установка сжижения метана преимущественно для газонаполнительной станции транспортных средств

Формула изобретения

1. Установка сжижения метана преимущественно для газонаполнительной станции транспортных средств, содержащая подающую и возвратную магистрали, компрессор высокого давления, первый и второй метановые противоточные теплообменники, первый и второй сепараторы, состоящие из газовой и жидкостной частей, первое и второе расширительные устройства, при этом первое расширительное устройство расположено между вторым метановым противоточным теплообменником и первым сепаратором, а второе расширительное устройство - между первым и вторым сепараторами, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена независимым фреоновым рефрижераторным циклом, расположенным на подающей магистрали между первым и вторым метановыми противоточными теплообменниками и циркуляционной магистралью, первое расширительное устройство выполнено в виде эжектора, в котором осуществляют охлаждение метана при расширении до давления 5 атм с температуры не выше 210 К до не ниже 135 К или до давления 12 атм с температуры не выше 210 К до не ниже 154 К, возвратная магистраль начинается на газовой части первого сепаратора, проходит через второй и первый метановые противоточные теплообменники и соединяется с входом в компрессор высокого давления, а циркуляционная магистраль начинается на газовой части второго сепаратора и соединяется с приемной камерой эжектора, на циркуляционной магистрали установлены расходомер и регулирующая арматура, при этом по циркуляционной магистрали в приемную камеру эжектора возвращается газовая фаза метана в количестве не более 10% от общего количества метана, поступающего в сопло эжектора по подающей магистрали, кроме того, установка дополнительно снабжена по меньшей мере одним устройством заправки транспортных средств.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство заправки транспортных средств содержит раздаточную емкость с газовым выходом по меньшей мере один питающий трубопровод, заправочный трубопровод, рециркуляционные трубопроводы газовых выходов раздаточной емкости и метановой емкости транспортного средства, жидкостная часть второго сепаратора соединена питающим трубопроводом с раздаточной емкостью, раздаточная емкость выполнена с возможностью подключения к метановой емкости транспортного средства посредством заправочного трубопровода, а рециркуляционные трубопроводы газовых выходов раздаточной емкости и метановой емкости транспортного средства соединены с циркуляционной магистралью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к установкам сжижения природного газа, в частности метана, для газонаполнительных станций транспортных средств.

Известна установка сжижения природного газа, содержащая подающую и возвратную магистрали, компрессор высокого давления, первый и второй метановые противоточные теплообменники, первый и второй сепараторы, состоящие из газовой и жидкостной частей, первое и второе расширительные устройства, при этом первое расширительное устройство расположено между вторым метановым противоточным теплообменником и первым сепаратором, а второе расширительное устройство - между первым и вторым сепараторами (см. патент США 4147525, МПК F 25 J 3/06, 1979).

Недостатком указанной установки является низкая эффективность, сложность конструкции, низкая эксплуатационная надежность, взрыво- и пожароопасность из-за использования в качестве охлаждающего агента воздуха и снижение надежности из-за замерзания воды в теплообменниках.

Техническим результатом данного изобретения является повышение эффективности и экономичности установки для сжижения метана, снижение расхода энергии за счет использования кинетической энергии струи сжижаемого метана, обеспечение простоты конструкции, низкой стоимости, эксплуатационной надежности, долговечности и улучшения условий труда, техники безопасности работы обслуживающего персонала на газонаполнительных станциях транспортных средств, улучшение экологической обстановки за счет отсутствия выбросов метана в атмосферу и экономия метана.

