Установка для сжижения газа Российский патент 2021 года по МПК F25J1/00 

Изобретение относится к технике и технологии сжижения газа, с использованием вихревых охладителей, например природного газа для газораспределительных станций (ГРС), а также для производства других сжиженных промышленных газов: кислорода, азота, водорода, гелия. При хранении и транспортировке сжиженных газов приходится поддерживать постоянную температуру, так как она должна быть равна или ниже температуры кипения. Экспериментальные исследования вихревого эффекта по воздуху, метану, водороду, гелию и других установлено, что степень охлаждения газа в вихревой трубе мало зависит от его состава. Установка сжижения газа в емкости-криостате заключается в предварительном охлаждении и очистке от конденсата и примесей исходного потока высоконапорного потока газа и подачи его тангенциально в сопло камеры вихревого охладителя. В результате истечения закрученного вращающегося потока газа с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью осуществляется сепарация газожидкостного потока на составляющие фазы на газ низкого давления и сжиженный газ являющихся товарными продуктами установки сжижения.

В процессе дроссельного истечения газа из вихревого охладителя, образующиеся горячий и холодный газовые потоки используются в рекуперативном теплообмене, в частности для повышения эффективности сжижения осуществляют дополнительное охлаждение исходного потока холодным потоком. Это позволит повысить эффективность сжижения газа в вихревом охладителе, поскольку это охлаждение позволит приблизить процесс к изоэнтальпийному расширению разделенных потоков, что приведет к дополнительному увеличению доли образующейся жидкой фазы, т.е. повышение эффективности сжижения.

Известны установки, устройства, блоки для сжижения природного газа Патент RU 2103620 C1 F25B 9/02, 1996 [1], патент 2151865 C1 Е21 В 43/34, B01D 45/00, 1998 [2], Патент RU 2528460 F25J 1/00, F25J 3/00 F25 9/04, 2012 [3], патент RU 2104449 C1 F25J 1/00, 1996 [4], Патент RU 2044973 C1 F25J 1/00, 1993 [5], RU 948461 В04С 5/20, 1980 [6]. Рассмотрим подробнее:

Патент RU 2103620 - в верхней зоне криостата размещены вихревые охладители, работающие на перепадах давления, в которых реализуется независимое расширение разделенных холодного и горячего потоков. В результате достигается сжижение природного газа до четверти входного потока, и получать метан самой низкой себестоимости.

Недостатки: сложная схема рекуперативного трубчатого теплообменника и его элементов, которые размещены по протяженной периферийной зоне емкости-криостата, а также сложность монтажа соединительных элементов теплообменника с вихревыми охладителями, что затруднит изготовление и монтаж всего оборудования.

Патент RU 2151865 - в устройстве, представляющем существующие сепараторы и отстойники, дополнительно вводятся: витой трубчатый теплообменник, и вихревые охладители газа, что позволит вымораживать генерируемым холодом влагу в газе, при температуре до точки росы ниже - 42°С. Недостатки:

- существующие объемы аппаратов имеют определенные геометрические размеры диаметра и высоты, рассчитанные на определенные допустимые линейные скорости движения газа. При установке дополнительных встроенных аппаратов резко изменится режим работы из-за резкого уменьшения проходного сечения и увеличения скоростей газа, что приведет к нарушению нормального режима работы, что недопустимо.

Патент RU 2528460 - используется вихревой энергетический разделитель, размещенный в трехсекционной емкости, в которой предусмотрено охлаждение горячего конца вихревого охладителя сжиженным газом, однако, в вихревой охладитель поступает уже подготовленный, очищенный и отсепарированный исходный поток газа. Подготовка газа выполняется вне охладителя, что приведет к дополнительным затратам, включая и коммуникации, а это дополнительные холодозатраты, из-за теплопотерь, что является недостатками по сравнению с заявляемым изобретением.

Патент RU 2104449 - блок сжижения, содержащий нижний и верхний вихревые охладители, соединенные с теплообменником. В нижней части верхнего охладителя имеются отверстия для выхода конденсата. Выход газа из верхней части верхнего охладителя заглушен по оси и на его боковой поверхности выполнены отверстия, а в нижней части блока имеется труба отвода жидкости. В верхней части имеется патрубок отвода паровой фракции и установлен вихревой эжектор, соединенный с паровой зоной криостата.

