способ ожижения природного газа
Классы МПК: | F25J1/00 Способы и устройства для сжижения или отверждения газов или их смесей F25B9/02 с использованием эффекта Джоуля-Томпсона; с использованием вихревого эффекта |
Автор(ы): | Борискин В.В., Глазунов В.Д., Казаченков В.З., Колышев В.Д., Сердюков С.Г., Ходорков И.Л. |
Патентообладатель(и): | Закрытое акционерное общество "Сигма-Газ" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-04-10 публикация патента:
20.03.1999 |
Природный газ высокого давления делят на два потока, один из которых (основной) направляют в предварительный теплообменник, а другой - в охлаждаемую вихревую трубу. После предварительного теплообменника основной поток поступает в рекуперативный теплообменник, а затем - в дроссель. Образовавшуюся при этом жидкую фазу собирают в конденсатосборнике, а газовую фазу после прохождения рекуперативного теплообменника соединяют с холодным потоком из вихревой трубы и подают в предварительный теплообменник. Использование охлаждаемой вихревой трубы увеличивает коэффициент ожижения природного газа в 1,2 - 1,8 раза по сравнению с дроссельным циклом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ ожижения природного газа, состоящий в охлаждении газа в рекуперативном теплообменнике не сконденсировавшимся в цикле природным газом, его дросселировании и разделении образующейся парожидкостной смеси в конденсатосборнике, отличающийся тем, что исходный поток газа высокого давления разделяют на две части, одну из которых (основную) сначала подают в предварительный, а затем - в основной теплообменник, а другую - в охлаждаемую потоком газа низкого давления, выходящим из установки ожижения, вихревую трубу, откуда образующийся в последней холодный газ направляют в предварительный теплообменник для дополнительного охлаждения основной части потока ожижаемого природного газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расширение газа высокого давления осуществляется ступенчато в двух и более охлаждаемых трубах, вход газа в которые является выходом из предыдущей вихревой трубы.Описание изобретения к патенту
Настоящее изобретение относится к криогенной технике, а именно к способу ожижения природного газа. Для получения сжиженного природного газа (СПГ) широко используются дроссельные ожижительные циклы с различными способами предварительного охлаждения природного газа (ПГ). Максимальный коэффициент ожижения достигается в каскадных холодильных схемах, где в качестве внешнего хладагента для охлаждения прямого потока газа используются индивидуальные углеводороды или их смеси. Вследствие применения сложного, дорогостоящего и энергоемкого оборудования такие способы ожижения оказываются экономически выгодными только при организации крупномасштабного производства сжиженного природного газа, измеряемого миллионами т/год. Тот же недостаток (необходимость применения сложного дорогостоящего оборудования) присущ установкам малой и средней производительности, где используются технологические схемы с использованием внутренних циркуляционных холодильных контуров, в основу которых положен принцип изоэнтропийного расширения части потока ожижаемого газа в детандерных агрегатах (цикл Гейландта и его разновидности). Применительно к объектам, осуществляющим редуцирование уже предварительно сжатого природного газа, подаваемого по магистральным газопроводам - газоредуцирующим станциям (ГРС) и газоредуцирующим пунктам (ГРП) или его раздачу - автогазонаполнительные компрессорные станции (АГНКС), может быть применен наиболее простой процесс ожижения - классический дроссельный цикл. Ожижение в нем основано исключительно на рекуперативной утилизации прямым потоком газа высокого давления холода несконденсировавшейся части ожижаемого потока [1] (прототип). Технологически он заключается в охлаждении газа в рекуперативном теплообменнике, дросселировании и разделении образующейся парожидкостной смеси в конденсатосборнике с выводом паров в рекуперативный теплообменник, а жидкости - потребителю. Способ обладает рядом достоинств (низкая стоимость, простота реализации, надежность), но характеризуется малой величиной коэффициента ожижения. Вследствие указанной причины повышение коэффициента ожижения обычно достигается за счет введения в цикл дополнительных источников холодопроизводительности. Нами предлагается способ ожижения ПГ в дроссельном цикле с использованием холодильного контура, в основу которого положен принцип энергоразделения газа в охлаждаемой одно- или многоступенчатой вихревой трубе (ОВТ). Спецификой конструкции ОВТ является то, что ее горячий конец снабжен наружным контуром (рубашкой), в которую подается охлаждающий газ или жидкость. В результате весь (газ![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127160/956.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127160/956.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127010/183.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127010/916.gif)
(G1+G2)=K0i"+(G1+G2- K0)i7+A
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127010/183.gif)
G1
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127010/183.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127010/183.gif)
G1(i1-i3)=(G1-K0) (i6-i"") (3)
G1(i6-i1)=)G1+G2-K0) (i7-i6) (4)
Условные обозначения:
i0 - энтальпия входного потока в предварительный теплообменник (Т-I) и в вихревую трубу (ОВТ);
i1 - энтальпия выходного потока из предварительного теплообменника (Т-I);
i3 - энтальпия выходного потока после дросселирования на дроссельной шайбе (Др);
i6 - энтальпия обратного потока несконденсированного пара на выходе из основного теплообменника (Т-II);
i7 - энтальпия суммарного обратного потока из ОВТ и (Т-II) на выходе из предварительного теплообменника (Т-I);
i" = i4 - энтальпия жидкости на линии конденсации;
i"" = i5 - энтальпия пара на линии конденсации, размерность: [i] = КДж/кг;
G1, безразмерный удельный - расход основного (идущего на снижение) потока газа;
G2, безразмерный удельный - расход газа через ОВТ;
Примечание: G1+G2=1;
K0 - коэффициент ожижения ПГ в установке;
A - кДж/кг, удельная холодопроизводительность ОВТ, рассчитываемая по уравнению:
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127855/2127855-2t.gif)
где
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127855/2127855-3t.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127160/956.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127855/2127855-4t.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127855/2127855-5t.gif)
где
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127855/2127855-6t.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127855/2127855-7t.gif)
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127855/2127855-8t.gif)
можно оценить интегральную эффективность принятого технического решения. Зависимость параметра
![способ ожижения природного газа, патент № 2127855](/images/patents/344/2127855/2127855-9t.gif)
от входного давления природного газа для температуры T = 300K приведена на графике (фиг. 2). При этом рассмотрены два варианта расширения газа в охлаждаемой вихревой трубе:
- одноступенчатое (2,0<P<6,0 МПа),
- двухступенчатое (6,0<P<20 МПа). Из графика следует, что в диапазоне входных давлений от 2 до 6 МПа (одноступенчатая охлаждаемая вихревая труба) и от 6 до 20 МПа (двухступенчатая охлаждаемая вихревая труба) предлагаемый способ ожижения обеспечивает повышение реального коэффициента ожижения природного газа против идеального дроссельного цикла не менее чем 1,2-1,8 раза. Расширение газа высокого давления осуществляется ступенчато в двух или более охлаждаемых трубах, вход газа в которые является выходом из предыдущей вихревой трубы. Литература:
1. Иванцов О.М., Двойрис А.Д. Низкотемпературные газопроводы. М., Недра. 1980, с. 207 - 209. 2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М., Машиностроение, 1969, с. 65 - 69. 3. Дыскин Л.М. Вихревые термостаты и воздухоосушители. Н.Новгород. ННГУ, 1991. с. 5 - 16.
Класс F25J1/00 Способы и устройства для сжижения или отверждения газов или их смесей
Класс F25B9/02 с использованием эффекта Джоуля-Томпсона; с использованием вихревого эффекта