Система для сжижения газа Российский патент 2020 года по МПК F25J1/00 

Изобретение относится к системе для сжижения газа. Оно также относится к транспортному средству для перевозки сжиженного газа, которое снабжено такой системой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы для сжижения газа уже давно известны. Такая система включает:

- впускное отверстие для газа для присоединения к источнику газа;

- по меньшей мере один газовый компрессор;

- расширительное устройство для газа, которое присоединено так, что в него подают сжатый газ, полученный с помощью по меньшей мере одного газового компрессора, и предназначенное для получения и сжиженного газа, и дросселированного газа из указанного сжатого газа; и

- возвратный канал, который присоединен для вытеснения дросселированного газа из выпускного отверстия для газа расширительного устройства для газа в точку соединения каналов, расположенную между впускным отверстием для газа и по меньшей мере одним компрессором.

Таким образом, такая система снабжена замкнутым контуром для газа, так что часть газа, который не был превращен в жидкость при однократном прохождении через расширительное устройство для газа, то есть дросселированный газ, выгружаемый из расширительного устройства для газа, возвращают рециклом. Таким образом, непрерывная работа системы приводит к непрерывному производству сжиженного газа и компенсирующему поступлению нового газа во впускное отверстие для газа.

Однако газовые компрессоры, применяемые до сих пор в таких системах для сжижения газа, относятся к технологии так называемых компрессоров поршневого типа. В основе этой технологии лежат сплошные поршни, которые приводятся в движение с помощью вращающегося мотора через распредвал, или кривошип. Однако такие газовые компрессоры со сплошными поршнями имеют недостатки, которые, в частности, приводят к необходимости проведения мер по техобслуживанию, которые затратны и являются причиной потери рабочего времени систем.

В целом, система для сжижения газа имеет многочисленные приложения во многих областях техники, включая рециклинг испарившегося газа, выпускаемого из цистерн со сжиженным газом на борту судна по перевозке сжиженного газа.

Кроме того, хорошо известны газовые многоступенчатые компрессоры с жидким поршнем. Такой многоступенчатый газовый компрессор с жидким поршнем имеет по меньшей мере две ступени компрессора, которые последовательно соединены в упорядоченную цепь между впускным отверстием для газа и концевым выпускным отверстием для газа. Каждая ступень компрессора включает по меньшей мере один цилиндр, снабженный вытеснительной жидкостью, и также включает устройство для подачи жидкости под высоким давлением, которое установлено для попеременного увеличения и уменьшения количества вытеснительной жидкости, содержащейся внутри данного цилиндра, для загрузки, сжатия и выгрузки газа на этой ступени компрессора. Таким образом, каждая ступень компрессора, отличающаяся от первой ступени в цепи и называемая более высокой ступенью компрессора, присоединена для обработки газа, который выпускают с предыдущей ступени компрессора, находящейся в цепи сразу перед указанной более высокой ступенью компрессора, через промежуточный газовый канал, соединяющий предыдущую ступень компрессора с более высокой ступенью компрессора. Таким образом, газ, перетекающий из впускного отверстия для газа, имеет более высокое давление каждый раз, когда его обрабатывают на одной из ступеней компрессора, а газ, выпускаемый из концевого выпускного отверстия для газа, был последовательно обработан на всех ступенях компрессора в цепи. Преимущества таких многоступенчатых газовых компрессоров с жидким поршнем приведены в книге "Hydraulically Driven Pumps" автора Donald Н. Newhall, Harwood Engineering Co., Inc., Walpole, Mass., перепечатанной из Industrial and Engineering Chemistry, vol. 49, No. 12, декабрь 1957, cc. 1949-54. В частности, сглаживается или устраняется часть недостатков насосов поршневого типа.

Исходя из данной ситуации, одна из целей настоящего изобретения состоит в обеспечении усовершенствованных систем для сжижения газа, которые не имеют недостатков систем на основе насосов поршневого типа.

Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении такой системы для сжижения газа, которая также может подавать сжатый газ по меньшей мере в одно дополнительное устройство, питаемое газом, при простом сочетании обеих функций как по сжижению газа, так и по подаче сжатого газа в указанное дополнительное устройство(а), питаемое газом.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в обеспечении конструкции систем для сжижения газа, размер которых можно изменять в большую или меньшую сторону, для простого регулирования производительности сжижения и/или количеств подаваемого сжатого газа в широком диапазоне требований, без существенного изменения конструкции системы.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в обеспечении такой системы, которая проста и надежна в работе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для достижения по меньшей мере одной из указанных целей, в первом аспекте настоящего изобретения предложена система для сжижения газа, описанная выше, но в которой по меньшей мере один компрессор включает многоступенчатый газовый компрессор с жидким поршнем. Кроме того, расширительное устройство для газа присоединено для приема сжатого газа из концевого выпускного отверстия для газа многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем или из промежуточного выпускного отверстия для газа, расположенного в одном из промежуточных каналов для газа между двумя ступенями компрессора, которые последовательно расположены в цепи ступеней компрессора.