Недостатки: несмотря на использование высоконапорного магистрального газа, в нем возможно наличие взвесей и тяжелых фракций природного газа поступление газа осуществляется без дополнительной очистки и стабилизации состава от нежелательных примесей. Поэтому, газ поступает неподготовленным в трубчатый теплообменник и в сопла вихревых охладителей. Это может привести к забивке сопел охладителей, а это недопустимо.

Патент RU 2044973 - сжатый газ после предварительного охлаждения поступает в теплообменник, установленный по оси вихревой трубы, размещенной в жидкостной полости криостата.

Недостатки: несмотря на указанные преимущества изобретения, включающие высокую экономичность способа сжижения и устройства для его реализации, не сообщаются данные о параметрах исходного газа, т.е. его источник, параметры, включая его подготовку к сжижению в вихревой трубе. Сообщение об экономичности также не обосновано, поскольку нет конструктивной проработки элементов конструкции вихревой трубы, а это и определяет эффективность и экономичность.

А.с. СССР RU 948461 - предлагаемое изобретение-устройство, представляющее охлаждаемую вихревую трубу с тангенциальным входным соплом, осевым выходным отверстием с установленной диафрагмой в нем и соединяющую полость трубы через диафрагму с выходным патрубком пористую втулку, размещенную в кожухе для сбора жидкости снабжено трубопроводом, один конец которого расположен по оси отверстия диафрагмы, а другой соединен с кожухом, а пористая втулка выполнена сужающейся в сторону выходного патрубка.

Недостатки: в силу того, что холодный поток, выходящий через диафрагму по двум направлениям, одна часть потока в пустотелый усеченный конус пористой втулки, а другая часть холодного потока в трубопровод, размещенный по осевой центра диафрагмы. Так как, источник давления один, т.к. выход холодного потока через диафрагму, то давление будет одинаковым, для двух частей разделенного потока через пористую втулку, поэтому будет параллельно направленным, с равными значениями. Поэтому реализация процесса в данном устройстве по очистке будет затруднительна.

Прототипом установки сжижения может быть - патент RU 21500959, F25J 1/00, 2012, являющийся способом сжижения газа и устройством для его реализации.

Данное изобретение включает подготовку сжатого газа, включающую осушку, очистку от примесей и охлаждение, осуществляющееся перед поступлением в секционную емкость-криостат, разделенную горизонтальными перегородками, на нижнюю, среднюю и верхнюю перегородки.. В средней секции емкости размещен горячий конец вихревого охладителя (трубы), который охлаждают циркулирующим холодным потоком, поступающим тангенциально из нижней секции после рекуперации исходного потока газа на входе в вихревую трубу в нижней секции. При этом из горячего потока сепарируется жидкая фаза, которая смешивается с поступающей жидкой фазой, выделенной в верхней секции, а сжиженная фракция выводится из средней секции в качестве товарных продуктов.

Основные недостатки:

- предварительная подготовка исходного потока газа, включая очистку и осушку, осуществляется вне емкости, где размещена вихревая труба-генератор холода, а это дополнительные потери тепла на коммуникации и затраты на аппаратуру;

- отсутствие регенерации и конденсации паров горячего потока и сложность регулирования расхода выходящего газа низкого давления.

В связи с этим, целью предлагаемого изобретения является техническое решение, которое позволит максимально использовать холод холодного потока в процессе сжижения газа в дроссельно-рекуперативном процессе и повысить коэффициент эффективности энергоразделения.

Техническое решение установки сжижения газа представлено на фигуре 1, фигуре 2, фигуре 3 и 4. При этом на фигуре 1 представлен схематический разрез установки - секционной емкости-криостата, на фигуре 2 и фигуре 3 - сечение в месте тангенциального ввода исходного потока газа в емкость-криостат, а на фигуре 4 -сечение, в месте ввода газа в сопло камеры вихревого охладителя.

На фигуре 1 представлено деление вертикальной емкости-криостата на секции:

А - нижняя секция; В - средняя секция; С - верхняя секция.

