технологический комплекс кириллова по сжижению и хранению природного газа большой производительности

Формула изобретения

1. Технологический комплекс по сжижению и хранению природного газа большой производительности, содержащий источник газа повышенного давления (магистральный газопровод), вихревую трубу, магистраль теплого потока, магистраль холодного потока и емкость сжиженного газа, отличающийся тем, что емкость выполнена теплоизолированной с азотным экраном, магистраль теплого потока выполнена сообщенной с емкостью сжиженного газа и снабжена последовательно установленными за выходом вихревой трубы дроссельным клапаном, расширительной емкостью, промежуточным теплообменником и конденсирующим змеевиком, размещенным в жидком азоте азотного экрана, также комплекс снабжен замкнутым азотным контуром, состоящим из линии газообразного азота и линии жидкого азота, при этом линией газообразного азота соединена верхняя часть азотного экрана с предохранительным клапаном, который через промежуточный теплообменник соединен со своим дроссельным клапаном, далее со своей расширительной емкостью и с конденсатором криогенной машины Стирлинга, а линией жидкого азота соединены конденсатор криогенной машины Стирлинга, сосуд Дьюара, насос высокого давления, обратный клапан и азотный клапан.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что параллельно включено несколько криогенных машин Стирлинга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области криогенной техники, криогенных газовых холодильных машин, работающих по циклу Стирлинга, а также получения и хранения сжиженных газов, например природного газа.

Известно, что для сжижения газов используются различные циклы, например с дросселированием или детандерные, однако в области криогенных температур (60 - 160 К) наиболее высокоэффективным циклом является цикл с холодильной машиной, работающей по циклу Стирлинга. Эффективность криогенных машин Стирлинга практически в 2 раза выше по сравнению с другими установками, применяемыми для сжижения газов (Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982., стр. 185-186).

Известно из криогенной техники, что температура кипения азота соответствует температуре -196^oC (77 К), а также использование жидкого азота как охлаждающей жидкости (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1931, стр. 43). Однако в технологиях по производству сжиженного природного газа жидкий азот ранее не использовался.

Известно, что сжиженный природный газ рассматривается как перспективное жидкое топливо, а температура кипения сжиженных природных газов соответствует температуре -162^oC (113 К) (Нефтегазовая вертикаль./Анал. журнал 9-10 (24-25), М., 1998, стр. 123/). Однако существует проблема высокоэффективного получения и хранения сжиженного природного газа как криогенной жидкости.

Известно, что для ожижения газов может применяться вихревая труба (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П.Малкова, М.: Изд. иностр. литер. , 1932, стр.50). Однако при применении вихревой трубки коэффициент ожижения не превышает 15% от общего количества подаваемого в трубку газа.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности систем и снижении материальных затрат при получении, хранении и использовании сжиженных газов, например, природного газа, а также в снижении экологического загрязнения окружающей среды и увеличении коэффициента ожижения.

Для достижения этого технического результата технологический комплекс по сжижению и хранению природного газа большой производительности включает в себя источник с повышенным давлением газа (магистральный газопровод), вихревую трубу с магистралями теплого потока с дроссельным клапаном и холодного потока, криогенную машину Стирлинга, теплоизолированную емкость с азотным экраном для сжиженного газа, причем магистраль теплого потока выполнена сообщенной с емкостью сжиженного газа и снабжена последовательно установленными за выходом вихревой трубы дроссельным клапаном, расширительной емкостью, промежуточным теплообменником и конденсирующим змеевиком, размещенным в жидком азоте азотного экрана, также комплекс снабжен замкнутым азотным контуром, состоящим из линии газообразного азота и линии жидкого азота, при этом линией газообразного азота соединена верхняя часть азотного экрана с предохранительным клапаном, который через промежуточный теплообменник соединен со своим дроссельным клапаном, далее со своей расширительной емкостью и с конденсатором криогенной машины Стирлинга, а линией жидкого азота соединены конденсатор криогенной машины Стирлинга, сосуд Дьюара, насос высокого давления, обратный клапан и азотный экран. В комплексе может быть параллельно включено несколько криогенных машин Стирлинга.

