Устройство и способ сжатия испаренного газа
VAPORISED GAS COMPRESSION DEVICE AND METHOD

Настоящее изобретение связано с устройством и способами сжатия испаренного или отпарного газа и, в частности, с устройством и способами сжатия и последующего использования испаренного или отпарного газа из хранилища сжиженного газа.
Природный газ является ископаемым топливом, используемым в качестве источника энергии для обогрева, приготовления пищи и выработки электричества. Его также используют в качестве топлива для транспортных средств и как химическое сырье при производстве пластмасс и других промышленно важных органических химикатов.
Для обеспечения хранения и транспортировки природный газ можно сжижать, уменьшая таким образом объем, который он занимает, до примерно 1/600-ой от объема такого же количества природного газа в газообразном состоянии. Газ затем хранят в изотермических резервуарах при примерно атмосферном давлении и при температуре примерно -162°С. Большое количество этого сжиженного природного газа (СПГ) можно транспортировать в изотермических резервуарах на грузовых судах. Понятно, что эффективность изоляции этих резервуаров ограничена из-за расходов и технологических ограничений. Соответственно, хотя поступление тепла в резервуары можно уменьшить, его нельзя полностью избежать.
Со временем постепенное поступление тепла вызывает испарение или выкипание некоторого количества СПГ. Чтобы предотвратить повышение давления в резервуарах до небезопасного уровня, этот отпарной газ необходимо удалить из резервуара и этого можно достичь путем выпуска газа из резервуара в атмосферу. Однако, СПГ является экономически ценным продуктом и такая потеря большого количества вследствие выпуска газа в атмосферу коммерчески нежелательна. К тому же, природный газ в основном состоит из метана, который является парниковым газом, и такой выброс его в атмосферу также является нежелательным с экологической точки зрения. Альтернативно, можно повторно сжижать отпарной газ и возвращать сжиженный природный газ в резервуар. Однако, это может быть технически сложным и может привести к большим эксплуатационным расходам, которые нежелательны.
Настоящее изобретение возникло из работы авторов изобретения в попытке преодолеть проблемы, связанные с предшествующим уровнем техники.
В первом аспекте изобретения предложено устройство, содержащее резервуар для хранения, выполненный с возможностью хранения в нем сжиженного газа, компрессор с гидравлическим поршнем, расположенный ниже по потоку от резервуара для хранения и соединенный с ним по текучей среде и выполненный с возможностью приема отпарного газа из резервуара для хранения и сжатия указанного газа, и питаемую газом установку, расположенную ниже по потоку от компрессора с гидравлическим поршнем и соединенную с ним по текучей среде, где питаемая газом установка выполнена с возможностью приема сжатого газа из компрессора с гидравлическим поршнем.
Как объяснено выше, неизбежно некоторое количество тепла поступает в резервуар для хранения. Соответственно, когда в нем находится сжиженный газ, это тепло может вызвать испарение некоторого количества сжиженного газа. Термин «отпарной газ» поэтому можно понимать как относящийся к газу, который был получен испарением сжиженного газа в резервуаре для хранения.
Преимущественно устройство выполнено с возможностью подачи всех отпарных потерь в питаемую газом установку. Преимущественно это предотвращает загрязнение окружающей среды, которое иначе было бы результатом выброса отпарных потерь в атмосферу, а также использует отпарной газ в питаемой газом установке, который иначе был бы потерян.
Предпочтительно резервуар для хранения выполнен с возможностью хранения горючего сжиженного газа. Горючий сжиженный газ может включать любой горючий сжиженный газ с равновесием жидкость-пар ниже окружающей температуры при давлении хранения ниже 1 МПа абс. (10 бар абс.), более предпочтительно менее 900 кПа абс., 800 кПа абс., 700 кПа абс. или 600 кПа абс. (9 бар абс., 8 бар абс., 7 бар абс. или 6 бар абс.) и наиболее предпочтительно менее 500 кПа абс., 400 кПа абс., 300 кПа абс. или 200 кПа абс. (5 бар абс., 4 бар абс., 3 бар абс. или 2 бар абс.). Горючий сжиженный газ может включать сжиженный водород, сжиженный природный газ (СПГ), сжиженный метан, сжиженный этан и/или сжиженный пропан. Предпочтительно резервуар для хранения выполнен с возможностью хранения сжиженного природного газа (СПГ). Соответственно, понятно, что если резервуар для хранения выполнен с возможностью хранения сжиженного природного газа (СПГ), тогда отпарной газ содержит природный газ.
