Способ получения газообразного продукта и устройство для его осуществления
METHOD OF PRODUCING A GASEOUS PRODUCT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к области газоснабжения, и преимущественно предназначено для использования в автономных системах обеспечения газовым топливом, а также в миникотельных и газовых котлах малой мощности в населенных пунктах (коттеджах, поселках и пр., которые удалены от газовых магистралей, ожидают подключения или временно отключены от систем газоснабжения).
Традиционно, в автономных системах газоснабжения использует сжиженный природный газ (СПГ), перевозка, хранение и доведение до потребителя которого осуществляются в специальных емкостях (цистернах и криогенных емкостях).
Известная схема газоснабжения сжиженным природным газом включает в себя следующие этапы: производство сжиженного газа, транспортирование от производителя, хранение, получение газообразного продута (газификация) и выдача газообразного продукта потребителю (БСЭ, 1971 г., стр. 27-28).
При этом известно, что в природном газе помимо основного компонента, например, метана, содержатся посторонние примеси, вид и количество которых зависят от конкретного месторождения. Указанные примеси очень неблагоприятно влияют на конечных потребителей газообразного продукта, в том числе на работу камер сгорания двигателей и котлов (отлагаются в виде сажи и нагара). Известны разные способы очистки сжатого газа, однако, традиционные методы очистки (адсорбционные, абсорбционные, вымораживание) не обеспечивают производство сжатого газа высокого качества, и кроме того являются затратными. (Койшыбаев А.Д. Низкотемпературные процессы очистки сжиженного отбензиненного газа высокого качества // Молодой ученый. - 2014. - №3. - С. 302-305.). Поскольку сжиженный газ получают путем сжижения существующего сжатого газа, то все неочищенные примеси будут поступать при сжижении в сжиженный газ и далее в газообразный продукт, полученный из сжиженного газа.
Известно, что одним из возможных путей более качественной очистки природного газа является низкотемпературный разделительный способ очистки газа в сжиженном состоянии с использованием непрерывного испарения в разделительном аппарате, который встроен в состав установок сжижения.
В качестве разделительных аппаратов могут быть использованы ректификационная колонна или более простой вариант разделительного аппарата - фракционный испаритель. Данный способ очистки сжиженного газа заключается в следующем: сжиженный газ подают во фракционный испаритель, где под действием тепла сжиженный газ частично испаряется и формирует два потока - парообразная фаза с высокой долей низкокипящих компонентов (НКК) - чистый пар и жидкая фаза с высокой долей высококипящих компонентов (ВКК) - поток грязной жидкости. Жидкая фаза (поток грязной жидкости) удаляется из фракционного испарителя, а чистый пар снова сжижают и подают в часть установки сжижения, которая предназначена для подачи сжиженного газа потребителю.
Однако, описанный известный способ очистки природного газа осуществляют на этапе производства сжиженного газа и, поэтому, данный способ экономически не рационален, когда конечный потребитель использует газообразный продукт, поскольку сжиженный газ дважды подвергают газификации. Кроме того, в блоке низкотемпературной очистки системы по производству сжиженного газа, включающем фракционный испаритель, с целью уменьшения прямых потерь цикла низкотемпературной очистки, требуется минимизировать объем отводимой жидкой грязной фазы (ВКК), что снижает эффективность и качество очистки. Дополнительно эффективность очистки ограничена необходимостью контроля температур процесса разделения потока, с целью устранения возможной кристаллизации жидкой фазы.
Кроме того, наличие блока низкотемпературной очистки в системе по производству сжиженного газа усложняет конструкцию этой системы и длительность производства сжиженного газа, что, в совокупности делает более дорогим производство сжиженного газа.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что очистка природного газа на этапе производства сжиженного газа является недостаточно качественной, не эффективной и экономически не рациональной, когда конечным продуктом является газообразный продукт.
В технике известны различные способы и устройства для получения газообразного продукта из сжиженного газа, в том числе из сжиженного природного газа. В частности, к устройствам, предназначенным для получения газообразного продукта, относятся криогенные газификаторы, представляющие собой устройства, содержащие наружный сосуд высокого давления и внутренний сосуд без перепада давления, полость которого сообщена с полостью сосуда высокого давления и соединена с магистралью заправки сжиженным газом и выдачи газообразной фазы. (AC SU №1640493, патенты RU №№2042874, 2163699).