Поскольку в системе по изобретению применяют газовый компрессор, который основан на жидких поршнях, изменение числа ступеней компрессора в цепи позволяет обеспечивать соответствие в широком диапазоне требований по производительности сжижения и, возможно, также в отношении количеств сжатого газа, доставляемого в дополнительное устройство, питаемое газом. В частности, цепь многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем может включать от двух до шести ступеней компрессора, включая значения два и шесть. Кроме того, ступени компрессора могут использовать один и тот же источник вытеснительной жидкости под высоким давлением, соединенный параллельно с системами подачи жидкости под высоким давлением на нескольких или всех ступенях компрессора. Таким образом, изменение числа ступеней компрессора можно осуществить без значительной работы по изменению конструкции.

Применение газового компрессора, в основе которого лежат жидкие поршни, тоже обеспечивает соответствие в широком диапазоне в отношении изменений по производительности сжижения и, возможно, также в отношении количеств сжатого газа, доставляемого в дополнительное устройство, питаемое газом, путем простого регулирования производительности по газу на ступенях компрессора.

Простое добавление ступеней компрессора в многоступенчатый газовый компрессор с жидким поршнем, применяемый в системе для сжижения газа по настоящему изобретению, позволяет доставлять сжатый газ в дополнительное устройство, питаемое газом, а также в расширительное устройство для газа, какими бы ни были требования по давлению в дополнительном устройстве, питаемом газом.

Недостатки насосов поршневого типа исключаются при использовании газового компрессора с жидким поршнем.

Кроме того, многоступенчатые газовые компрессоры с жидким поршнем можно регулировать простым и надежным способом при использовании датчиков и регулирующих устройств, которые широко доступны по разумной цене.

В некоторых воплощениях настоящего изобретения на борту транспортного средства для перевозки сжиженного газа, в частности, судна для перевозки сжиженного газа, впускное отверстие для газа может быть выполнено с возможностью присоединения для приема испарившегося газа, который образуется из сжиженного газа, содержащегося в цистерне или цистернах, установленных на борту транспортного средства. Таким образом, в этой цистерне образуется по меньшей мере часть источника газа. В то же время, выпускное отверстие для жидкости расширительного устройства для газа может быть соединено по меньшей мере с одной из цистерн для сжиженного газа для выгрузки произведенного сжиженного газа.

Как правило, системы для сжижения газа по изобретению могут быть также предназначены для доставки сжатого газа, который был обработан на по меньшей мере нескольких из ступеней компрессора многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем, в дополнительное устройство, питаемое газом. Например, газ, сжатый на нескольких ступенях компрессора, можно доставлять во впускное отверстие для газового топлива двигателя. Когда такую доставку газа осуществляют на борту транспортного средства для перевозки сжиженного газа, двигатель может представлять собой тяговый двигатель транспортного средства или электрогенератор, так называемый генераторный двигатель. Такой тяговый или генераторный двигатель может работать на газу или на гибридном виде топлива.

Выпускное отверстие для газа многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем, из которого в дополнительное устройство, питаемое газом, подают сжатый газ, может быть тем же, с помощью которого сжатый газ подают в расширительное устройство для газа, или отличающимся от него, выбранным из концевого выпускного отверстия для газа или любым другим из промежуточных выпускных отверстий для газа вдоль цепи ступеней компрессора. Во впускное отверстие для газового топлива тягового двигателя транспортного средства можно подавать сжатый газ, который выходит из концевого выпускного отверстия для газа многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем, так что давление газа, существующее у впускного отверстия для газового топлива тягового двигателя транспортного средства, составляет от 10 МПа (абс.) до 45 МПа (абс.) (от 100 бар (абс.) до 450 бар (абс.) (бар (абс.) используют для указания абсолютного давления в барах)), в частности от 30 МПа (абс.) до 40 МПа (абс.) (от 300 бар (абс.) до 400 бар (абс.)). В этом случае, компрессор для предварительного сжатия может быть установлен в проходе для газа между впускным отверстием для газа и первой ступенью многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем. Альтернативно, во впускное отверстие для газового топлива тягового двигателя транспортного средства можно подавать сжатый газ, который выходит из промежуточного выпускного отверстия для газа, расположенного в одном из промежуточных каналов для газа между двумя ступенями компрессора, которые последовательно расположены в цепи многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем. В последнем случае, давление газа во впускном отверстии для газового топлива тягового двигателя транспортного средства может составлять 0,6±0,15 МПа (абс.) (6±1,5 бар (абс.)) или 1,6±0,4 МПа (абс.) (16±4 бар (абс.)). Кроме того, в расширительное устройство для газа можно подавать сжатый газ, который выходит из концевого выпускного отверстия для газа многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем.