Предпочтительно резервуар для хранения выполнен с возможностью хранения сжиженного газа при давлении менее 1 МПа абс. (10 бар абс.), более предпочтительно менее 900 кПа абс., 800 кПа абс., 700 кПа абс. или 600 кПа абс. (9 бар абс., 8 бар абс., 7 бар абс. или 6 бар абс.) и наиболее предпочтительно менее 500 кПа абс., 400 кПа абс., 300 кПа абс. или 200 кПа абс. (5 бар абс., 4 бар абс., 3 бар абс. или 2 бар абс.). В наиболее предпочтительном воплощении резервуар для хранения выполнен с возможностью хранения сжиженного газа при примерно атмосферном давлении.
Устройство может содержать множество резервуаров для хранения. Множество резервуаров для хранения можно расположить параллельно друг другу.
Предпочтительно устройство содержит предварительный компрессор. Предпочтительно предварительный компрессор расположен ниже по потоку от резервуара для хранения и в соединении с ним по текучей среде. Предпочтительно предварительный компрессор расположен выше по потоку от компрессора с гидравлическим поршнем и в соединении с ним по текучей среде. Предпочтительно предварительный компрессор выполнен с возможностью получения отпарного газа из резервуара для хранения.
Предпочтительно между резервуаром для хранения и предварительным компрессором проходит трубопровод. Предпочтительно трубопровод выполнен с возможностью транспортировки отпарного газа из резервуара для хранения в предварительный компрессор.
Предпочтительно предварительный компрессор выполнен с возможностью повышения давления отпарного газа до уровня от 200 кПа абс. до 2 МПа абс. (от 2 бар абс. до 20 бар абс.). Более предпочтительно предварительный компрессор выполнен с возможностью повышения давления отпарного газа до уровня от 300 кПа абс. до 1,5 МПа абс. (от 3 бар абс. до 15 бар абс.). Наиболее предпочтительно предварительный компрессор выполнен с возможностью повышения давления отпарного газа до уровня от 400 кПа абс. до 1 МПа абс. (от 4 бар абс. до 10 бар абс.).
Преимущественно предварительный компрессор может повысить давление газа от примерно атмосферного давления до более высокого давления более эффективно, чем компрессор с гидравлическим поршнем.
Предварительный компрессор может содержать компрессорную турбину, многоступенчатый центробежный компрессор, шнековый компрессор, турбонагнетатель волны давления или компрессор вытеснения. Предпочтительно предварительный компрессор содержит турбину.
Предпочтительно в воплощениях, в которых присутствует предварительный компрессор, компрессор с гидравлическим поршнем выполнен с возможностью получения отпарного газа из предварительного компрессора. Предпочтительно между предварительным компрессором и компрессором с гидравлическим поршнем проходит трубопровод. Предпочтительно трубопровод выполнен с возможностью транспортировки отпарного газа из предварительного компрессора в компрессор с гидравлическим поршнем.
Устройство может содержать охладитель, выполненный с возможностью охлаждения предварительно сжатого отпарного газа. Предпочтительно охладитель расположен между предварительным компрессором и компрессором с гидравлическим поршнем. Охладитель может содержать теплообменник.
Компрессор с гидравлическим поршнем может содержать одноступенчатый компрессор. Однако, предпочтительно компрессор с гидравлическим поршнем содержит многоступенчатый гидравлический компрессор, содержащий множество ступеней компрессора, соединенных последовательно.
Предпочтительно компрессор с гидравлическим поршнем содержит от одной до двадцати ступеней компрессора. Более предпочтительно компрессор с гидравлическим поршнем содержит от двух до десяти ступеней компрессора. Наиболее предпочтительно компрессор с гидравлическим поршнем содержит от трех до пяти ступеней компрессора.
В наиболее предпочтительном воплощении компрессор с гидравлическим поршнем содержит четыре ступени компрессора, соединенные последовательно.