Технологические потоки: I - ввод исходного потока высоконапорного газа;

II - вывод углеводородных фракций С₂+; III - вывод отсепарированного конденсата;

IV - вывод низконапорного газа; V - вывод сжиженного газа.

На фигуре 1 и фигуре 2 также представлены следующие конструктивные элементы установки: 1 - корпус емкости-криостата; 2 - патрубок тангенциального ввода; 3 - запорно-регулирующий вентиль; 4 - внешний цилиндр циклонного сепаратора; 5- внутренний цилиндр цилиндроконического патрубка; 6 - конический цилиндр цилиндроконического патрубка; 7 - нижний конус циклонного сепаратора; 8 -сборник углеводородных фракций С₂+; 9 - горизонтальная перегородка; 10 - патрубок; 11 - запорно-регулирующий вентиль; 12 - кольцевой зазор между центральной трубой и цилиндроконическим патрубком; 13 - центральная труба; 14 - диафрагма; 15 - отверстие для ввода газа; 16 - тангенциальный сопловой ввод; 17 - сопло с перепускным каналом ввода газа; 18 - камера вихревого охладителя; 19 - вставка с диафрагмой; 20 - угловой патрубок с отверстиями; 21 - отверстие в угловом патрубке; 22 - донышко в нижнем торце углового патрубка; 23 - цилиндрическое отверстие в диафрагме; 24 - коническое отверстие в диафрагме; 25 - кубовый сборник товарного сжиженного газа; 26 - горячий конец вихревого охладителя; 27 - шипы, размещенные во внутреннем пространстве горячего конца; 28 - отвод холодного потока из рубашки горячего конца; 29 - трубчатый теплообменник на внешнем цилиндре циклонного сепаратора; 30 - дренажная труба вывода сжиженного газа из трубчатого теплообменника; 31-трапецииидальная крышка; 32 - полый конус с верхним донышком; 33 - сепарационный отбойник с коническими краями; 34 - труба-шток, соединенная с сепарационным отбойником; 35 - труба-шток, соединенный с полым конусом; 36 - внутренняя резьбовая втулка регулирующего устройства; 37 - внешняя резьбовая втулка регулирующего устройства; 38 - бобышка для крепления регулирующих устройств; 39 - наружная втулка с вентилями регулирующих устройств; 40 - патрубок вывода газа низкого давления; 41 - вентиль-клапан точной регулировки; 42 - вентиль регулирования полого конуса (32); 43 - вентиль регулирования сепарационного отбойника (33); 44 - патрубок вывода конденсата; 45 - запорно-регулирующий вентиль; 46 - экранно-вакуумная теплоизоляция; 47 - насыпная перлитная крошка; 48 - патрубок вывода сжиженного газа; 49 - запорно-регулирующий вентиль; 50 - консольная опора.

По сравнению с известными изобретениями предлагаемая установка имеет следующие преимущества:

- обеспечивает свободное истечение горячего и холодного потоков газа при минимально-возможных, для данной установки сопротивления;

- возможность максимального предварительного захолаживания исходного потока газа до входа в вихревой охладитель, что позволяет достигнуть увеличения доли образующей жидкой фазы, а, следовательно, повышает коэффициент эффективности сжижения;

-дополнительное охлаждение горячего конца охладителя также повышает эффективность сжижения газа;

- возможность отбора части холодного приосевого потока, возможность осуществить его отбор и направить в противоположном направлении очень важное решение, для эффективного охлаждения горячего конца и рекуперативного теплообмена исходного потока газа;

- применение оригинальных сепарационного и регулирующего устройств позволяет снизить количество уноса сконденсированных компонентов газа.

- использование плавного регулирования отсепарированного газа низкого давления позволяет выбрать оптимальный режим работы вихревого охладителя, а, следовательно, достигнуть максимального коэффициента сжижения газа в установке.