Во втором аспекте настоящего изобретения предложено транспортное средство для перевозки сжиженного газа, которое содержит по меньшей мере одну цистерну для сжиженного газа на борту транспортного средства, а также содержит систему для сжижения газа согласно первому аспекту настоящего изобретения. Впускное отверстие для газа этой системы присоединено для приема испарившегося газа, источником которого служит по меньшей мере одна цистерна для сжиженного газа, а выпускное отверстие для жидкости расширительного устройства для газа тоже присоединено к указанной по меньшей мере одной цистерне для сжиженного газа, но для выгрузки произведенного сжиженного газа. Такое транспортное средство для сжиженного газа может представлять собой судно для транспортировки сжиженного газа, или грузовое транспортное средство для сжиженного газа, или железнодорожное транспортное средство для сжиженного газа и т.д..

Возможно, транспортное средство для сжиженного газа может дополнительно содержать тяговый двигатель транспортного средства, работающий на газу или работающий на гибридном топливе. В таком случае, цепь ступеней компрессора многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем можно снабдить по меньшей мере одним выпускным отверстием для газа для выпуска обработанного на по меньшей мере одной из ступеней компрессора газа, причем указанное выпускное отверстие для газа соединено с впускным отверстием двигателя для газового топлива.

Как правило, газ, обработанный системой сжижения по настоящему изобретению, может быть любым газом, предназначенным, в частности, для хранения газа или в целях применения. В частности, он может представлять собой метан, этан, пропан, бутан и их смеси, включая природный газ и попутный нефтяной газ. Это также может быть метанол, этанол или диметиловый эфир. Все указанные газы можно использовать в качестве топлива для двигателей, например, тяговых двигателей транспортного средства. Транспортное средство для перевозки сжиженного газа может представлять собой транспортное средство для перевозки сжиженного природного газа. Кроме того, и, возможно, в сочетании, транспортное средство для перевозки сжиженного газа может работать на газу.

Однако газ, обработанный в системе сжижения по настоящему изобретению, может представлять собой водород, в частности, для хранения с учетом подачи в устройство с топливными элементами при подходящем потоке водорода.

Эти и другие признаки настоящего изобретения будут описаны далее со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые относятся к предпочтительным, но не ограничивающим, воплощениям настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1-3 представлены три возможных воплощения настоящего изобретения.

Некоторые ссылочные номера, которые указаны на разных из указанных чертежей, обозначают идентичные элементы с идентичными функциями.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее изобретение описано более подробно для нескольких примеров воплощения, но без каких-либо ограничений в отношении запрашиваемого объема притязаний. В частности, будет описана обработка и применение природного газа на примере судов для перевозки сжиженного природного газа, но другие газы и применения с идентичными признаками воплощений или признаками воплощений, модифицированными в отношении газа и/или применения также включены в объем формулы изобретения.

Следующие ссылочные номера имеют на чертежах перечисленные ниже значения:

100 система для сжижения газа

101 источник газа

102, 102' тяговые двигатели судна, работающие на газу или на гибридном виде топлива

1 впускное отверстие для газа системы сжижения газа

10 точка соединения каналов

2 многоступенчатый газовый компрессор с жидким поршнем

21-23 или 21-25 три или пять ступеней компрессора многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем, причем количества три и пять выбраны только для иллюстрации

27 источник вытеснительной жидкости под высоким давлением

28 промежуточные каналы для газа многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем

29 концевое выпускное отверстие для газа многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем

3 расширительное устройство для газа

31 расширительный клапан

32 испарительный барабан

33 выпускное отверстие для газа испарительного барабана

34 выпускное отверстие для жидкости испарительного барабана

4 турбокомпрессор

41 бустер центробежного типа

42 расширитель газа с радиальным впуском

43 приводной вал

44 охладитель газа

5 теплообменник

60 охладитель газа

80 компрессор для предварительного сжатия

97 возвратный канал для газа

98 насос для сжиженного газа

99 возвратный канал для жидкости

Источник 101 газа может включать цистерну или несколько цистерн (на чертежах представлена только одна цистерна), содержащих сжиженный природный газ, из которого образуется испарившийся газ. Такая цистерна(ы) для газа может быть установлена, например, на борту судна по перевозке сжиженного природного газ. В таком случае, газ, который обрабатывают с помощью системы по настоящему изобретению, может представлять собой испарившийся газ, а также выпаренную жидкость из природного газа или комбинацию испарившегося газа и выпаренной жидкости из природного газа. Указанный газ, обработанный с помощью системы по изобретению, может на более чем 80% по массе состоять из метана.

Впускное отверстие 10 для газа может присоединяться для приема испарившегося газа, источником которого является сжиженный природный газ или выпаренная жидкость из природного газа.

Система 100 для сжижения газа содержит многоступенчатый газовый компрессор 2 с жидким поршнем, расширительное устройство 3 для газа, возвратный канал 97 для газа и, возможно, по меньшей мере один из следующих дополнительных компонентов: турбокомпрессор 4, многопоточный теплообменник 5, охладитель 60 газа, компрессор 80 для предварительного сжатия, насос 98 для сжиженного газа и клапаны-регуляторы, установленные на возвратном канале 97 для газа и возвратном канале 99 для жидкости.