Компрессор с гидравлическим поршнем может содержать многоступенчатый компрессор с гидравлическим поршнем, содержащий множество ступеней компрессора, соединенных параллельно.
Преимущественно это должно повысить производительность компрессора.
Соответственно, в одном воплощении многоступенчатый компрессор с гидравлическим поршнем может содержать множество последовательностей, где каждая последовательность содержит множество ступеней компрессора, соединенных последовательно, и множество последовательностей соединены параллельно.
Предпочтительно каждая ступень компрессора содержит камеру, содержащую вход для газа, выполненный с возможностью обеспечения течения отпарного газа в камеру, и выход для газа, выполненный с возможностью обеспечения вытекания из нее отпарного газа. Предпочтительно вход для газа содержит обратный клапан. Предпочтительно выход для газа содержит обратный клапан. Камера может содержать цилиндр.
Предпочтительно многоступенчатый компрессор с гидравлическим поршнем содержит по меньшей мере один промежуточный трубопровод, где данный или каждый промежуточный трубопровод проходит между двумя ступенями компрессора. Предпочтительно данный или каждый промежуточный трубопровод проходит между выходом для газа одной ступени компрессора и входом для газа следующей ступени компрессора.
Охладитель, выполненный с возможностью охлаждения отпарного газа, можно расположить между каждыми соединенными последовательно ступенями компрессора. Соответственно, охладитель можно расположить на данном или каждом промежуточном трубопроводе. Охладитель может содержать теплообменник.
Предпочтительно каждый из множества компрессоров выполнен с возможностью повышения давления полученного им отпарного газа.
Предпочтительно каждая камера соединена по текучей среде с устройством для подачи жидкости высокого давления, выполненным с возможностью увеличения и уменьшения количества вытесняющей жидкости, расположенной в камере.
Каждая камера может быть соединена с отдельным устройством для подачи жидкости высокого давления. Альтернативно, множество камер можно соединить с общим устройством для подачи жидкости высокого давления. В предпочтительном воплощении каждая камера в последовательности камер соединена с общим устройством для подачи жидкости высокого давления.
Вытесняющая жидкость может содержать ионную жидкость.
Каждая камера может содержать твердый уравновешивающий поршень, выполненный с возможностью отделения вытесняющей жидкости и отпарного газа. Предпочтительно уравновешивающий поршень выполнен с возможностью движения в камере, по мере того как изменяется количество расположенной в ней вытесняющей жидкости.
Каждая камера может содержать v-образное поршневое кольцо (v-piston ring), выполненное с возможностью обеспечения изоляции между периферической поверхностью уравновешивающего поршня и внутренней поверхностью камеры. Предпочтительно v-образное поршневое кольцо выполнено с возможностью движения с уравновешивающим поршнем и поддержания таким образом изоляции по мере движения уравновешивающего поршня.
Альтернативно или дополнительно, каждая камера может содержать некоторое количество дополнительной жидкости, предназначенной для обеспечения изоляции между периферической поверхностью уравновешивающего поршня и внутренней поверхностью камеры. Предпочтительно дополнительная жидкость предназначена для движения с уравновешивающим поршнем и поддержания таким образом изоляции по мере движения уравновешивающего поршня. Дополнительная жидкость может содержать ионную жидкость.
Предпочтительно компрессор с гидравлическим поршнем выполнен с возможностью повышения давления отпарного газа до уровня от 10 МПа абс. до 150 МПа абс. (от 100 бар абс. до 1500 бар абс.). Более предпочтительно компрессор с гидравлическим поршнем выполнен с возможностью повышения давления отпарного газа до уровня от 15 МПа абс. до 125 МПа абс. (от 150 бар абс. до 1250 бар абс.). Наиболее предпочтительно компрессор с гидравлическим поршнем выполнен с возможностью повышения давления отпарного газа до уровня от 30 МПа абс. до 100 МПа абс. (от 300 бар абс. до 1000 бар абс.).