Технический результат установки сжижения газа заключается в следующем:

исходный поток высоконапорного газа I поступает в среднюю секцию «В» емкости-криостата 1, посредством патрубка 2 тангенциального ввода и запорно-регулирующего вентиля 3. Поток газа поступает в циклонный сепаратор, состоящий из элементов 4, 5, 6 и 7. В циклонном сепараторе, в результате действия центробежных сил, осуществляется очистка газа от конденсата и примесей, которые накапливаются в периферийной области вращающегося газожидкостного потока, концентрируясь на внутренней стенке внешнего цилиндра 4. Образовавшиеся конденсат и примеси, стекают в зазор между нижним конусом 7 сепаратора и внутренней стенкой емкости 1, накапливаясь в сборнике 8, размещенном на горизонтальной перегородке 9, а затем выводятся посредством патрубка 10 и запорно-регулирующего вентиля 11, за пределы емкости-криостата в секции «В» (поток III).

Отсепарированный газ, концентрируемый в приосевой области центральной трубы 13, поступает вверх, в зазор, образованный центральной трубой 13 и внутренней поверхностью цилиндроконического патрубка 5,6 и поступает в отверстие 15 в диафрагме, а затем, в тангенциальный сопловой ввод 16 и сопло 17. При этом положение диафрагмы 14, в которой имеется отверстие 15 ориентировано таким образом, чтобы оно совпадало с тангенциальным сопловым вводом 16, т.е. геометрический размер сечения отверстия совпадал с сечением тангенциального соплового ввода.

В результате истечения закрученного в сопле 17 высоконапорного потока преимущественно газа, при сверхзвуковых скоростях осуществляется конденсация компонентов газа в расширенном и охлажденном вращающемся потоке газа. Из камеры вихревого охладителя 18 выходят два противоположно направленных потока холодный и горячий. Отвод холодного потока, представляющего собой сжиженный газ, выходящий снизу, поступает в центральную трубу 13 и сбрасывается в кубовую часть емкости 1, размещенной в нижней секции «А».

Часть холодного потока отбирается посредством установленного соосно в центральной трубе 13, углового патрубка 20 с заглушенным нижним концом - донышком 22, а отбор холодного потока осуществляется через имеющиеся отверстия на нижнем конце углового патрубка, причем отверстия имеются по высоте размещения цилиндроконического патрубка 5, 6. Верхний конец углового патрубка вставлен во внутреннюю стенку нижней части конического горячего конца 26 вихревого охладителя 18, размещенного в верхней секции «С». На наружной поверхности горячего конца охладителя, имеется рубашка, во внутреннем пространстве которой имеются шипы 27, закрепленные на внутренней поверхности рубашки.

Охлаждение горячего конца вихревого охладителя осуществляется поступающим холодным потоком, отбираемым через отверстия в угловом патрубке 26 и направляемым в рубашку горячего конца вихревого охладителя. После охлаждения, холодный поток выходит через отвод 28, затем поступает в трубчатый теплообменник 29, охлаждаемый цилиндр циклонного сепаратора 4, 5, 6 и по патрубку 30 и сбрасывается в кубовый сборник сжиженного газа 25, из которого выводят в качестве товарного продукта (поток V), посредством патрубка 48 и запорно-регулирующего вентиля 49, за пределы емкости.

Выходящий из вихревого охладителя горячий поток поступает в сепарационно-регулирующее устройство, состоящее из элементов 31, 32, 33, 34 и 35. Сепарационно-регулирующее устройство осуществляет сепарацию горячего потока от конденсата и регулирование расхода выходящего горячего потока. При этом сепарацию осуществляют путем изменения кольцевого зазора между трапецеидальной крышкой 31 и сепарационным отбойником 33, а регулирование расхода, выходящего горячего потока, изменением кольцевого зазора между элементами 31 и 32.

Управление сепарацией и регулированием расхода выходящего горячего потока производят посредством двух совмещенных труб, одна размещена внутри другой 34 и 35, которые имеют разные диаметры, которые имеют на выходе винтовые соединения на концах труб 34 и 35, размещенные в наружной втулке 39, закрепленной в бобышке, в верхней обечайке емкости-криостата. Независимое регулирование процессами сепарации горячего потока и расхода газа производят посредством двух вентилей, в виде совмещенных шестигранников 42 и 43, размещенных в наружной втулке 39, находящейся на внешней верхней обечайке емкости 1. Данное регулирующее устройство позволяет осуществлять изменение режима работы вихревого охладителя, а, следовательно, управлять процессом сжижения газа.