Многоступенчатый газовый компрессор 2 с жидким поршнем включает несколько ступеней 21-23 или 21-25 компрессора, которые последовательно соединены в цепь, так что каждая ступень компрессора обрабатывает газ, выпускаемый с предыдущей ступени компрессора в цепи, за исключением ступени 21 компрессора, которая обрабатывает газ, поступающий из впускного отверстия 10 для газа. В представленных примерах ступень 21 компрессора является первой в цепи, а ступень 23 компрессора на Фиг. 1 или 25 на Фиг. 2 и 3 является последней в цепи. Каждая из ступеней компрессора включает соответствующий герметичный цилиндр, который присоединен для приема различного количества вытеснительной жидкости, а также содержит устройство для подачи жидкости под высоким давлением, которое меняет количество вытеснительной жидкости, содержащейся в цилиндре. Конструкция такой ступени компрессора с жидким поршнем хорошо известна, так что нет необходимости повторять ее здесь. Следует только указать, что многократно меняющийся уровень вытеснительной жидкости внутри каждого цилиндра, возрастающий и убывающий, производит поток сжатого газа из цилиндра на рассматриваемой ступени компрессора. Данный поток сжатого газа зависит, в частности, от интенсивности изменения уровня вытеснительной жидкости внутри цилиндра, а также от частоты изменения данного уровня вытеснительной жидкости внутри цилиндра. В данном описании выражение "производительность одной из ступеней компрессора" обозначает среднее количество, например, среднюю массу сжатого газа, который выходит за единицу времени со ступени компрессора. Такая производительность, является, в частности, результатом интенсивности и частоты изменений уровня вытеснительной жидкости внутри цилиндра. Устройство для подачи жидкости под высоким давлением каждой из ступеней компрессора содержит соответствующие средства регулирования и источник вытеснительной жидкости под высоким давлением. Источник вытеснительной жидкости под высоким давлением может преимущественно использоваться совместно всеми ступенями компрессора, в соответствии со ссылочным номером 27. Отношение давления газа на выходе к давлению газа на входе специфично для каждой ступени компрессора и может составлять от двух до пятнадцати. Средства регулирования обеспечивают простое регулирование производительности соответствующей ступени компрессора в реальном времени.

Преимущественно, внутри такого компрессора на основе жидких поршней нет прямого контакта между вытеснительной жидкостью и сжимаемым газом внутри каждого цилиндра во избежание того, что сжатый газ будет загрязнен парами вытеснительной жидкости или парами, произведенными с помощью последней. В частности, в US 2012/0134851 предложена установка уравновешивающего сплошного поршня между вытеснительной жидкостью и сжимаемым газом. Во время рабочего цикла на ступени компрессора уравновешивающий поршень остается в верхней части вытеснительной жидкости внутри цилиндра и перемещается вверх и вниз благодаря изменению уровня вытеснительной жидкости. Уравновешивающие поршни внутри отдельных цилиндров независимы друг от друга, то есть не имеют сплошных соединений. Фиксированное количество дополнительной жидкости обеспечивают дополнительно для обеспечения бокового уплотнения между уравновешивающим поршнем и внутренней поверхностью цилиндра. Это количество дополнительной жидкости остается в пределах боковой поверхности уравновешивающего поршня и внутренней поверхности цилиндра, каким бы ни был действительный уровень вытеснительной жидкости при перемещении вместе с уравновешивающим поршнем. Эту дополнительную жидкость выбирают так, чтобы она не давала загрязняющих паров и так, чтобы сжимаемый газ не растворялся в ней и не вступал в какую бы то ни было химическую реакцию с ней. Для этой цели применяли жидкость ионного типа или любую другую жидкость, способную выполнять функции уплотнителя для газа и смазывания. Устройства промежуточного охлаждения могут располагаться на промежуточных каналах 28 для газа между двумя ступенями компрессора, которые последовательно расположены в цепи многоступенчатого газового компрессора 2 с жидкими поршнями и между последней ступенью компрессора цепи и газовым расширительным устройством 3. Таким образом можно охлаждать газ, протекающий внутри каждого промежуточного канала 28 для газа и в газовое расширительное устройство 3. Таким образом, многоступенчатый газовый компрессор 2 с жидким поршнем работает в практически изотермическом режиме, в котором минимизированы потери энергии на генерирование тепла по сравнению с обычным компрессором поршневого типа. Для большей ясности на чертежах представлено только охлаждающее устройство для газа под ссылочным номером 60 у выпускного отверстия для газа на последней ступени компрессора 23 или 25.

Одна из ступеней компрессора 21-23 или 21-25 выпускает сжатый газ в расширительное устройство 3 для газа.

