Способ газификации криогенных жидкостей и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК F17C9/02 

Изобретение относится к технике газификации криогенных жидкостей и может быть использовано в криогенной технике, химической промышленности и транспортном машиностроении, в частности при газификации сжиженного природного газа, например метана, используемого в качестве топлива для дизельного двигателя тепловозов.

Цель .изобретения - повышение экономичности и надежности за счет устранения пульсаций давления при переменном расходе.

На чертеже изображено устройство для реализации способа.

Устройство содержит криогенный резервуар 1, нижняя часть которого соединена с трубопроводом 2 с межтрубным пространством испарителя 3, в верхней части которого размещен сепаратор 4. Сепаратор 4 может быть выполнен, например, в виде дополнительного свободного объема, расположенного в верхней части межтрубного пространства испарителя 3, обеспечивающего приведенную скорость пара, например не более 2 м/с, устраняющую унос капель из испарителя 3, либо сепаратор 4 может быть пленочного типа.

В испарителе 3 размещены секции 5 и 6 для продукционного газа, соединенные трубопроводами 7-11 с секциями 12-14, размещенными в теплообменнике 15. имеющем патрубки подачи 16 и выхода 17 теп.ю- носителя. Трубопровод 18 подачи потрес и- телю продукционного газа соединен с бопроводом 19 выхода газа из секции 14 и через регулирующие вентили 20-22

сл

со

05

.

3

выхода

газа из сектрубопроводом 11 ции 6.

Секции 5 и б размещены в испарителе 3 одна над другой и между ними установлен патрубок 23, соединенный трубопро- водом 24 с арматурой 25 с верхней частью резервуара 1. На трубопроводе 7 установлен клапан 26. Верхняя часть резервуара 1 соединена трубопроводом 27 через обратный клапан 28 с трубопроводом 10.

Способ осуществляется следующим об- Ю разом.

Криогенную жидкость подают по трубопроводу 2 в межтрубное пространство испарителя 3, где ее испаряют теплом продукционного газа,, предварительно нагретого 15 теплоносителем в теплообменнике 15, например, газифицируемой криогенной жидкостью является метан при давлении 1,1 МПа.

Параметры метана: энтальпия жидкости при температуре 112 К на входе в испаритель ij 732000 Дж/кг; энтальпия пара 20 на линии насыщения i 1275000 Дж/кг; температура насыщения Т 150,3 К; средняя теплоемкость газа Дж/кг,К.

В качестве теплоносителя используется вода с температурой 7 303-379К, кото- -Р; рую по патрубку 16 подают в межтрубное пространство теплообменника 15. Следовательно, охлаждение продукционного газа при испарении метана составляет ДТ Тв-Ts-Atu-Atr,

продукционный газ, который разделяют на две части, соотнощение которых определяется температурами теплоносителя и газа после смещения потоков. Соотнощение потоков может регулироваться автоматически плавным изменением или ступенчатым, например, за счет комбинации открытия или закрытия регулирующих вентилей 20- 22, настроенных на расходы 1:2:4 части холодного потока соответственно.

Ступенчатое регулирование позволяет при подключении дополнительных расходов холодного потока (например расходы через вентили 21 и 22) производить перераспределение холодного и горячего потоков, тем самым поддерживать заданный диапазон температур продукционного газа. Соотнощение расходов 1:2:4 обеспечивает семь ступеней регулирования.

При этом изменение расхода продукционного газа не влияет на перераспределение расходов через вентили 20-22 и тем самым обеспечивается поддержание температуры продукционного газа в заданном диапазоне 5-20°С. Затем оставщуюся часть холодного потока подают в секцию 14 теплообменника 15, где подогревают теплоносителем до температуры, близкой к температуре теплоносителя, и смещивают с другой холодной частью, подаваемой по трубопроводу 11 через регулирующие венками на холодном конце испарителя;

At - разность температур на теплом конце теплообменника.

Если принять ., то

число ступеней пропускания продукционного газа через теплоноситель и жидкий метан равно

i,.

40

где разность температур между пото- зо тили 20-22. После смещения продукционный газ имеет температуру, необходимую потребителю (5-20°С), и его по трубопроводу 18 подают потребителю.

В случае повыщения давления в резервуаре 1 выще рабочего (при длительном

ДТ 303-150,3-10-10 132,7 К. Поэтому 35 малом расходе продукционного газа) производят отбор газа из верхней части резервуара 1, для чего закрывают клапан 26, и газ поступает по трубопроводу 27 через обратный клапан 28 в секцию 6 испарителя 3, а из нее - потребителю аналогичным образом.