Отсепарированный из газа конденсат (поток III) накапливают на горизонтальной перегородке 9, затем выводят, посредством патрубка 44 и запорно-регулирующего вентиля 45, за пределы емкости.

Газ низкого давления (поток IV) выводится из верхней секции «С» емкости 1, посредством патрубка 40 и установленного на нем вентиля-клапана точной регулировки 41.

Наружная поверхность емкости-криостата имеет два теплоизоляционных слоя, которые заключены в герметичные рубашки, причем первый слой 46 (экранно-вакуумная теплоизоляция) полностью закрывает всю поверхность емкости, а сверху-второй слой 47 теплоизоляции (насыпная теплоизоляция) закрывает, в основном большую нижнюю часть поверхности емкости.

Техническая сущность изобретения - установки сжижения газа, заключается в следующем:

установка сжижения газа, содержащая теплообменник, вихревой охладитель с линиями подачи высоконапорного исходного газа в охладитель и концами расширившихся холодного и горячего газообразных и жидкого потока, размещенные в вертикальной трехсекционной емкости-сепараторе, которая разделена горизонтальными перегородками на нижнюю, среднюю и верхнюю секции, в емкости-криостате размещены сепарационное и регулирующее устройства горячего потока газа, сборник сжиженного газа, отличающаяся тем, что в средней секции размещен циклонный сепаратор, совмещенный с трубчатым теплообменником, который размещен по наружной поверхности внешнего цилиндра циклонного сепаратора, а внутри внешнего цилиндра соосно размещены цилиндроконический патрубок, центральная труба и угловой патрубок, которые установлены с зазорами между цилиндрическими поверхностями, образуя кольцевые зазоры, при этом, на верхней горизонтальной перегородке размещена камера вихревого охладителя, в которой холодный конец вихревого охладителя представляет собой вставку с диафрагмой и отверстием, которое должно быть сориентировано с тангенциальным сопловым входом, а также примыкающей к нижнему основанию горизонтальной перегородки и к камере охладителя, при этом, выходное отверстие диафрагмы имеет цилиндроконическую форму, с коническим выходом на уровне нижней вставки, верхний конец центральной трубы совпадает с нижней плоскостью вставки с диафрагмой, а угловой патрубок, состоящий из прямолинейного и изогнутого участка под прямым углом, у которого прямолинейный участок снизу закрыт донышком и вставлен внутрь центральной трубы, на прямолинейном участке имеются сквозные отверстия, размещенные снизу до уровня диафрагмы нижней плоскости вставки, а верхняя угловая часть конца врезана во внутреннюю нижнюю часть горячего конца, на внешней поверхности горячего конца размещена рубашка с внутренней ребристой поверхностью, образованной установленными на внутренней поверхности рубашки шипов, при этом в верхней части рубашки горячего конца имеется патрубок с отводом вертикальной трубы, проходящую сквозь верхнюю горизонтальную перегородку средней секции емкости, затем труба соединена с верхним входом трубчатого теплообменника, а выход из теплообменника осуществлен посредством трубы, подключенной к нижнему концу трубчатого теплообменника, а далее труба проходит сквозь нижнюю горизонтальную перегородку, после которой выходит в кубовый сборник емкости, в верхней секции емкости на горячем конце охладителя размещено сепарационное и регулирующее устройства, содержащие трапецеидальную крышку, закрывающую горячий конец, а также соосно расположенного внутри полого конуса с верхним донышком и врезанным по центру, трубой-штоком регулирования полого конуса, а с наружной стороны трубой-штоком регулировании сепарационным отбойником с коническими краями, обрамляющими трапецеидальную крышку, при этом обе трубы-штоки имеют возможность независимого возвратно-поступательно перемещения, позволяющие изменять величину кольцевых зазоров между конусами: стационарной трапецеидальной крышкой и соответственно внутренним полым конусом и сепарационным отбойником, при этом вывод отсепарированного газа низкого давления и его регулирование расхода осуществляется посредством узла винтового соединения позволяющего изменять перемещение совмещенных труб-штоков производят посредством, размещенного в верхней утолщенной обечайке внутренней части емкости бобышке, сквозь которую выполнен вывод рукояток управления, соединенных с трубами-штоками за пределы емкости шарниров в форме двух совмещенных шестигранных рукояток, при этом вывод отсепарированного газа низкого давления за пределы емкости осуществляется, посредством, выходящим за пределы емкости патрубка и вентиля-клапана точной регулировки, вывод конденсата с верхней горизонтальной перегородки за пределы емкости осуществляют посредством патрубка и запорно-регулирующего вентиля, а вывод товарного сжиженного газа производят из кубового сборника посредством патрубка и запорно-регулирующего вентиля за пределы емкости, причем поверхность емкости-криостата имеет два теплоизоляционных слоя, которые заключены в герметичные рубашки, в которых первый слой теплоизоляции представляет экранно-вакуумную теплоизоляцию, а сверху - второй слой теплоизоляции представляет насыпную теплоизоляцию, например, перлит, при этом в нижней секции размещен патрубок для вывода сжиженного газа из нижней секции емкости криостата.