Расширительное устройство 3 для газа может содержать и расширительный клапан 31, и испарительный барабан 32. Последний снабжают выпускным отверстием 33 для газа для выгрузки дросселированного газа, а также выпускным отверстием 34 для жидкости для выгрузки сжиженного газа, который получают с помощью расширительного устройства 3 для газа. Сжатый газ, выпускаемый из многоступенчатого газового компрессора 2 с жидким поршнем и, возможно, дополнительно сжимаемый центробежным бустером 41, принимают в испарительный барабан 32 через расширительный клапан 31. Дросселированный газ вытесняют в точку 10 соединения каналов для возврата рециклом через возвратный канал 97 для газа. В то же время, сжиженный газ можно вытеснять обратно в источник 101 газа через возвратный канал 99 для жидкости, если источник включает по меньшей мере одну цистерну сжиженного газа. В зависимости от давления сжиженного газа в выпускном отверстии 34 для жидкости, возвратный канал 99 для жидкости может или нет быть снабжен насосом 98 для сжиженного газа, а также возможно обходным каналом для временного отключения такого насоса. Таким образом, сжиженный газ может быть доставлен обратно в цистерну для жидкости источника 101 газа под давлением около 0,35 МПа (абс.) (3,5 бар (абс.)) и при температуре от -140°C до -150°C.

Согласно Фиг. 1, турбокомпрессор 4 может быть установлен между расширительным устройством 3 для газа и концевым выпускным отверстием 29 для газа многоступенчатого газового компрессора 2 с жидким поршнем, из которого сжатый газ подают в расширительное устройство 3 для газа. Турбокомпрессор 4 предназначен для сжатия газа, доставляемого в расширительное устройство 3 для газа, в дополнение к сжатию с помощью многоступенчатого газового компрессора 2 с жидким поршнем перед доставкой данного сжатого газа в расширительное устройство 3 для газа. Как известно, турбокомпрессор 4 может включать центробежный бустер 41, расширитель 42 газа с радиальным впуском, приводной вал 43 и охладитель 44 газа. Бустер 41 дополнительно сжимает сжатый газ, выпускаемый из многоступенчатого газового компрессора 2 с жидким поршнем, при этом часть полученного сжатого газа может быть введена в расширитель 42 для приведения в действие бустера 41 при вращении через вал 43. Затем дросселированный газ из расширителя 42 можно вытеснять обратно в точку 10 соединения через предназначенный для рециклинга канал для газа. Охладитель 44 газа может быть установлен у выходного отверстия бустера 41 для первой ступени охлаждения полученного сжатого газа.

Теплообменник 5 осуществляет вторую ступень охлаждения сжатого газа, который доставляют в расширительное устройство 3 для газа. Он может быть установлен для передачи тепла от сжатого газа, который доставляют в расширительное устройство 3 для газа, дросселированному газу, который образуется с помощью последнего. Предпочтительно, теплообменник 3 может быть многопоточным для передачи дополнительного тепла от дросселированного газа, выпускаемого расширителем 42, в дросселированный газ, который получают с помощью расширительного устройства 3 для газа. Альтернативно, теплообменник 5 может представлять собой теплообменник нескольких типов, известных в уровне техники.

Как правило, в настоящем изобретении по меньшей мере некоторые из ступеней компрессора многоступенчатого газового компрессора 2 с жидким поршнем системы 100 для сжижения газа могут также использоваться для подачи сжатого газа в дополнительное устройство, питаемое газом. Такое питаемое газом устройство может быть любым, например, газовой горелкой, или электрогенератором, работающим на газу двигателем, а именно двигателем, в который в виде топлива подают только газ, или двигателем на гибридном топливе. В последнем случае, речь в данном описании идет только о подаче газового топлива в тяговый двигатель судна. В частности, двигатель может представлять собой тяговый двигатель судна по перевозке сжиженного газа, снабженного системой 100 для повторного сжижения испарившегося газа.

В первом воплощении, в примере, представленном на Фиг. 1, в работающий на газу двигатель 102 подают газ из концевого выпускного отверстия 29 для газа многоступенчатого газового компрессора 2 с жидким поршнем, параллельно с системой турбокомпрессора 4, теплообменника 5 и расширительного устройства 3 для газа. Такая структура подходит, когда требования по давлению газа во впускном отверстии для газового топлива двигателя 102 находится в диапазоне 1,6±0,4 МПа (16±4 бар) (абс). В таком воплощении сжатый газ предпочтительно охлаждают до температуры от примерно 40°C до 45°C охладителем 44 газа.

Аналогичная конструкция может быть реализована для подачи газа в двигатель, который имеет требования по давлению в топливном впускном отверстии для газа данного двигателя, в диапазоне 0,6±0,15 МПа (6±1,5 бар) (абс).