Введение в состав технологического комплекса по сжижению и хранению природного газа большой производительности криогенной машины Стирлинга, теплоизолированной емкости для хранения сжиженного газа с азотным экраном и замкнутого азотного контура, соединяющего конденсатор криогенной машины Стирлинга с азотным экраном теплоизолированной емкостью, а также снабжение магистрали теплого потока расширительной емкостью и конденсирующим змеевиком, расположенным в азотном экране, позволяет получить новое свойство, заключающееся в высокоэффективном сжижении природного газа за счет применения эффекта вихревой трубы и теплообмена с жидким азотом, в высокоэффективном хранении сжиженного газа за счет применения азотного экрана с возможностью переконденсации паров азотного экрана в криогенной машине Стирлинга, снижении затрат энергопотребления комплекса, за счет применения высокоэффективного холодильного цикла и эффекта дросселирования газов на различных участках технологического комплекса.

На чертеже изображен технологический комплекс по сжижению природного газа большой производительности.

Технологический комплекс по сжижению и хранению природного газа большой производительности включает в себя источник с повышенным давлением газа 1 (магистральный газопровод), регулировочный клапан 2, вихревую трубу 3, магистраль теплого потока 4 с дроссельным клапаном 5 расширительной емкостью 6, промежуточным теплообменником 7 и конденсирующим змеевиком 8, магистраль холодного потока 9, теплоизолированную емкость для хранения сжиженного газа 10 с азотным экраном 11, криогенную машину Стирлинга 12, замкнутый азотный контур, соединяющий конденсатор (не показан) криогенной машины Стирлинга 12 с азотным экраном 11 емкости для хранения сжиженных газов 8. Замкнутый контур азота включает в себя линию жидкого азота 13 с сосудом Дьюара 14, насосом высокого давления 15, обратным клапаном 16, и линию газообразного азота 17 с предохранительным клапаном 18, дроссельным клапаном 19, расширительной емкостью 20. Линия жидкого азота 13 начинается из конденсатора (не показан) холодильной машины Стирлинга 12 и заканчивается в азотном экране 11. Линия газообразного азота начинается в газосодержащей зоне азотного экрана 11 и заканчивается в конденсаторе машины Стирлинга 12. Магистраль холодного потока газа 9 соединена с емкостью для хранения сжиженного газа 10, а линия газообразного азота 17 проходит через промежуточный теплообменник 7 магистрали теплого потока газа 4. Конденсирующий змеевик 15 расположен в жидком азоте азотного экрана 11.

Технологический комплекс по сжижению и хранению природного газа больной производительности работает следующим образом.

Природный газ повышенного давления из магистрального газопровода 1, через регулирующий клапан 2 поступает в вихревую трубу 3, где разделяется на два потока: холодный и теплый. Холодный поток в виде сжиженного газа сливается по магистрали 9 в теплоизолированную емкость 10. Теплый поток газа по магистрали 4 проходит через дроссельный клапан 5, при этом за счет эффекта Джоуля-Томпсона охлаждается, в расширительную емкость 6, далее поступает в промежуточный теплообменник 7, где происходит его дальнейшее охлаждение за счет теплообмена с парами азота, и конденсируется в змеевике 8 за счет теплообмена с жидким азотом азотного экрана 11, а затем сливается в емкость 10. Жидкий азот азотного экрана 11 используется для выполнения двух функции: сжижение природного газа и исключение внешних теплопритоков в емкость 10. Для своевременной подачи жидкого азота в азотный экран 11 и обеспечения сжижения природного газа из магистрали 4, предусмотрен замкнутый азотный контур, состоящий из линии слива жидкого азота 13 и линии газообразного азота 17. При теплообмене с природным газом жидкий азот азотного экрана 11 испаряется, переходит в газообразное состояние с повышением давления и из верхней части азотного экрана 11 по линии газообразного азота 17 через предохранительный клапан 18 поступает в промежуточный теплообменник 7, где охлаждает газообразный природный газ магистрали 4 перед конденсирующим змеевиком 8. После теплообмена с природным газом в теплообменнике 7 газообразный азот, проходя через дроссельный клапан 19 и расширительную емкость 20, охлаждается и поступает в конденсатор (не показан) холодильной машины Стирлинга 12, где газообразный азот сжижается. Жидкий азот из конденсатора холодильной машины Стирлинга 12, по линии слива 13, сливается в сосуд Дьюара 14 и насосом высокого деления 15 через обратный клапан 16 подается в азотный экран 11. Обратный клапан 16 предотвращает движение рабочей среды в обратном направлении. Наличие замкнутого азотного контура предотвращает загрязнение окружающей среды за счет отсутствия выброса выпара азотного экрана за пределы технологического комплекса.