Дополнительные пояснения по практической реализации технического результата изобретения установки сжижения газа, будут следующие:

- весь комплекс технологических процессов осуществляется в замкнутом пространстве трехсекционной емкости-криостата без наличия внешних трубопроводов и коммуникаций, взаимосвязанных последовательных процессов с технологией сжижения газа;

- отсутствие внешних коммуникаций, в виде связующих и последовательно протекающих технологических процессов охлаждения, рекуперативного теплообмена, сепарационных и регулирующих расходы потоков, осуществляются по коротким расстояниям, благодаря оптимально взаимосвязанной последовательности;

- все конструктивные элементы: змеевик рекуперативного трубчатого теплообменника, отбор и подвод к трубчатому теплообменнику части холодного потока, его проход в охлаждающей рубашке холодного конца и его отвод в кубовый сборник без потерь;

- компактное сепарационно-регулирующее устройство по отводу, предварительно отсепарированный от сконденсированных тяжелых углеводородов и их отвод за пределы емкости;

- использование эффективной двухслойной теплоизоляции особо важно для проведения криогенных процессов в замкнутом пространстве в изотермических условиях. При этом вводится только один поток исходного сжатого природного газа, а выводится два потока: отсепарированный конденсат и примеси и товарный поток сжиженного газа;

- наиболее оптимальные параметры входа исходного газа: давление, температура 15°С;

- единичная производительность одного модуля порядка 1-10 т/ч;

для увеличения производительности можно использовать набор данных модулей криостата, при их параллельном включении;

- как пример, при использовании данного изобретения при сжижения природного газа, то исходный поток природного газа может быть использован из магистрального газопровода с давлением 2,5-7,0 МПа,, а в распределительной сети 0,2-0,12 МПа. Сжижение газа в емкости-криостате от 5 до 30% газа, проходящего через установку.

Данное изобретение может быть использовано не только для сжижения природного газа, но и других промышленных технических газов: кислорода, азота, аргона, водорода, гелия, то они также могут, подвергнуты сжижению, с учетом специфических особенностей, включающих термодинамические параметры каждого газа, а именно физические константы: температуры кипения, тройные точки.

Применение инновационных криогенных и газоразделительных решений с учетом того, что генератором холода в изобретении используется вихревой охладитель, работающий на основе проявления вихревого эффекта, который был изучен в работе (Очистка технологических газов, «Химия»», М., 1977, изд. 2-е). Установлено, что степень охлаждения газа в вихревой трубе мало зависит от его состава, при исследовании изучались следующие газы: воздух, азот, водород, метан, гелий.

В данном изобретении может использоваться вихревая труба в качестве вихревого охладителя из известных конструкций, которые прошли экспериментальную проверку или находятся в промышленной эксплуатации в криогенных установках сжижения природного или попутного нефтяного газа. В частности, могут быть использованы конструкции двухпоточных или трехпоточных, так называемых сепарационных вихревых труб.

Примером конструкции вихревой трубы, которая может быть использована вихревая труба в изобретении установка сжижения газа - сепарационная вихревая труба (А.С.№853313 от 16.10.79 г. Автор Косенков В.Н. и др.).