В втором воплощении, пример, представленный на Фиг. 2, тоже подходит для подачи сжатого газа в пределах диапазона давления 1,6±0,4 МПа (16±4 бар) (абс.) в двигатель 102, но давление газа, который доставляют в систему турбокомпрессора 4, теплообменника 5 и расширительного устройства 3 для газа, на входе возрастает, например, до примерно 4 МПа (40 бар) (абс). Это позволяет получить более высокую производительность сжижения в расширительном устройстве 3 для газа. Для этой цели, в сравнении с Фиг. 1, в многоступенчатый газовый компрессор 2 с жидким поршнем добавляют ступени компрессора 24 и 25. В двигатель 102 также подают газ из выпускного отверстия для газа ступени компрессора 23, но это выпускное отверстие для газа теперь является промежуточным выпускным отверстием для газа в цепи из ступеней компрессора, расположенным в промежуточном канале 28 для газа между ступенями компрессора 23 и 24. Поскольку давление на входе расширителя 42 газа с радиальным впуском является достаточным для эффективного расширения, бустер 41 больше не используют для подачи газа в расширительное устройство 3 для газа, а используют для дополнительного сжатия газа, полученного из расширителя 42 газа с радиальным впуском, после чего этот газ нагревают в теплообменнике 5 и затем повторно вводят его в промежуточный канал 28 для газа в цепи из ступеней компрессора многоступенчатого газового компрессора 2 с жидким поршнем. В такой системе бустер 41 можно заменить расширительным бачком тормозного устройства, таким как масляный насос или зубчатая передача, приводимая в движение электромотором. В представленном примере повторное введение осуществляют в промежуточный канал 28 газа между ступенями компрессора 22 и 23. Для такого воплощения может не потребоваться жидкий насос для направления сжиженного газа из выпускного отверстия 34 для жидкости испарительного барабана 32 в источник 101 газа, так как давление в испарительном барабане 32 достаточно высоко для удержания потока сжиженного газа только через регулирующий клапан в возвратный канал 99 для жидкости.

В третьем воплощении, пример, представленный на Фиг. 3, подходит для подачи сжатого газа в пределах диапазона давления от 10 МПа (абс.) до 45 МПа (абс.) (от 100 бар (абс.) до 450 бар (абс.)) в двигатель 102'. Многоступенчатый газовый компрессор 2 с жидким поршнем тоже может снова иметь пять ступеней компрессора, но в двигатель 102' подают сжатый газ из концевого выпускного отверстия 29 для газа после ступени компрессора 25. Охладитель 60 газа можно установить на пути между концевым выпускным отверстием 29 для газа и впускным отверстием для газового топлива двигателя 102'. Для достижения требований по давлению от 10 МПа (абс.) до 45 МПа (абс.) (от 100 бар (абс.) до 450 бар (абс.)) во впускном отверстии для газового топлива двигателя 102', можно установить компрессор 80 для предварительного сжатия на пути газа между впускным отверстием 1 для газа и первой ступенью 21 компрессора многоступенчатого газового компрессора 2 с жидким поршнем. Компрессор 80 для предварительного сжатия может увеличивать давление газа от атмосферного давления до от 0,5 МПа (абс.) до 1 МПа (абс.) (от 5 бар (абс.) до 10 бар (абс.)). Это может быть многостадийная центрифуга, в частности, со шнековой выгрузкой или вытеснительного типа. В расширительное устройство 3 для газа затем можно подавать сжатый газ, выпускаемый из промежуточного канала 28 для газа, который расположен между ступенями компрессора 23 и 24. Турбокомпрессор 4 и теплообменник 5 можно применять для газа, который подают с помощью многоступенчатого газового компрессора 2 с жидким поршнем в расширительное устройство 3 для газа способом, аналогичным способу по первому воплощению на Фиг. 1, но без охладителя 60 газа, воздействующего на сжимаемый газ. Дросселированный газ, выпускаемый из расширителя 42 газа с радиальным впуском, можно повторно вводить в многоступенчатый газовый компрессор 2 с жидким поршнем у промежуточного канала 28 для газа, который расположен между ступенями компрессора 22 и 23. Для таких двигателей, в которых требуется давление от 10 МПа (абс.) до 45 МПа (абс.) (от 100 бар (абс.) до 450 бар (абс.)) во впускном отверстии для газового топлива, действительное давление во впускном отверстии для газового топлива может меняться как функция от нагрузки двигателя. Однако использование компрессора, в основе работы которого лежат жидкие поршни, обеспечивает простое регулирование давления впускного отверстия для газового топлива без рециклинга газа. Это может сэкономить значительное количество энергии.

Таким образом, одно из основных преимуществ настоящего изобретения является результатом того, что технология жидкого поршня обеспечивает подачу газового топлива в двигатели, которые имеют очень разные требования по давлению газа в их впускных отверстиях для газового топлива, несмотря на то, что совместно используют газовый компрессор с системой для сжижения газа. При этом необходимо настроить только количество ступеней компрессора. В результате, судоремонтный завод может получить практичную и стандартизированную конструкцию для объединенных системы для сжижения газа и системы подачи газового топлива, независимо от типа тягового двигателя судна.

