СТИРЛИНГ-СИСТЕМА ПО СЖИЖЕНИЮ ЛЕГКИХ ФРАКЦИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2000 года по МПК F25J1/02 F25J3/00 

Изобретение относится к области криогенной техники, сжижения легких фракций углеводородов и криогенных газовых холодильных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга.

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/ М.: Иностр. литература, 1961, стр. 287-288).

Известно устройство сосуда Дьюара 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 с вакуумно-перлитовой изоляцией (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 ожижителей 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 - 160 K) наиболее высокоэффективным циклом является обратный цикл Стирлинга. Эффективность криогенных машин, работающих по циклу 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/ М.: Иностр. литература, 1961, стр. 35). Однако данная холодильная машина для сжижения легких фракций углеводородов ранее не применялась.

Известно устройство парообрабатывающего оборудования для очистки емкостей хранения бензина, содержащее резервуар с нефтепродуктами, присоединенную к нему линию сбора легких фракций углеводородов, линию подачи газообразных фракций углеводородов (Патент US N 5144807, кл. F 25 J 3/00, 1992). Однако в данном устройстве не применяется высокоэффективная криогенная машина Стирлинга.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности систем и снижении материальных затрат при сжижении легких фракций углеводородов, а также в возможности уменьшения потерь при хранении нефтепродуктов и решения экологических проблем, связанных с выбросом вредных веществ нефтяной промышленности в окружающую среду.

Для достижения этого технического результата система сжижения легких фракций углеводородов, включающая резервуар с нефтепродуктами, линию сбора легких фракций углеводородов, подсоединенную к резервуарам с нефтепродуктами, линию подачи газообразных фракций углеводородов и конденсатор, снабжена дополнительными резервуарами и присоединенными к ним дополнительными линиями сбора с предохранительными клапанами, ресиверной емкостью, соединенной с главным коллектором, к которому присоединены линии сбора, криогенной машиной Стирлинга, содержащей конденсатор, а также линией сжиженного газа с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном, соединяющей конденсатор криогенной машины Стирлинга с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа, причем линия подачи снабжена предохранительным клапаном и дроссельным клапаном и выполнена соединяющей ресиверную емкость с конденсатором криогенной машины Стирлинга.

Введение в состав системы сжижения легких фракций углеводородов дополнительных линий сбора легких фракций углеводородов, соединяющих резервуары с нефтепродуктами и главный коллектор, ресиверной емкости, связанной с главным коллектором, криогенной машины Стирлинга, содержащей конденсатор, а также линии подачи газообразных фракций углеводородов, соединяющей ресиверную емкость с конденсатором криогенной машины Стирлинга, и линии сжиженного газа, соединяющей конденсатор криогенной машины Стирлинга с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа, позволяет получить новое свойство, заключающееся в сборе и высокоэффективном сжижении легких фракций углеводородов с последующим сливом в емкость для хранения сжиженных газов, за счет теплообмена с рабочим телом криогенной машины Стирлинга, а также снижение затрат мощности криогенной машины за счет предварительного дросселирования газа.

На чертеже изображена система сжижения легких фракций углеводородов.

В состав системы входят криогенная машина Стирлинга 1, линии сбора легких фракций углеводородов 2, 3, 4, подсоединенные, соответственно, к резервуарам с нефтепродуктами 5, 6, 7 с помощью предохранительных клапанов 8, 9, 10, и к главному коллектору 11. К главному коллектору 11 подсоединена ресиверная емкость 12. Емкость 12 связана с конденсатором (на чертеже не показан) машины 1 линией подачи газообразных фракций углеводородов 13, включающей в себя предохранительный клапан 14 и дроссельный клапан 15. Линия сжиженного газа 16 соединяет конденсатор криогенной машины Стирлинга 1, через сосуд Дьюара 17, насос высокого давления 18 с обратным клапаном 19, с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа 20.

Система сжижения легких фракций углеводородов работает следующим образом.

В резервуарах с нефтепродуктами 5, 6, 7 за счет испарения образуются газообразные легкие фракции углеводородов, вызывающие высокое давление внутри резервуаров и которые обычно удаляются в атмосферу, что приводит к значительному загрязнению окружающей среды и потере ценного сырья. Для решения данной проблемы резервуары снабжены линиями сбора легких фракций 2, 3, 4. По ним, через предохранительные клапаны 8, 9, 10, газообразные фракции высокого давления поступают в главный коллектор 11, а из него в ресиверную емкость 12. При достижении определенного высокого давления в ресиверной емкости 12 срабатывает предохранительный клапан 14, что служит сигналом для включения криогенной машины Стирлинга 1. В результате этого по линии подачи газообразных фракций 13 газообразные фракции углеводородов высокого давления, через предохранительный клапан 14, поступают в дроссельный клапан 15, проходя через который газ предварительно охлаждается, а затем поступают в конденсатор криогенной машины Стирлинга 1, где происходит их сжижение. Переход газа в жидкую фазу в конденсаторе холодильной машины 1 создает необходимый перепад давлений в линии 13. Сжиженный газ по линии сжиженного газа 16 самотеком сливается в сосуд Дьюара 17, а затем насосом высокого давления 18 через обратный клапан 19 подается в теплоизолированную емкость 20 для хранения или раздачи потребителям. Обратный клапан 19 предотвращает движение рабочей среды в линии 16 в обратном направлении.

Источники информации
1. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/ М.: Иностр. литература, 1961, стр. 287-288.

2. 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.

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

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

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

6. Вопросы глубокого охлаждения./Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/ М.: Иностр. литература, 1961, стр. 35.

7. Патент US N 5144807, кл. F 25 J 3/00, 1992 - прототип.

Линии сбора легких фракций углеводородов системы по сжижению легких фракций углеводородов подсоединены одним концом к резервуарам с нефтепродуктами, а другим концом - к главному коллектору. Ресиверная емкость связана с главным коллектором. Линия подачи газообразных фракций углеводородов соединяет ресиверную емкость с конденсатором криогенной машины Стирлинга через предохранительный клапан и дроссельный клапан. Линия сжиженного газа соединяет конденсатор машины Стирлинга с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа через сосуд Дьюара, насос высокого давления и обратный клапан. Использование изобретения позволит повысить эффективность систем и снизить материальные затраты при сжижении легких фракций углеводородов. 1 ил.

Система сжижения легких фракций углеводородов, включающая резервуар с нефтепродуктами, линию сбора легких фракций углеводородов, подсоединенную к резервуарам с нефтепродуктами, линию подачи газообразных фракций углеводородов и конденсатор, отличающаяся тем, что система снабжена дополнительными резервуарами и присоединенными к ним дополнительными линиями сбора с предохранительными клапанами, ресиверной емкостью, соединенной с главным коллектором, к которому присоединены линии сбора, криогенной машиной Стирлинга, содержащей конденсатор, а также линией сжиженного газа с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном, соединяющей конденсатор криогенной машины Стирлинга с теплоизолированной емкостью для хранения сжиженного газа, причем линия подачи снабжена предохранительным клапаном и дроссельным клапаном и выполнена соединяющей ресиверную емкость с конденсатором криогенной машины Стирлинга.