Особенностью данной конструкции конической вихревой трубы является установленное соосно с камерой энергетического разделения устройство для регулирования массового соотношения горячего и холодного потоков и возможность одновременного регулирования количества отсепарированной жидкой фазы, выделяемой из периферийной части горячего потока.

Данная конструкция была исследована на опытно-экспериментальной установке низкотемпературного блока (НТВ), на которой была показана высокая эффективность. В схеме НТВ на первой стадии предусматривалась сепарация в трехступенчатом центробежном сепараторе (А.с.№837370, 1981). Начальные условия для исследований: t=- 91°С и Р=2,1 МПа. НТБ исследовали при нагрузках 128,135 и 146 нм³/ч.

В исследуемом диапазоне вихревой трубы (=0,5-0,9, при этом максимальная степень извлечения (сепарации) жидкой фазы повышалась с ростом расширения Р=Р_о/P₁ в пределах от 3 до 5, т.е. в исследованном интервале давлений 3<Р<5, что соответствовало оптимальному диапазону массовой доли отбора жидкой фазы со стороны горячего конца вихревой трубы соответствовал критерию μ_ж в пределах 0,1-0,25. В исследуемом диапазоне вихревой трубы (=0,5-0,9, при этом максимальная степень извлечения (сепарации) жидкой фазы повышалась с ростом расширения Р=Р_о/Р₁ в пределах от 3 до 5, т.е. в исследованном интервале давлений 3<Р<5, что соответствовало оптимальному диапазону массовой доли отбора жидкой фазы.

Изобретение предусматривает полный цикл технологических процессов и их рациональную последовательность от подготовки исходного потока, включающей очистку от нежелательных примесей, проведение дроссельно-рекуперативных и двухступенчатой центробежной сепарации с регулированием выходящего газа низкого давления и получения товарной сжиженной фракции природного газа. При этом весь комплекс технологических процессов осуществляется в одном модуле емкости-криостате.

Предлагаемое изобретение на установку сжижения газа позволит реализовать предлагаемую установку, с целью поставленной технической цели, и вышеприведенная совокупность отличительных признаков заявленного изобретения установки сжижения газа неизвестна на данном уровне развития техники и не следует из общественных правил известных технологий установок сжижения газа для их реализации, что соответствует критерию изобретательский уровень

Конструктивная реализация заявленного изобретения с указанной совокупностью признаков не представляют никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Патент RU 2103620, F25B 9/02, 1998

2. Патент RU 2151865, Е21 В 43/34, B01D 45/00, 1998

3. Патент RU 2528460 F25J 1/00, F25J 3/00 F25 9/04, 2012

4. патент RU 2104449 C1, F25J 1/00, 1996

5. Патент RU 2044973С1 F25J 1/00 С1, 1993

6. А.с. СССР 94846 В04С 5/20, 1980

7. Патент RU 21500959, F25J 1/00, 2012 - прототип

Изобретение относится к криогенной технике. Установка сжижения газа содержит теплообменник, вихревой охладитель, сепарационное и регулирующее устройства, размещенные в трехсекционной емкости-криостате. В средней секции размещен циклонный сепаратор, совмещенный с трубчатым теплообменником. Внутри внешнего цилиндра соосно размещены цилиндроконический патрубок, центральная труба и угловой патрубок. На верхней горизонтальной перегородке размещена камера вихревого охладителя, в которой холодный конец вихревого охладителя представляет собой вставку с диафрагмой. Верхний конец углового патрубка вставлен во внутреннюю стенку нижней части конического горячего конца. На внешней поверхности горячего конца размещена рубашка с внутренней ребристой поверхностью. В верхней части рубашки имеется патрубок с отводом вертикальной трубы, проходящей сквозь верхнюю горизонтальную перегородку средней секции емкости. В верхней секции размещены сепарационное и регулирующее устройства, содержащие крышку, закрывающую горячий конец, а также соосно расположенную внутри полого конуса с верхним донышком и с врезанной по центру трубой-штоком регулирования полого конуса, размещенной внутри нее трубой-штоком регулирования сепарационным отбойником. Технический результат изобретения - повышение эффективности сжижения газа. 4 ил.