Ввиду того, что температура газа, забираемого из паровой полости резервуара 1, может быть значительно выше равновесной температуры, возможны повыщение давления пара в испарителе 3 и передавли- вание жидкости по трубопроводу 2 в резервуар 1, что приводит к уменьшению уровня жидкости в испарителе 3. Для обеспечения гарантированного уровня жидкости над секцией 6 открывается клапан 25 и образовавшиеся пары перепускаются в резервуар 1 через патрубок 23 по трубопроводу 24.

Так как расход пара, образующегося в испарителе 3, значительно меньше расхода продукционного газа, выдаваемого потре1175000-732000.р 142,7 2240

После сепаратора 4 испарившийся газ подают по трубопроводу 7 в секцию 12 теплообменника 15, подогревают теплоносителем до температуры, близкой к температуре воды (насыщения), и подают по g трубопроводу 8 в секцию 5 испарителя 3, где он, охлаждаясь, испаряет жидкий метан. Далее испарившийся газ подают по трубопроводу 9 в секцию 13, где его снова подогревают теплоносителем до температуры, близкой к температуре воды, и сно- 50 ва возвращают в испаритель 3 для испарения жидкого метана, для чего его подают по трубопроводу 10 в секцию 6.

В зависимости от температуры теплоносителя и теплофизических свойств испаряемого продукта испарившийся газ можно 55 бителю, то давление в верхней части ремногократно подогревать теплоносителем и подавать на испарение криогенной жидкости. На выходе из секции 6 получают

зервуара 1 уменьшается. Производят обратное переключение клапанов 25 и 26 и подачу газа потребителю по указанной схеме.

1596174

продукционный газ, который разделяют на две части, соотнощение которых определяется температурами теплоносителя и газа после смещения потоков. Соотнощение потоков может регулироваться автоматически плавным изменением или ступенчатым, например, за счет комбинации открытия или закрытия регулирующих вентилей 20- 22, настроенных на расходы 1:2:4 части холодного потока соответственно.

Ступенчатое регулирование позволяет при подключении дополнительных расходов холодного потока (например расходы через вентили 21 и 22) производить перераспределение холодного и горячего потоков, тем самым поддерживать заданный диапазон температур продукционного газа. Соотнощение расходов 1:2:4 обеспечивает семь ступеней регулирования.

При этом изменение расхода продукционного газа не влияет на перераспределение расходов через вентили 20-22 и тем самым обеспечивается поддержание температуры продукционного газа в заданном диапазоне 5-20°С. Затем оставщуюся часть холодного потока подают в секцию 14 теплообменника 15, где подогревают теплоносителем до температуры, близкой к температуре теплоносителя, и смещивают с другой холодной частью, подаваемой по трубопроводу 11 через регулирующие вентили 20-22. После смещения продукционный газ имеет температуру, необходимую потребителю (5-20°С), и его по трубопроводу 18 подают потребителю.

бителю, то давление в верхней части резервуара 1 уменьшается. Производят обратное переключение клапанов 25 и 26 и подачу газа потребителю по указанной схеме.

Испарение криогенной жидкости в свободном объеме путем теплообмена с продукционным газом позволяет устранить пульсации давления и расхода при газификации криогенных жидкостей. В этом случае обеспечивается такое соотношение коэффициентов теплоотдачи в испарителе со стороны криогенной жидкости и газа, что температура теплообменной повехности близка к температуре насыщения криогенной жидкости. Теплообмен между стенкой и криогенной жидкостью происходит в условиях пузырькового кипения.

Количество аккумулированного тепла в конструкции минимально. Поэтому пароняет попадг1ние влаги в теплообменник на горячую повехность, а следовательно исключает колебание расхода и необходимость установки ресиверов для сглажива- g ния колебаний.

Формула изобретения

1. Способ газификации криогенных жидкостей, включающий испарение жидкости 10 и нагрев полученного пара теплоносителем с получением продукционного газа, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности за счет устранения пульсаций давления при переменном

производительность аппарата определяетсярасходе, испарение криогенной жидкости

только количеством тепла, вносимым испарив- осуществляют в свободном объеме до температуры пара, близкой к насыщению, путем теплообмена с нагретым теплоносителем паром, при этом нагрев пара осуществляют ступенчато и после каждой стушимся продукционным газом. При этом пар в испарителе не перегревается и после сепарации капель выводится при температуре, близкой к температуре насыщения.

-г г- tJA - uvi/iiv/1 1 у iicn ia 1 u и iJUCtJlc каждой CTV

Поэтому уменьщаются масса и габариты 20 пени нагрева, кроме последней, пар направЯППЯПЯТЯ 451 РЧАТ nLlotJUTii : Tiii(-i т лт- -.л .