Технический результат достигается тем, что установка сжижения метана, преимущественно, для газонаполнительной станции транспортных средств, содержит подающую и возвратную магистрали, компрессор высокого давления, первый и второй метановые противоточные теплообменники, первый и второй сепараторы, состоящие из газовой и жидкостной частей, первое и второе расширительные устройства, при этом первое расширительное устройство расположено между вторым метановым противоточным теплообменником и первым сепаратором, а второе расширительное устройство - между первым и вторым сепараторами, установка дополнительно снабжена независимым фреоновым рефрижераторным циклом, расположенным на подающей магистрали между первым и вторым метановыми противоточными теплообменниками и циркуляционной магистралью, первое расширительное устройство выполнено в виде эжектора, в котором осуществляют охлаждение метана при расширении до давления 5 атм с температуры не выше 210 К до не ниже 135 К или до давления 12 атм с температуры не выше 210 К до не ниже 154 К, возвратная магистраль начинается на газовой части первого сепаратора, проходит через второй и первый метановые противоточные теплообменники и соединяется со входом в компрессор высокого давления, а циркуляционная магистраль начинается на газовой части второго сепаратора и соединяется с приемной камерой эжектора, на циркуляционной магистрали установлены расходомер и регулирующая арматура, при этом по циркуляционной магистрали в приемную камеру эжектора возвращается газовая фаза метана в количестве не более 10% от общего количества метана, поступающего в сопло эжектора по подающей магистрали, установка дополнительно снабжена, по меньшей мере, одним устройством заправки транспортных средств.

Устройство заправки транспортных средств содержит раздаточную емкость с газовым выходом, по меньшей мере, один питающий трубопровод, заправочный трубопровод, рециркуляционные трубопроводы газовых выходов раздаточной емкости и метановой емкости транспортного средства, жидкостная часть второго сепаратора соединена питающим трубопроводом с раздаточной емкостью, раздаточная емкость выполнена с возможностью подключения к метановой емкости транспортного средства посредством заправочного трубопровода, а рециркуляционные трубопроводы газовых выходов раздаточной емкости и метановой емкости транспортного средства соединены с циркуляционной магистралью.

На чертеже изображена схема установки сжижения метана.

Установка сжижения метана, преимущественно, для газонаполнительной станции транспортных средств содержит подающую и возвратную магистрали 1 и 2, компрессор 3 высокого давления, первый и второй метановые противоточные теплообменники 4 и 5, первый и второй сепараторы 6 и 7, состоящие из газовой и жидкостной частей, первое расширительное устройство, выполненное в виде эжектора 8, второе расширительное устройство, выполненное в виде дросселя 9, при этом эжектор 8 расположен между вторым метановым противоточным теплообменником 5 и первым сепаратором 6, а дроссель 9 - между первым и вторым сепараторами 6 и 7, установка дополнительно снабжена независимым фреоновым рефрижераторным циклом, содержащим испаритель 10, расположенный на подающей магистрали 1 между первым и вторым метановыми противоточными теплообменниками 4 и 5 и циркуляционной магистралью 11. В эжекторе 8 осуществляют охлаждение метана при расширении до давления 5 атм с температуры не выше 210 К до не ниже 135 К или до давления 12 атм с температуры не выше 210 К до не ниже 154 К. Возвратная магистраль 2 начинается на газовой части первого сепаратора 6, проходит через второй и первый метановые противоточные теплообменники 5 и 4 и соединяется со входом в компрессор 3 высокого давления, а циркуляционная магистраль 11 начинается на газовой части второго сепаратора 7 и соединяется с приемной камерой эжектора 8. На циркуляционной магистрали 11 установлены расходомер 12 и регулирующая арматура (позиция на схеме не показана), при этом по циркуляционной магистрали 11 в приемную камеру эжектора 8 возвращают газовую фазу метана в количестве не более 10% по массе от общего количества метана, поступающего в сопло эжектора 8 по подающей магистрали 1.

Установка дополнительно снабжена, по меньшей мере, одним устройством заправки транспортных средств. Устройство заправки транспортных средств содержит раздаточную емкость 13 с газовым выходом, по меньшей мере, один питающий трубопровод 14, заправочный трубопровод 15, рециркуляционные трубопроводы 16 и 17 газовых выходов раздаточной емкости 13 и метановой емкости 18 транспортного средства, жидкостная часть второго сепаратора 7 соединена питающим трубопроводом 14 с раздаточной емкостью 13, раздаточная емкость 13 выполнена с возможностью подключения к метановой емкости 18 транспортного средства посредством заправочного трубопровода 15, а рециркуляционные трубопроводы 16 и 17 газовых выходов раздаточной емкости 13 и метановой емкости 18 транспортного средства соединены с циркуляционной магистралью 11. При необходимости и для повышения удобства эксплуатации на питающих и заправочном трубопроводах 14 и 15 могут быть установлены подающие насосы 19 и 20 и расходомеры (на чертеже не показаны).