Можно понять, что требуемое давление отпарного газа может быть различным в зависимости от отпарного газа. Соответственно, когда отпарной газ является водородом, компрессор с гидравлическим поршнем может быть выполнен с возможностью повышения давления отпарного газа до уровня от 50 МПа абс. до 150 МПА абс. (от 500 бар абс. до 1500 бар абс.), более предпочтительно от 70 МПа абс. до 140 МПА абс. (от 700 бар абс. до 1400 бар абс.) и наиболее предпочтительно от 80 МПа абс. до 130 МПА абс. (от 800 бар абс. до 1300 бар абс.).
Альтернативно, когда отпарной газ является природным газом, компрессор с гидравлическим поршнем может быть выполнен с возможностью повышения давления отпарного газа до уровня от 10 МПа абс. до 70 МПА абс. (от 100 бар абс. до 700 бар абс.), более предпочтительно от 20 МПа абс. до 60 МПА абс. (от 200 бар абс. до 600 бар абс.) и наиболее предпочтительно от 30 МПа абс. до 50 МПА абс. (от 300 бар абс. до 500 бар абс).
Устройство может содержать отделитель жидкости, выполненный с возможностью разделения отпарного газа и вытесняющей жидкости. Отделитель жидкости можно расположить ниже по потоку от компрессора с гидравлическим поршнем и в связи с ним по текучей среде. Предпочтительно между компрессором с гидравлическим поршнем и отделителем жидкости проходит трубопровод. Предпочтительно трубопровод выполнен с возможностью транспортировки отпарного газа из компрессора с гидравлическим поршнем в отделитель жидкости.
Отделитель жидкости можно расположить выше по потоку от питаемой газом установки и в связи с ней по текучей среде. Предпочтительно между отделителем жидкости и питаемой газом установкой проходит трубопровод. Предпочтительно трубопровод выполнен с возможностью транспортировки отпарного газа из отделителя жидкости в питаемую газом установку.
Отделитель жидкости может содержать коалесцирующий фильтр, молекулярное сито, центробежный сепаратор или металлогидридный сепаратор. Предпочтительно отделитель жидкости содержит коалесцирующий фильтр.
Преимущественно отделитель жидкости удаляет любую вытесняющую жидкость, которая присутствует в сжатом отпарном газе. Это повышает чистоту отпарного газа, получаемого питаемой газом установкой.
Отделитель жидкости может находиться в соединении по текучей среде с устройством для подачи жидкости высокого давления. Предпочтительно между отделителем жидкости и устройством для подачи жидкости высокого давления проходит трубопровод. Предпочтительно трубопровод выполнен с возможностью транспортировки извлеченной вытесняющей жидкости из отделителя жидкости в устройство для подачи жидкости высокого давления.
Охладитель, выполненный с возможностью охлаждения сжатого отпарного газа, можно расположить между компрессором с гидравлическим поршнем и питаемой газом установкой. В воплощениях, в которых он присутствует, охладитель можно расположить между компрессором с гидравлическим поршнем и отделителем жидкости. Охладитель может содержать теплообменник.
Питаемая газом установка может содержать двигатель или топливный элемент. Предпочтительно питаемая газом установка содержит двигатель. Двигатель может содержать газовый двигатель или двигатель на гибридном топливе. Двигатель может содержать четырехтактный двигатель или двухтактный двигатель. Предпочтительно двигатель содержит двухтактный двигатель.
Двигатель может быть выполнен с возможностью создания движущей силы. Альтернативно двигатель может содержать электрогенератор.
Устройство первого аспекта можно обеспечить на средстве транспортировки сжиженного газа.
Соответственно, в соответствии со вторым аспектом предложено средство транспортировки сжиженного газа, содержащее устройство первого аспекта.
Предпочтительно средство транспортировки сжиженного газа является любым транспортным средством, которое движется по земле, воздуху или воде, таким как корабль, самолет, автомобиль, поезд, аэростат или грузовой автомобиль. Предпочтительно транспортное средство является кораблем.
Предпочтительно питаемая газом установка является двигателем, выполненным с возможностью создания движущей силы и движения таким образом средства транспортировки сжиженного газа.
Преимущественно устройство повышает эффективность средства транспортировки сжиженного газа при осуществлении транспортировки сжиженного газа.
В соответствии с третьим аспектом предоставляют применение устройства первого аспекта для снабжения питаемой газом установки сжатым газом.