Однако, в известных способах и установках получения газообразного продукта из сжиженного газа не производится очистка сжиженного газа и посторонние примеси попадают вместе с газообразным продуктом к потребителю и накапливаются в газификаторе, что требует дополнительных мер по очистке газификатора, например, используют барботаж или демонтируют газификатор, извлекают внутренний сосуд и моют его. Примеси, поступающие к потребителю вместе с неочищенным газообразным продуктом неблагоприятно влияют на конечных потребителей такого газообразного продукта, в том числе на работу камер сгорания двигателей и котлов (отлагаются в виде сажи и нагара). Указанные дополнительные меры по очистке газификатора существенно осложняют процесс получения газообразного продукта.
Кроме того, указанные известные способы и устройства для производства газообразного продукта из сжиженного газа, не обеспечивают длительное хранение сжиженного природного газа или его газообразной фазы без дренажа, что сопряжено с потерями газа и неэффективностью работы известных установок.
Известно Устройство для приема сжиженного природного газа, его газификации и выдачи газообразного продукта потребителю, описанное в патенте RU 2365810, в котором обеспечивается бездренажное хранение газообразного продукта, исключающее потери исходного природного газа. Данное устройство может быть использовано для получения газообразного продукта не только из сжиженного природного газа, но и других видов сжиженного газа, например, азот, углекислый газ, аргон, водород и т.п.Указанное устройство производства газообразного продукта и реализованный в нем способ приняты за прототип.
Устройство содержит, по меньшей мере, один газификатор, включающий наружный сосуд высокого давления, имеющий полость, в которой размещен внутренний сосуд без перепада давления, полость которого сообщена с полостью наружного сосуда высокого давления и соединена со средством подвода к магистралям заправки. Внутренний сосуд соединен со средством подвода к магистралям заправки патрубком, размещенным в полости внутреннего сосуда. Устройство снабжено, по меньшей мере, одним баллоном высокого давления (баллоном - реципиентом), полость которого соединена со средством подвода к магистралям подачи газообразного продукта потребителю и средством отвода газообразного продукта из газификатора.
Способ получения газообразного продукта, например, из сжиженного природного газа (СПГ), и подачи его потребителю в описанном устройстве осуществляется циклически следующим образом.
Перед первой заправкой (первым циклом) устройства сжиженным природным газом (заливка сжиженного природного газа (СПГ) в полость внутреннего сосуда) проводят удаление воздуха из внутренней и внешней полостей газификатора, всех дополнительных баллонов высокого давления и трубопроводов, например, продувкой всей системы инертным газом (газообразным азотом или т.п.).
После откачки воздуха (дегазации) закрывают запорные органы, связывающие газификатор с дополнительным баллоном-реципиентом и открывают запорный орган (вентиль), связывающий магистраль источника сжиженного газа с патрубком в полости внутреннего сосуда газификатора и запорный орган, связывающий полость наружного сосуда с компрессором или потребителем. При заливке сжиженного газа в полость внутреннего сосуда происходит нагревание и кипение СПГ в результате теплопередачи от стенок запорного органа магистрали заправки и стенок внутреннего и наружного сосудов. Испаряющийся газ (газообразный продукт) поступает в полость наружного сосуда газификатора, из которой он, при необходимости, может откачиваться компрессором в дополнительный баллон высокого давления либо сразу подаваться потребителю. После заполнения сжиженным природным газом полости внутреннего сосуда газификатора, газификатор герметизируют, а именно закрывают запорный орган, соединяющий полость внутреннего сосуда с магистралью заправки, выключают компрессор и открывают запорный орган на трубопроводе, соединяющем полость наружного сосуда газификатора с полостью дополнительного баллона высокого давления. При нагревании СПГ в результате теплопередачи от окружающей среды происходит испарение СПГ. Испаряющийся газообразный продукт из полости наружного баллона газификатора через соединительные трубопроводы заполняет дополнительный (ые) баллон(ы) высокого давления. По мере заполнения дополнительных баллонов давление во всем устройстве поднимается. При полном испарении СПГ во внутреннем сосуде давление во всех баллонах одинаковое и составляет допустимое для данных баллонов давление, например, 25 МПа. При полном заполнении баллонов (по мере заполнения баллонов, в зависимости от необходимого потребителю давления) производят отбор газообразного продукта потребителю.