Установка сжижения газа, содержащая теплообменник, вихревой охладитель с линиями подачи высоконапорного исходного газа в охладитель и концами расширившихся холодного и горячего газообразных и жидкого потока, сепарационное и регулирующее устройства, размещенные в трехсекционной емкости-криостате, которая разделена горизонтальными перегородками на нижнюю, среднюю и верхнюю секции, отличающаяся тем, что в средней секции размещен циклонный сепаратор, совмещенный с трубчатым теплообменником, который размещен по наружной поверхности внешнего цилиндра циклонного сепаратора, а внутри внешнего цилиндра соосно размещены цилиндроконический патрубок, центральная труба и угловой патрубок, которые установлены с зазорами между цилиндрическими поверхностями, образуя кольцевые зазоры, при этом на верхней горизонтальной перегородке размещена камера вихревого охладителя, в которой холодный конец вихревого охладителя представляет собой вставку с диафрагмой, содержащей отверстие, которое сориентировано таким образом, чтобы оно совпадало с тангенциальным сопловым вводом, а также примыкающей к нижнему основанию горизонтальной перегородки и к камере охладителя, при этом выходное отверстие диафрагмы имеет цилиндрическую форму с коническим выходом на уровне нижней вставки, верхний конец центральной трубы совпадает с нижней плоскостью вставки с диафрагмой, а угловой патрубок, состоящий из прямолинейного и изогнутого участка под прямым углом, у которого прямолинейный участок снизу закрыт донышком и вставлен внутрь центральной трубы, на прямолинейном участке имеет сквозные отверстия, размещенные снизу до уровня диафрагмы нижней плоскости вставки, а верхний конец углового патрубка вставлен во внутреннюю стенку нижней части конического горячего конца, на внешней поверхности горячего конца размещена рубашка с внутренней ребристой поверхностью, образованной установленными на внутренней поверхности рубашки шипами, при этом в верхней части рубашки горячего конца имеется патрубок с отводом вертикальной трубы, проходящей сквозь верхнюю горизонтальную перегородку средней секции емкости, затем труба соединена с верхним входом трубчатого теплообменника, а выход из теплообменника осуществлен посредством трубы, подключенной к нижнему концу трубчатого теплообменника, а далее проходит сквозь нижнюю горизонтальную перегородку, после которой выходит в кубовый сборник емкости, в верхней секции емкости на горячем конце охладителя размещены сепарационное и регулирующее устройства, содержащие крышку, закрывающую горячий конец, а также соосно расположенную внутри полого конуса с верхним донышком и с врезанной по центру трубой-штоком регулирования полого конуса, размещенной внутри нее трубой-штоком регулирования сепарационным отбойником с коническими краями, обрамляющими крышку, при этом обе трубы-штока имеют возможность независимого возвратно-поступательного перемещения, позволяющего изменять величину кольцевых зазоров между конусами: стационарной крышкой и соответственно внутренним полым конусом и сепарационным отбойником, при этом вывод отсепарированного газа низкого давления и его регулирование расхода осуществляется посредством узла винтового соединения, позволяющего изменять перемещение совмещенных труб-штоков, размещенного в наружной втулке, закрепленной в бобышке, в верхней обечайке емкости-криостата, при этом вывод отсепарированного газа низкого давления за пределы емкости осуществляется посредством выходящих за пределы емкости патрубка и вентиля-клапана точной регулировки, вывод конденсата с верхней горизонтальной перегородки за пределы емкости осуществляют посредством патрубка и запорно-регулирующего вентиля, а вывод товарного сжиженного газа производят из кубового сборника посредством патрубка и запорно-регулирующего вентиля за пределы емкости, причем поверхность емкости-криостата имеет два теплоизоляционных слоя, которые заключены в герметичные рубашки, в которых первый слой теплоизоляции представляет экранно-вакуумную теплоизоляцию, а сверху - второй слой теплоизоляции, который представляет насыпную теплоизоляцию, например перлит, при этом в нижней секции размещен патрубок для вывода сжиженного газа из нижней секции емкости-криостата.