Способ регазификации криопродукта Советский патент 1983 года по МПК F17C9/02 

2. Способ по п.1,отличающийся тем,что жидкий водород предварительно

нагревает до промежуточной температуры, соответствующей 100-110 К.

Изобретение относится к технике низкотемпературного разделения возд ха и водородной энергетике. Известен способ регазификации криопродукта путем теплообмена его /ркружацщвй средой .или путем электро нагрева .. Недрстатком этого- способа является то, что теряется холод, акку мулированный в криопродукте. Известен также способ регазификации криопродукта, включающий сжатие криопродукта и нагрев путем теплообмена с воздухом, поступающим на низкотемпературное разделение 2 . Недостатком известного способа является то, что холод регазификации используется неполностью, так как охлаждается поток воздуха только перед сжатием в компрессоре и суммарный расход, энергии на охлажденного газового потока с учетом энергетических затрат на охлаждение криопродукта гораздо выше, чем расход энергии на сжатие неохлажденного газа, т.е. известный способ неэкономичен. Цель изобретения - повышение эког номичности способа путем более полного, использования холода. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регазифика ции криопродукта, преимущественно жи кого водорода, включающему его сжатие и нагрев путем теплообмена с воз духом, поступающим на низкотемпературное разделение, жидкий водород после сжатия предварительно нагревают до промежуточной температуры пу тем теплообмена с рабочим телом пря мого регенеративного цикле при этом теплообмен газифицируемого водорода с воздухом проводят от промежуточной температуры до температуры окружа.ющей среды совместно с регенеративным теплообменном между сжатыми рас ширенным потоками рабочего тела прямого регенеративного цикла. Кроме того, жидкий водород предварительно нагревают до промежуточной температуры, соответствующей 100-110 К. .Предлагаемый способ позволяет наиболее эффективно использовать холод, аккумулированный в жидком водороде, при его регазификации для снижения энергетических затрат на ожижение и транспортирование водорода, исклюМая при этом опасность замерзания воздуха при охлаждении его жидким водородом, так как самый низкотемпературный участок подогрева в пределах 30-ПО К используют как источник низкой температуры в прямом регенеративном цикле для получения энергии, а подогрев водорода в процессе его регазификации от 110 К до температуры окружающей среды используют как источник холода для разделения воздуха. На фиг. 1 представлена схема способа регазификации жидкого водорода; на фиг. 2 - узел схемы регазификации жидкого водорода до промежуточной температуры, вариант. На фиг. 1 и 2 обозначены емкость 1 жидкого водорода, жидкостный насос 2,теплообменники 3 и , низкотемпературные компрессоры 5 и 6, турбина 7, компрессор 8, детандер 9, ректификационная колонна 10, переохладитель 11 и теплообменник 12, связанные между собой коммуникациями. Способ осуществляется следующим образом. Жидкий водород из емкости 1 поступает в жидкостный насос 2, где сжимается до высокого давления, и направляется в теплообменник 3. Там водород вначале подогревают до 100 К, отводя тепло от рабочего тела прямого регенеративного цикла на участке регенеративного (внутреннего) теплообмена в этом цикле. В качестве рабочего тела используют циркупяционный азот. Последний расширяют в водородной турбине 7 при температуре окружающей среды и далее. как описано выше, охлаждают на уча;стке регенеративного теплообмена в теплообменнике 3 на низком температурном уровне, при этом тепло отдается газифицируемому водороду. Затем циркуляционный водород сжимают.в компрессоре 5 и подогревают в теплообменнике Ц за счет охлаждения в компрессоре 8 воздуха . Далее сжатый водород поступает в водородную турбину 7. Таким образом, процесс регенеративного теплообмена в прямом, регенеративном цикле совмещен с прдогревом газифицируемого водорода за счет охлаждения воздуха. На фиг.2 ВИДНО, что сначала жидкий водород н ревают в теплообменнике 12 за счет охлаждения рабочего тела прямого цикла, потом рёгазифицируемый водород подогревают в теплообменнике i за счет охлаждения воздуха, а регенеративный теплообмен между потока ми прямого регенеративного цикла происходит в теплообменнике 3. Разделяемый воздух сжимают в ком прессоре 8 до давления выше критического, затем охлаждают, при постоянном давлении в теплообменнике Ц, расширяют в детандере 9 и направ ляют на разделение в ректификационную колонну 10, в которой воздух разделяют на жидкий кислород и газообразный азот. Для получения обоих компонентов высокой концентрации из колонны 10 отводят газообразную аргонную фракцию. Азот ную флегму и пар по ./1учают с помощью циркуляционного азота. Выходящий из верхнего сечения ко лонны 10 азот подогревают в переохл дителе 11 и делят на два потока. Од из них, равный количеству азота, полученного из разделяемого воздуха подогревают в теплообменнике k за счет охлаждения воздуха. Второй пот сжимают в компрессоре 6 до давления 0,55 МПа, конденсируют в трубном пространстве конденсатора колонны 10 за счет кипения жидкого кислоро да в межтрубном пространстве и посл переохлаждения в переохладителе 11 дргосселируют в верхнее сечение коло ны 10 в качестве флегмы для участия в процессе разделеия. / ргонную фракцию отбирают из исчерпывающей секции колонны Ю- и за счет охлаждения воздуха подогревают в теплообменнике k. Жидкий продукционный кислород и газообразный продукционный азот подают потребителю, В некоторых случаях по предлагаемому способу можно получить одновременно жидкие кислород и азот. При сжатии воздуха в многоступенчатом компрессоре 8 он в каждой ступени значительно повышает свою температуру. Обычно применяют межступенчатое и концевое водяное охлаждение. Вместе с тем в водородной турбине 7 в процессе расширения необходимо подводить тепло к водороду, при этом, чем выше температура подогрева водорода, тем выше эффективность прямого регенеративного цикла, так как повышается температура источника высокой температуры и в этом цикле. В связи с этим целесообразно воздух при межступенчатом и концевом охлаждении охлаждать за счет подогрева водорода перед турбиной 7 и между ступенями расширения. По предлагаемому способу регазифицируют 1 т жидкого кислорода и получают 6,2 т жидкого кислорода, 19 тыс.м Приведенного к нормальным условиям газообразного азота и 100 кВт.ч энергии. В связи с повышением эффективности процесса разделения воздухапри. использовании холода регазификации жидкого водорода примерно на 50% снижается расход энергии на получение жидкого кислорода, что состав,ляет на тонну жидкого водорода около 3000 кВт/с, т.е. полный энергетический эффект регазификации составляет более 1000 кВт на тонну газифицируемого жидкого водорода. Еще больший экономический эффект получается , если использовать тепло сжатия воздуха на подогрев рабочего тела при его расширении в турбине, так как заметно растет количество энергии, получаемой в прямом цикле, и полностью отпадает необходимость водяного охлаждения.