В соответствии с четвертым аспектом предоставляют способ обеспечения питаемой газом установки сжатым газом, включающий:
- подачу отпарного газа из резервуара для хранения сжиженного газа в компрессор, содержащий один или более гидравлических поршней,
- сжатие отпарного газа с использованием одного или более гидравлических поршней, и
- подачу сжатого газа в питаемую газом установку.
Предпочтительно в способе четвертого аспекта используют установку первого аспекта.
Предпочтительно перед сжатием отпарного газа с использованием одного или более гидравлических поршней способ включает предварительное сжатие газа до давления от 200 кПа абс. до 2 МПа абс. (от 2 бар абс. до 20 бар абс.), более предпочтительно от 300 кПа абс. до 1,5 МПа абс. (от 3 бар абс. до 15 бар абс.) и наиболее предпочтительно от 400 кПа абс. до 1 МПа абс. (от 4 бар абс. до 10 бар абс).
Предварительное сжатие опарного газа может включать сжатие отпарного газа в компрессорной турбине, многоступенчатом центробежном компрессоре, шнековом компрессоре, турбонагнетателе волны давления или компрессоре объемного типа. Предпочтительно стадия предварительного сжатия газа включает сжатие газа в компрессорной турбине.
Способ может включать охлаждение предварительно сжатого газа. Охлаждение предварительно сжатого газа может включать пропускание предварительно сжатого газа через теплообменник.
Предпочтительно предварительно сжатый газ затем дополнительно сжимают одним или более гидравлическими поршнями. Предпочтительно сжатие отпарного газа гидравлическим поршнем включает подачу отпарного газа в камеру и подачу вытесняющей жидкости в камеру для сжимания посредством этого газа.
Предпочтительно сжатие отпарного газа с использованием одного или более гидравлических поршней включает сжатие газа последовательностью гидравлических поршней, где каждый гидравлический поршень выполнен с возможностью дополнительного сжатия отпарного газа.
Способ может включать охлаждение газа между каждым гидравлическим поршнем в последовательности гидравлических поршней. Охлаждение газа может включать пропускание предварительно сжатого газа через теплообменник.
Способ может включать разделение потока газа на множество потоков выше по потоку от одного или более гидравлических поршней. Каждый из множества потоков можно затем параллельно сжать одним или более гидравлическими поршнями. Предпочтительно каждый из множества потоков сжимают последовательностью гидравлических поршней, где каждый гидравлический поршень выполнен с возможностью дополнительного сжатия отпарного газа.
Предпочтительно сжатие отпарного газа одним или более гидравлическими поршнями включает сжатие опарного газа с помощью от одного до двадцати последовательно расположенных гидравлических поршней, более предпочтительно от двух до десяти последовательно расположенных гидравлических поршней и наиболее предпочтительно от трех до пяти последовательно расположенных гидравлических поршней.
Способ может включать охлаждение газа после стадии сжатия опарного газа одним или более гидравлическими поршнями. Охлаждение сжатого газа может включать пропускание предварительно сжатого газа через теплообменник.
Предпочтительно сжатие отпарного газа одним или более гидравлическими поршнями включает сжатие опарного газа до давления от 10 МПа абс. до 150 МПа абс. (от 100 бар абс. до 1500 бар абс.), более предпочтительно от 15 МПа абс. до 125 МПа абс. (от 150 бар абс. до 1250 бар абс.) и наиболее предпочтительно от 30 МПа абс. до 100 МПа абс. (от 300 бар абс. до 1000 бар абс.).
В воплощении, в котором отпарной газ является водородом, способ может включать сжатие отпарного газа до давления от 50 МПа абс. до 150 МПА абс. (от 500 бар абс. до 1500 бар абс.), более предпочтительно от 70 МПа абс. до 140 МПА абс. (от 700 бар абс. до 1400 бар абс.) и наиболее предпочтительно от 80 МПа абс. до 130 МПА абс. (от 800 бар абс. до 1300 бар абс.).
В воплощении, в котором отпарной газ является природным газом, способ может включать сжатие отпарного газа до давления от 10 МПа абс. до 70 МПА абс. (от 100 бар абс. до 700 бар абс.), более предпочтительно от 20 МПа абс. до 60 МПА абс. (от 200 бар абс. до 600 бар абс.) и наиболее предпочтительно от 30 МПа абс. до 50 МПА абс. (от 300 бар абс. до 500 бар абс.).