Следует понимать, что изобретение можно реализовать при адаптации некоторых деталей реализации с учетом приведенного выше описания со ссылкой на чертежи. В частности, изобретение можно реализовать независимо от количества ступеней компрессора внутри многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем и независимо от положения выпускного отверстия для газа вдоль цепи ступеней компрессора, который подает сжатый газ в расширительное устройство для газа. Кроме того, численные значения, которые приведены для давления газа, представлены только для иллюстрации.

Кроме того, систему по изобретению можно использовать для подачи сжатого газа в питаемое газом устройство, имеющее ограниченное потребление газа, а газ, например, испарившийся газ, может первоначально существовать в избытке в сравнении с потреблением питаемого газом устройства. Системы для сжижения газа по настоящему изобретению позволяют рециклировать избыток испарившегося газа без потери газа и с минимумом дополнительных компонентов и минимальном потреблении энергии.

Система (100) для сжижения газа включает газовый многоступенчатый компрессор (2) с жидким поршнем, расширительное устройство (3) для подачи в него сжатого газа, предназначенное для производства и сжиженного газа, и дросселированного газа из сжатого газа, и возвратный канал (97), присоединенный для вытеснения дросселированного газа из выпускного отверстия (33) для газа расширительного устройства (3) для газа в точку (10) соединения каналов, расположенную между впускным отверстием (1) для газа и компрессором. Компрессор можно установить на борту транспортного средства для сжиженного газа для рециклинга испарившегося газа. Технический результат состоит в упрощении регулирования производительности и повышении надежности системы. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система (100) для сжижения газа, включающая:

- впускное отверстие (1) для газа для присоединения к источнику (101) газа;

- по меньшей мере один газовый компрессор;

- расширительное устройство (3) для газа, присоединенное для подачи в него сжатого газа, полученного с помощью по меньшей мере одного газового компрессора, и предназначенное для производства и сжиженного газа, и дросселированного газа из сжатого газа; и

- возвратный канал (97), присоединенный для вытеснения дросселированного газа из выпускного отверстия (33) для газа расширительного устройства (3) для газа в точку (10) соединения каналов, расположенную между впускным отверстием (1) для газа и по меньшей мере одним компрессором,

отличающаяся тем, что по меньшей мере один газовый компрессор включает многоступенчатый газовый компрессор (2) с жидким поршнем, имеющий по меньшей мере две ступени (21-23; 21-25) компрессора, последовательно соединенные в упорядоченную цепь между впускным отверстием (1) для газа и концевым выпускным отверстием (29) для газа, причем каждая ступень компрессора включает по меньшей мере один цилиндр, в который подают вытеснительную жидкость, а также включает устройство для подачи жидкости под высоким давлением, установленное для попеременного увеличения и уменьшения количества вытеснительной жидкости, содержащейся внутри цилиндра, для загрузки, сжатия и выгрузки газа на этой ступени компрессора, при этом каждая ступень компрессора (22-23; 22-25), отличающаяся от первой ступени (21) в цепи и называемая более высокой ступенью компрессора, присоединена для обработки газа, который выпускают с предыдущей ступени компрессора, расположенной в цепи непосредственно перед указанной более высокой ступенью компрессора, через промежуточный канал (28) для газа, соединяющий указанную предыдущую ступень компрессора с указанной более высокой ступенью компрессора, так что давление газа, перетекающего из впускного отверстия (1) для газа, возрастает каждый раз, когда его обрабатывают на одной из ступеней компрессора, а газ, выпускаемый из концевого выпускного отверстия (29) для газа, был обработан последовательно на всех ступенях компрессора цепи,

при этом расширительное устройство (3) для газа присоединено для приема сжатого газа из концевого выпускного отверстия (29) для газа многоступенчатого газового компрессора (2) с жидким поршнем или из промежуточного выпускного отверстия для газа, расположенного в промежуточном канале (28) для газа между двумя ступенями (21-23; 21-25) компрессора, являющимися последовательными в цепи.

2. Система по п. 1, предназначенная для установки на борту транспортного средства для перевозки сжиженного газа, в частности судна для перевозки сжиженного газа, в которой впускное отверстие (1) для газа предназначено для соединения таким образом, чтобы принимать испарившийся газ, источником которого является сжиженный газ, содержащийся в цистернах, установленных на борту транспортного средства, причем указанные цистерны образуют по меньшей мере часть источника (101) газа, а выпускное отверстие (34) для жидкости расширительного устройства (3) газа находится в соединении с по меньшей мере одной из цистерн для выгрузки сжиженного газа, произведенного с помощью указанного расширительного устройства для газа.

3. Система по п. 1 или 2, предназначенная для обработки газа, содержащего метан, этан, пропан, бутан и их смеси, включая природный газ и попутный нефтяной газ, в частности газ, на более чем 80% по массе состоящий из метана.

