкости, линии заправки с редукторным и заправочными клапанами и емкостей для газообразного азота высокого давления. Трубопровод для подачи воздуха атмосферы в установку для сжижения азота проходит через теплообменник подогрева газообразного азота. Емкость для хранения сжиженного природного газа связана с теплообменником сжижения магистралью слива сжиженного газа, выполненной в виде змеевика в газосодержащей части емкости. Использование изобретения позволит повысить эффективность систем и снизить материальные затраты при получении азота и сжиженного природного газа. 1 ил.

Комбинированная система для получения азота и сжижения природного газа, включающая в себя установку для получения жидкого азота, теплообменник для сжижения природного газа и теплоизолированную емкость для хранения сжиженного природного газа, отличающаяся тем, что снабжена криогенной газовой машиной Стирлинга, ректификационной колонной и теплообменником для вымораживания влаги и углекислоты, используемых в качестве установки для получения жидкого азота, а также контуром газификации азота, состоящим из трубопроводов с жидким и газообразным азотом, соединяющих последовательно теплоизолированную емкость для жидкого азота, насос высокого давления, теплообменник для сжижения природного газа, обратный клапан, теплообменник для подогрева газообразного азота воздухом атмосферы, газонаполнительную станцию, состоящую из ресиверной емкости, линии заправки с редукторным и заправочным клапанами, емкостей для газообразного азота высокого давления, трубопроводом для подачи воздуха атмосферы в установку для сжижения азота с дроссельным клапаном, проходящим через теплообменник подогрева газообразного азота, причем емкость для хранения сжиженного природного газа связана с теплообменником сжижения магистралью слива сжиженного природного газа, выполненной в виде. змеевика в газосодержащей части емкости.