Предпочтительно после сжатия отпарного газа одним или более гидравлическими поршнями и до подачи сжатого газа в питаемую газом установку способ включает отделение опарного газа от вытесняющей жидкости. Отделение опарного газа от вытесняющей жидкости может включать подачу отпарного газа через коалесцирующий фильтр, молекулярное сито, центробежный сепаратор или металлогидридный сепаратор. Предпочтительно отделение отпарного газа от вытесняющей жидкости может включать подачу отпарного газа через коалесцирующий фильтр.
После подачи сжатого газа в питаемую газом установку способ может включать сжигание сжатого газа. Способ может включать использование тепловой энергии, полученной от сжигания газа, для создания движущей силы или выработки электричества.
Все описанные в данном документе признаки (включая любые приложенные пункты формулы изобретения, реферат и чертежи) и/или все стадии любого изложенного способа можно объединять с любыми описанными выше аспектами в любом сочетании, за исключением сочетаний, в которых по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или стадий являются взаимоисключающими.
Для лучшего понимания изобретения и для того, чтобы показать как его воплощения можно эффективно осуществлять, ссылаются, в качестве примера, на приложенные чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение одного воплощения устройства для хранения и сжатия газа по изобретению, и
Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение компрессора с гидравлическим поршнем, содержащего уравновешивающие поршни.
Пример 1
Резервуар 2 сжиженного природного газа (СПГ), содержащий сжиженный природный газ (СПГ) 4, расположен на борту транспортного средства, например, грузового судна. Хотя это и не показано, понятно, что на грузовом судне можно расположить множество взаимосвязанных резервуаров 2. СПГ 4 хранят при примерно атмосферном давлении и при температуре примерно -162°С.
Несмотря на то, что резервуар 2 изолирован, некоторое тепло переносится в СПГ 4 и это вызывает испарение некоторого количества СПГ 4 с получением отпарного газа 6, который располагается в головной части 8 резервуара 2. Отпарной газ 6 проходит из головной части 8 в компрессорную турбину 12 по проходящему между ними трубопроводу 10.
Хотя это и не показано, понятно, что поток отпарного газа 6 по трубопроводу 10 можно регулировать регулируемой установкой, такой как регулируемый управляющий клапан. Установку можно выполнить с возможностью увеличения потока отпарного газа по трубопроводу 10 в соответствии с потребностями двигателя 38. Альтернативно, установку можно выполнить с возможностью увеличения потока отпарного газа по трубопроводу 10, когда датчик 9 зарегистрирует, что давление в резервуаре увеличилось выше заранее заданного максимального давления.
Преимущественно это препятствует давлению в резервуаре превышать максимальное давление.
Газ 6 находится при примерно атмосферном давлении, когда он достигает компрессорной турбины 12. Компрессорная турбина 12 представляет собой многоступенчатую турбину со степенью повышения давления 0,5-3:1 на ступень. Компрессорная турбина 12 сжимает отпарной газ 6 до давления примерно 600 кПа абс. (6 бар абс.) (то есть абсолютное давление составляет 600 кПа (6 бар)). Сжатый газ 6 затем подают по трубопроводу 14, проходящему между компрессорной турбиной 12 и многоступенчатым компрессором 16 с гидравлическим поршнем. Теплообменник 15 расположен на трубопроводе 14 и выполнен с возможностью охлаждения отпарного газа 6.
В показываемом воплощении многоступенчатый компрессор с гидравлическим поршнем 16 содержит четыре ступени 18, 20, 22, 24 компрессора, каждая из которых содержит цилиндры, которые последовательно соединены в цепь промежуточными трубопроводами 30. Соответственно, первая ступень 18 компрессора сжимает газ 6, выдаваемый компрессорной турбиной 12, и каждая последующая ступень 20, 22, 24 компрессора сжимает газ 6, выдаваемый предшествующей компрессорной ступенью в цепи.