аппарата за счет уменьшения теплового потока и обеспечения высоких значений коэффициентов теплоотдачи. Многократные нагревание и пропускание продукционного

ляют на стадию испарения.

2. Устройство газификации криогенных жидкостей, содержащее соединенные между собой криогенный резервуар, трубчатые и(

I f - - 1-г 1-1J . ILyyi -lCli rl Ч,

газа через криогенную жидкость и тепло- паритель и теплообменник, отличающееся носитель позволяют полвести от теплпнпги- точ ит-,-, ,, „-

носитель позволяют подвести от теплоносителя к криогенной жидкости требуемое количество тепла и испарить заданное количество природного газа.

Размещение секций испарителя одна над

тем, что, с целью повышения экономичности и надежности за счет устранения пульсаций давления при переменном расходе, нижняя часть криогенного резервуара подключена к межтрубному пространст ву испари.„1- - . « х,ж. IX 1. 1 1 у vynuivi у iiuui tUarUJloy ИСИаиИ

другой необходимо для получения стабилЬ- 30 теля, снабженного сепаратором которь Й

НОИ ТРМПЙПЯТУПМ UfnanUDIITCkr /M CT nofioiTnrti.rt

ной температуры испарившегося пара, для чего нижняя секция должна быть гарантированно залита криогенной жидкостью. . Соединение межсекционного пространства испарителя с паровой полостью криосвоим выходом подключен к трубному пространству теплообменника, при этом трубные пространства испарителя и теплообменника выполнены в виде соединенных по ходу пара секций, расположенных пооче, ди-ij fci .г1Г1, L/Q „ U ЛЧС НН Ы А ИОиЧсгенного резервуара и последней с трубным 35 редно в теплообменнике и испарителе

ПППСТПЯ HPTRAM 01 1Г1ЛТЛ rj/ гт о гъ f т.ул гт г ..

Пространством нижней секции испарителя позволяет отключить верхнюю секцию испарителя в случае повышения давления в резервуаре, например, при длительном прекращении отбора газа потребителем.

и секции испарителя располжены одна под другой.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что верхняя часть резервуара подклю„гчена посредством патрубков соответственно

Установка сепаратора в верхней части 40 к трубному пространству нижней секции межтрубного пространства испарителя обес- испарителя и к расположенному между

секциями его межтрубному пространству .

печивает получение сухого пара, что устраняет попадг1ние влаги в теплообменник на горячую повехность, а следовательно, исключает колебание расхода и необходимость установки ресиверов для сглажива- ния колебаний.

Формула изобретения

1. Способ газификации криогенных жидкостей, включающий испарение жидкости и нагрев полученного пара теплоносителем с получением продукционного газа, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности за счет устранения пульсаций давления при переменном

расходе, испарение криогенной жидкости

.

ляют на стадию испарения.

2. Устройство газификации криогенных жидкостей, содержащее соединенные между собой криогенный резервуар, трубчатые и(

I f - - 1-г 1-1J . ILyyi -lCli rl Ч,

паритель и теплообменник, отличающееся точ ит-,-, ,, „-

паритель и теплообменник, отличающееся точ ит-,-, ,, „-

тем, что, с целью повышения экономичности и надежности за счет устранения пульсаций давления при переменном расходе, нижняя часть криогенного резервуара подключена к межтрубному пространст ву испари.- . « х,ж. IX 1. 1 1 у vynuivi у iiuui tUarUJloy ИСИаиИ

теля, снабженного сепаратором которь Й

своим выходом подключен к трубному пространству теплообменника, при этом трубные пространства испарителя и теплообменника выполнены в виде соединенных по ходу пара секций, расположенных пооче ди-ij fci .г1Г1, L/Q „ U ЛЧС НН Ы А ИОиЧсредно в теплообменнике и испарителе

Изобретение относится к криогенной технике. Цель изобретения - состоит в повышении экономичности и надежности путем устранения пульсаций давления при переменном расходе. Для этого криогенную жидкость (КЖ) подают в межтрубное пространство испарителя (И), где испаряют теплом продукционного газа (ПГ), предварительно нагретым с помощью теплоносителя (Т) в теплообменнике. В зависимости от температуры Т и теплоты парообразования испаряемого продукта ПГ можно многократно подогревать Т и подавать на испарение КЖ. Для этого трубные пространства И и теплообменника выполнены многосекционными, и секции соединены между собой последовательно по ходу газа. В случае повышения давления в резервуаре отлючают верхнюю секцию И, для чего паровая полость резервуара соединена трубопроводом с арматурой с межсекционным пространством И и трубным пространством нижней секции И. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.