Установка работает следующим образом.

Метан, поступающий из газовой магистрали низкого давления, сжимают в компрессоре 3 до давления 250 атм и частично охлаждают. Температура на выходе из компрессора равна примерно 300 К. Затем метан по подающей магистрали 1 направляют в первый метановый противоточный теплообменник 4, где охлаждают до температуры, равной около 280 К, за счет теплообмена с обратным потоком газообразного холодного метана, после указанного теплообменника метан дополнительно охлаждают в испарителе 10 до температуры, равной 238 К, за счет кипения жидкого фреона.

Фреоновые охлаждающие машины и рефрижераторные циклы взрыво- и пожаробезопасны, имеют высокие удельные характеристики охлаждения. Даже при больших концентрациях в воздухе, наиболее часто используемых фреонов, они безопасны для обслуживающего персонала, т.к. не токсичны, совершенно не воспламеняются и не взрывоопасны. При наличии утечек метана в рефрижераторный цикл, поскольку разница давлений в испарителе 10 и в подающей магистрали 1 очень велика (более 200 атм), он не будет образовывать взрыво- и пожароопасных смесей с фреоном. Холодильная машина фреонового рефрижераторного цикла высокоэффективна, надежна и проста в эксплуатации. Поэтому изобретение позволяет повысить безопасность, эксплуатационную надежность и упростить условия эксплуатации установки.

После испарителя 10 метан направляют во второй метановый противоточный теплообменник 5, где охлаждают до температуры не более 210 К обратным потоком газообразного метана. Затем метан направляют в эжектор 8, где происходят охлаждение метана при расширении и смешении с циркулирующей газовой фазой до температуры, равной 135 или 154 К, и снижение давления до 5 или 12 атм соответственно. За счет использования кинетической энергии струи эжектора 8 происходит компримирование циркуляционной части потока метана до давления в возвратной магистрали 2, чем повышаются эффективность и экономичность ожижения метана.

Из эжектора 8 метан поступает в первый сепаратор 6, где происходит его разделение на ожиженную и газовые фазы, при этом из газовой части сепаратора 6 газовую фазу возвращают в цикл ожижения на вход компрессора 3 высокого давления через второй и первый метановые противоточные теплообменники 5 и 4, а ожиженная фаза поступает в дроссель 9, где происходит снижение давления до 3 атм, после чего сжиженный метан направляют во второй сепаратор 7, из газовой части которого газовую фазу метана по циркуляционной магистрали 11 подают в приемную камеру эжектора 8 в количестве, равном не более 10% от общего количества метана, подаваемого в сопло эжектора 8 после второго метанового противоточного теплообменника 5, при этом расход метана определяется показаниями расходомера 12, а регулирование осуществляется с помощью общеизвестной регулирующей арматуры (позиция на схеме не показана). Ожиженный метан из жидкостной части сепаратора 7 по питающему трубопроводу 14 направляют в раздаточную емкость 13, а посредством заправочных трубопроводов 15 осуществляют заправку транспортных средств сжиженным метаном. Газообразный метан из раздаточной емкости 13 и метановой емкости 18 транспортного средства по рециркуляционным трубопроводам 16 и 17 направляют в циркуляционную магистраль 11 эжектора 8, возвращая в цикл ожижения.

Постоянная откачка эжектором 8 метана через рециркуляционные трубопроводы 16 и 17 из газовых выходов раздаточной емкости 13 и метановой емкости 18 транспортного средства предотвращает возможность критического увеличения давления в них, что повышает безопасность работы установки и снижает вероятность выбросов метана в атмосферу при заправке.