Каждая из ступеней 18, 20, 22, 24 компрессора соединена с установкой 26 подачи вытесняющей жидкости высокого давления. В показываемом воплощении все ступени 18, 20, 22, 24 компрессора одновременно используют одну установку 26 подачи. Однако, понятно, что в альтернативных воплощениях установка может содержать множество установок 26 подачи. Установка 26 подачи выполнена с возможностью изменения количества вытесняющей жидкости 28, содержащейся в каждой из ступеней 18, 20, 22, 24 компрессора.
Структура ступеней компрессора с гидравлическим поршнем хороша известна. Соответственно, понятно, что установка 26 подачи вызывает повторяющееся изменение уровня вытесняющей жидкости в каждой ступени 18, 20, 22, 24 компрессора и это описано более подробно ниже. Соответственно, многоступенчатый компрессор 16 выполнен так, что давление газа 6 повышается, по мере того как он проходит последовательные ступени 18, 20, 22, 24 компрессора.
Степень, до которой сжимают газ 6, зависит от множества факторов, включая абсолютную величину уровня изменения вытесняющей жидкости в цилиндре. Ступени 18, 20, 22, 24 компрессора выполнены с возможностью повышения давления газа 6, как указано в таблице 1.
Вытесняющая жидкость 28 содержит несжимаемую жидкость, такую как ионная жидкость.
Понятно, что по мере сжатия газа 6 вырабатывается тепло. Преимущественно это тепло переносят в вытесняющую жидкость 28, которую можно охладить в теплообменнике (не показан). Дополнительно также предоставляют теплообменники 17 на каждом из промежуточных трубопроводов 30 для дополнительного охлаждения газа 6.
Газ 6 может загрязниться вытесняющей жидкостью 28. Соответственно, между последней в цепи (то есть четвертой) ступенью 24 компрессора и коалесцирующим фильтром 34 проходит трубопровод 32. На трубопроводе 32 предусмотрен конечный теплообменник 19 для охлаждения газа 6. Газ 6 поступает в коалесцирующий фильтр 34 с относительно высокой скоростью. Газ 6 затем проходит через элемент 33 с большой площадью поперечного сечения. Это уменьшает скорость газа 6 и вызывает осаждение вытесняющей жидкости в виде капелек в элементе 33. По мере того как газ 6 протекает через элемент 33, капельки выводят из элемента и их отводят на дно коалесцирующего фильтра 34 под действием силы тяжести. Соответственно, в коалесцирующем фильтре 34 отделяют газ 6 от вытесняющей жидкости 28. Извлеченную вытесняющую жидкость 28 можно удалить из коалесцирующего фильтра 34 путем отвода 35. Ее затем можно повторно закачать обратно в многоступенчатый компрессор с гидравлическим поршнем 16.
Трубопровод 36 проходит между коалесцирующим фильтром 34 и двигателем 38. Двигатель 38 может быть двигателем, работающем на газообразном топливе, или двигателем, работающим на гибридном топливе. Двигатель 38 выполнен с возможностью создания движущей силы и приведения таким образом в движение транспортного средства, в данном случае грузового судна. Двигатель 38 питается газом из трубопровода 36, дополняемым любым другим топливом, которое получает двигатель 38, таким образом обеспечивая более эффективное функционирование грузового судна.
Пример 2. Альтернативные воплощения
В воплощении, показанном на Фиг. 1, существует прямой контакт между вытесняющей жидкостью 28 и газом 6 в каждой ступени 18, 20, 22, 24 компрессора. Однако, понятно, что если бы не было прямого контакта, тогда это должно было привести к избеганию загрязнения сжатого газа 6 паром вытесняющей жидкости 28.
Например, со ссылкой на Фиг. 2, в US 2012/0134851 предлагают расположение твердого уравновешивающего поршня 40 между вытесняющей жидкостью 28 и газом 6. Один пример первой и второй ступеней 18, 20 компрессора, содержащих уравновешивающие поршни 40, показан на Фиг. 2. В этом воплощении газ 6 вводят в ступень 18 компрессора через вход 41 для газа, содержащий обратный клапан 39. Плунжер 42, смазанный гидравлическим маслом 46, двигается из стороны в сторону и таким образом изменяет количество вытесняющей жидкости 28, расположенной в резервуарах 44, 45, расположенных ниже каждой ступени 18, 20 компрессора.