4. Система по любому из предшествующих пунктов, предназначенная дополнительно для доставки сжатого газа, обработанного с помощью по меньшей мере нескольких ступеней (21-23; 21-25) компрессора многоступенчатого газового компрессора (2) с жидким поршнем, во впускное отверстие для газового топлива двигателя (102; 102').

5. Система по пп. 4 и 2 или 3, в которой двигатель (102; 102') является тяговым двигателем транспортного средства.

6. Система по п. 5, в которой во впускное отверстие для газового топлива тягового двигателя (102') транспортного средства подают сжатый газ, выпускаемый из концевого выпускного отверстия (29) для газа многоступенчатого газового компрессора (2) с жидким поршнем, под давлением газа, существующим во впускном отверстии для газового топлива тягового двигателя транспортного средства, которое находится в диапазоне от 10 МПа (абс.) до 45 МПа (абс.) (от 100 бар (абс.) до 450 бар (абс.)).

7. Система по п. 6, дополнительно включающая компрессор (80) предварительного сжатия, расположенный на пути газа между впускным отверстием (1) для газа и первой ступенью (21) компрессора многоступенчатого газового компрессора (2) с жидким поршнем.

8. Система по п. 5, в которой во впускное отверстие для газового топлива тягового двигателя (102) транспортного средства подают сжатый газ, выпускаемый из промежуточного выпускного отверстия для газа, расположенного в одном промежуточном канале (28) для газа между двумя ступенями (21-23; 21-25) компрессора, являющимися последовательными в цепи многоступенчатого газового компрессора (2) с жидким поршнем, под давлением газа, существующим во впускном отверстии для газового топлива тягового двигателя транспортного средства, которое находится в диапазоне 0,6±0,15 МПа (6±1,5 бар) (абс.) или 1,6±0,4 МПа (16±4 бар) (абс.), а в расширительное устройство (3) для газа подают сжатый газ, выпускаемый из концевого выпускного отверстия (29) для газа многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем.

9. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой цепь многоступенчатого газового компрессора (2) с жидким поршнем содержит от двух до шести ступеней (21-23; 21-25) компрессора, включая значения два и шесть.

10. Система по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащая устройства для промежуточного охлаждения, расположенные в промежуточных каналах (28) для газа между двумя ступенями (21-23; 21-25) компрессора, являющимися последовательными в цепи многоступенчатого газового компрессора (2) с жидким поршнем, и между последней ступенью (23; 25) компрессора цепи и расширительным устройством (3) для газа, для охлаждения газа, протекающего внутри указанного промежуточного канала для газа и в указанное расширительное устройство для газа.

11. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой расширительное устройство (3) для газа содержит и расширительный клапан (31), и испарительный барабан (32), снабженный выпускным отверстием (33) для газа для выгрузки дросселированного газа и выпускным отверстием (34) для жидкости для выгрузки сжиженного газа, произведенного с помощью расширительного устройства для газа, причем сжатый газ, произведенный с помощью газового компрессора, подают в испарительный барабан через расширительный клапан.

12. Система по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащая турбокомпрессор (4), расположенный между расширительным устройством (3) для газа и концевым выпускным отверстием (29) для газа многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем (2) или промежуточным выпускным отверстием (28) для газа, из которого в указанное расширительное устройство для газа подают сжатый газ, причем турбокомпрессор установлен для сжатия сжатого газа, доставляемого в расширительное устройство (3) для газа, дополнительно к сжатию с помощью многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем перед доставкой указанного сжатого газа в расширительное устройство для газа.

13. Система по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащая теплообменник (5), расположенный для передачи тепла от сжатого газа, доставленного в расширительное устройство (3) для газа, к дросселированному газу, произведенному с помощью указанного расширительного устройства для газа.

14. Транспортное средство для перевозки сжиженного газа, содержащее по меньшей мере одну цистерну для сжиженного газа на борту указанного транспортного средства и содержащее также систему (100) для сжижения газа по одному из предшествующих пунктов, при этом впускное отверстие (1) для газа указанной системы присоединено для приема испарившегося газа, источником которого служит по меньшей мере одна цистерна для сжиженного газа, а выпускное отверстие (34) для жидкости расширительного устройства (3) для газа присоединено к указанной по меньшей мере одной цистерне для сжиженного газа для выгрузки сжиженного газа, произведенного с помощью указанного расширительного устройства для газа.

15. Транспортное средство для сжиженного газа по п. 14, дополнительно содержащее работающий на газу тяговый двигатель или тяговый двигатель (102; 102') на гибридном топливе транспортного средства, при этом цепь ступеней (21-23; 21-25) компрессора многоступенчатого газового компрессора (2) с жидким поршнем снабжена по меньшей мере одним выпускным отверстием для газа для выпуска газа, обработанного на по меньшей мере одной из ступеней компрессора, причем указанное выпускное отверстие для газа находится в соединении с впускным отверстием для газового топлива двигателя.