КРИОГЕННЫЙ КОМПЛЕКС КИРИЛЛОВА ПО СЖИЖЕНИЮ ПРИРОДНОГО ГАЗА БОЛЬШОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ Российский патент 2000 года по МПК F25J1/02 F25B9/04 F25B9/14 

Изобретение относится к области криогенной техники, криогенных газовых холодильных машин, работающих по циклу Стирлинга, а также получения и хранения сжиженных газов, например природного газа.

Известно, что для сжижения газов используются различные циклы, например, с дросселированием или дентандерные, однако в области криогенных температур (60-160К) 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.И. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, cтp.185-186).

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

Известно, что для сжижения газов может применяться вихревая труба (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П.Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр.50). Однако, при применении вихревой трубки коэффициент сжижения не превышает 15% от общего количества подаваемого в трубку газа.

Известна холодильная установка с вихревой трубой для снижения газовой смеси, включающая в себя источник газа с повышенным давлением (магистральный газопровод), вихревую трубу, магистраль теплого потока, магистраль холодного потока и емкость для сжиженного газа (см. патент США N 3775988, кл. F 25 J 1/00, 1973, фиг. 10). Однако, данная установка имеет низкую производительность.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности систем и снижении материальных затрат при получении, хранении и использовании сжиженных газов, например природного газа, а также в снижения экологического загрязнения окружающей среды и увеличении коэффициента сжижения газа.

Для достижения этого технического результата криогенный комплекс по сжижению природного газа большой производительности включает в себя источник с повышенным давлением газа (магистральный газопровод), вихревую трубу, теплоизолированную емкость для хранения сжиженного газа, соединенную с вихревой трубой магистралями холодного и теплого потоков, при этом емкость для хранения сжиженного газа снабжена контуром переконденсации паров газа, состоящим из конденсирующей емкости, сообщенной с емкостью для хранения через дроссельный клапан и через обратный клапан, а магистраль теплого потока снабжена последовательно установленными за выходом вихревой трубы теплообменником охлаждения, своим дроссельным вентилем, расширительной емкостью, криогенной машиной Стирлинга, сосудом Дьюара, насосом высокого давления и своим обратным клапаном, соединенным через конденсирующую емкость с насосом высокого давления, причем магистраль хододного потока выполнена проходящей через емкость конденсации. В состав магистрали теплого потока может быть включено несколько криогенных машин Стирлинга.

Введение в состав криогенного комплекса по сжижению приходного газа большой производительности теплоизолированной емкости для хранения сжиженного газа с контуром переконденсации паров газа и оснащение магистрали теплого потока теплообменником охлаждения, криогенной машиной Стирлинга, сосудом Дьюара и насосом высокого давления позволяет получить новое свойство, заключающееся в 100% сжижении природного газа за счет применения эффекта вихревой трубы и криогенной машины Стирлинга, снижении затрат энергопотребления комплекса, за счет применения высокоэффективного холодильного цикла и эффекта дросселирования газов на магистрали теплого потока, а также переконденсация паров газа, образовавшихся в емкости для хранения сжиженного газа за счет внешнего теплопритока, тем самым исключая их выброс в окружающую среду.

На чертеже изображен криогенный комплекс Кириллова по сжижению природного газа большой производительности.

Криогенный комплекс по сжижению природного газа большой производительности включает в себя источник с повышенным давлением газа 1 (магистральный газопровод), регулировочный клапан 2, вихревую трубу 3, магистраль теплого потока 4 с теплообменником охлаждения 5, дроссельным вентилем 3, расширительной емкостью 7, криогенной машиной Стирлинга 8, сосудом Дъюара 9, насосом высокого давления 10 и обратным клапаном 11, магистраль холодного потока 12, контур переконденсации паров газа 13, содержащего дроссельный вентиль 14, конденсирующую емкость 15 и обратный клапан 16. Вихревая труба 3 соединена магистралями 4 и 12 с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа 17. Магистрали 4 и 12 проходят через конденсирующую емкость 15. Контур переконденсации начинается в газосодержащей части емкости 17, а заканчивается в емкости 17 в области жидкого газа. В теплообменник 5 для охлаждения газа подается внешняя среда по системе трубопроводов 18.

Криогенный комплекс по сжижению природного газа большой производительности работает следующим образом.

Природный газ повышенного давления из магистрального газопровода 1 через регулирующий клапан 2 поступает в вихревую трубу 3, где разделяется на два потока: холодный и теплый. Холодный поток в виде сжиженного газа сливается по магистрали 12 через конденсирующую емкость 15 в теплоизолированную емкость для хранения сжиженного газа 17. Теплый поток газа по магистрали 4 проходит через теплообменник охлаждения 5, где происходит охлаждение потока хладоагентом системы охлаждения 18, например, окружающей средой, далее через дроссельный клапан 6 в расширительную емкость 7, при этом за счет эффекта Джоуля-Томпсона происходит дальнейшее охлаждение газа с конденсацией паров воды и других примесей, и поступает в конденсатор (не показан) холодильной машины Стирлинга 8, где газообразный природный газ сжижается, жидкий газ из конденсатора холодильной машины Стирлинга 8 сливается в сосуд Дъюара 9 и насосом высокого давления 10 через конденсирующую емкость 15 и обратный клапан 11 подается в емкость для хранения сжиженного газа 17. Обратный клапан 11 предотвращает движение рабочей среды в обратном направлении. Образовавшиеся пары сжиженного газа по контуру переконденсации газа 13 из газосодержащей части емкости 17 дросселируются в конденсирующую емкость 15, где за счет теплообмена с магистралями 4 и 12 конденсируются и сливаются вновь в емкость 17.

Природный газ повышенного давления из магистрального газопровода поступает в вихревую трубу, где разделяется на два потока: холодный и теплый. Холодный поток в виде сжиженного газа сливается по магистрали в теплоизолированную емкость. Теплый поток газа предварительно охлаждается в теплообменнике, дросселируется через вентиль и конденсируется в конденсаторе криогенной машины Стирлинга. Жидкий газ сливается в сосуд Дьюара и подается насосом в емкость. Образовавшиеся пары сжиженного газа по контуру переконденсации газа из газосодержащей части емкости дросселируются в конденсирующую емкость, где за счет теплообмена с магистралями конденсируются и сливаются вновь в емкость. Использование изобретения позволит повысить эффективность и снизить материальные затраты на получение, хранение и использование сжиженных газов, например природного газа, а также снизить экологическое загрязнение окружающей среды и увеличить коэффициент сжижения. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Криогенный комплекс по сжижению природного газа большой производительности, содержащий источник газа повышенного давления (магистральный газопровод), вихревую трубу, магистраль теплого потока, магистраль холодного потока и емкость для сжиженного газа, отличающийся тем, что емкость выполнена теплоизолированной для хранения сжиженного газа и соединенной с вихревой трубой магистралями холодного и теплого потоков, при этом емкость для хранения сжиженного газа снабжена контуром переконденсации паров газа, состоящим из конденсирующей емкости, сообщенной с емкостью для хранения через дроссельный клапан и через обратный клапан, а магистраль теплого потока снабжена последовательно установленными за выходом вихревой трубы теплообменником охлаждения, своим дроссельным вентилем, расширительной емкостью, криогенной машиной Стирлинга, сосудом Дьюара, насосом высокого давления и своим обратным клапаном, соединенным через конденсирующую емкость с насосом высокого давления, причем магистраль холодного потока выполнена проходящей через емкость конденсации. 2. Криогенный комплекс по п.1, отличающийся тем, что в состав магистрали теплого потока включено несколько криогенных машин Стирлинга.