Соответственно, по мере того как плунжер 42 движется налево, вытесняющая жидкость 28 в резервуаре 44 вытесняется и течет в первую ступень 18 компрессора, вызывая таким образом подъем расположенного в ней уравновешивающего поршня 40. Он, в свою очередь, сжимает газ 6, расположенный в первой ступени 18 компрессора, и вызывает его течение через выход 43 для газа, содержащий обратный клапан 39, в промежуточный трубопровод 30.
В то же время, из-за движения плунжера из резервуара 45, вытесняющая жидкость 28, расположенная во второй ступени 20 компрессора, течет в резервуар 45, вызывая таким образом понижение уравновешивающего поршня 40, расположенного во второй ступени 20 компрессора. Соответственно, газ 6, расположенный в промежуточном трубопроводе 30, течет через вход 41 для газа во вторую ступень 20 компрессора. Соответственно, понятно, что плунжер 42 и резервуары 44, 45 содержат установку 26 подачи вытесняющей жидкости высокого давления.
В течение рабочего цикла уравновешивающий поршень 40 остается поверх вытесняющей жидкости 28 и движется вверх и вниз из-за изменений ее уровня. Как показано на Фиг. 2, уравновешивающие поршни 40 в отдельных ступенях 18, 20 компрессора не зависят друг от друга, без твердых взаимных соединений.
V-образные поршневые кольца 48 используют для обеспечения изоляции между периферической поверхностью разгрузочного поршня и внутренней поверхностью ступеней 18, 20 компрессора. V-образные поршневые кольца 48 двигаются с уравновешивающим поршнем 40 для поддержания изоляции, по мере того как движется уравновешивающий поршень 40.
Альтернативно или дополнительно, можно предоставить фиксированное количество дополнительной жидкости для обеспечения изоляции по периферии между уравновешивающим поршнем 40 и внутренней поверхностью ступеней 18, 20 компрессора. Это количество дополнительной жидкости должно оставаться между периферической поверхностью уравновешивающего поршня и внутренней поверхностью ступеней 18, 20 компрессора, как бы уровень вытесняющей жидкости 28 ни двигался вместе с уравновешивающим поршнем. Дополнительную жидкость выбирают так, чтобы она не производила загрязняющие испарения и так, чтобы газ 6 не растворялся в ней или не реагировал с ней. Для этой цели были применены ионные жидкости.
Понятно, что в этом воплощении в устройстве не требуется коалесцирующий фильтр 34, поскольку сжатый газ 6 нельзя загрязнить паром вытесняющей жидкости 28.
В дополнительном альтернативном воплощении двигатель 38 содержит электрогенератор.
В приведенном выше воплощении резервуар 2 выполнен с возможностью хранения сжиженного природного газа (СПГ). Однако, понятно, что в резервуаре можно хранить любой горючий сжиженный газ с равновесием пар-жидкость ниже температуры окружающей среды при давлении хранения ниже 1 МПа абс. (10 бар абс).
Соответственно, в альтернативных воплощениях резервуар 2 можно выполнить с возможностью хранения сжиженного водорода, метана, этана и/или пропана.
Наконец, хотя в примере 1 было описано устройство на борту грузового судна, понятно, что похожее устройство можно расположить на других транспортных средствах или носителях. Альтернативно, устройство можно применить в стационарной структуре, в которой хранят СПГ, такой как энергетическая установка.
Резюме
Устройство по настоящему изобретению выполнено с возможностью применения всех отпарных потерь в двигателе внутреннего сгорания. Преимущественно это предотвращает загрязнение окружающей среды, которое иначе было бы результатом выброса отпарных потерь в атмосферу. Дополнительно устройство повышает эффективность грузового судна во время транспортировки СПГ.
Высокая эффективность компрессора с гидравлическим поршнем может привести к экономическим преимуществам, так как способ сжатия и сжигания газа может быть более экономичным, чем повторное сжижение газа. Дополнительно, газ, подаваемый в двигатель, будет высококачественным благодаря коалесцирующему фильтру, что приводит к низкому давлению насыщенных паров газа, когда его подают в двигатель.