По мере отбора газообразного продукта и опустошения газификатора и дополнительных баллонов ВД давление в системе (газификатор, дополнительные баллон(ы) высокого давления, соединительные трубопроводы между ними) падает и при давлении 0,1-0,5 МПа возможен следующий цикл, включающий следующую заправку, герметизацию газификатора, отбор газообразного продукта и пр. При этом, при последующих заправках системы сжиженным природным газом (следующих циклах) вакуумирование (дегазацию) устройства не производят.
Наличие, по меньшей мере, одного баллона высокого давления, соединенного с газификатором средством отвода газообразного продукта, позволяет осуществлять длительное хранение газообразного продукта без дренажа благодаря увеличенной суммарной вместимости полостей наружного сосуда газификатора и баллона ВД, предназначенных для хранения газообразного продукта.
Кроме того, благодаря увеличенной суммарной вместимости полостей наружного сосуда газификатора и баллона ВД возможно увеличить объем внутреннего сосуда (ов) газификатора (ов) и, соответственно, объем закачиваемого в устройство сжиженного природного газа.
Однако, как и в описанных ранее способах и устройствах получения газообразного продукта из сжиженного газа, в данном способе и устройстве не осуществляется очистка сжиженного газа и полученного газообразного продукта, и посторонние примеси попадают вместе с газообразным продуктом к потребителю и оседают на дне внутреннего сосуда. Как указывалось выше, примеси, поступающие к потребителю вместе с неочищенным газообразным продуктом, неблагоприятно влияют на конечных потребителей такого газообразного продукта, в том числе на работу камер сгорания двигателей и котлов (отлагаются в виде сажи и нагара). Указанные выше дополнительные меры по очистке газификатора существенно осложняют процесс получения газообразного продукта.
В основу настоящего изобретения положена задача создать способ и устройство получения газообразного продукта из сжиженного газа, обеспечивающих получение очищенного газообразного продукта и позволяющих исключить накопление (в результате оседания) примесей на дне внутреннего сосуда газификатора и таким образом обеспечить подачу потребителю очищенного газообразного продукта и исключить сложные и трудоемкие операции и приспособления по очистке внутреннего сосуда газификатора от оседающих в нем загрязнений.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения газообразного продукта путем газификации сжиженного газа в газификаторе, включающем сообщающиеся между собой наружный сосуд высокого давления, выполненный с возможностью отвода из него газообразного продукта, и внутренний сосуд без перепада давления, выполненный с возможность заполнения его сжиженным газом, при этом способ содержит, по крайней мере, один цикл, включающий заполнение внутреннего сосуда сжиженным газом до заданной величины, испарение сжиженного газа и отвод газообразного продукта из наружного сосуда, согласно предлагаемому изобретению, цикл включает отвод из внутреннего сосуда жидкой фазы.
Предлагаемый способ может быть использован для получения газообразного продукта из разных видов сжиженных газов, содержащих посторонние примеси, в том числе из сжиженного природного газа (СПГ), сжиженного азота, углекислого газа, аргона, водорода и т.п.
В природном газе (метан), согласно ГОСТ 27577-2000 и другим источникам, количество примесей и механических частиц может достигать 10%. При сжижении природного газа основное количество этих примесей вместе с метаном переходит в жидкую фазу.
Известно, что под действием тепла сжиженный газ частично испаряется и формирует два потока - парообразную фазу с высокой долей низкокипящих компонентов (НКК) - чистый пар и жидкую фазу с высокой долей высококипящих компонентов (ВКК) - поток грязной жидкости.
В газификаторе, в результате теплообмена с окружающей средой, из сжиженного газа образуются газообразный продукт и жидкая фаза, содержащая посторонние примеси. При этом основная часть примесей в виде жидкой фазы вместе с механическими примесями оседает на дне внутреннего сосуда газификатора. По мнению авторов - это до 5% от объема, например для СПГ.
Поскольку в каждом цикле жидкая фаза скапливается во внутреннем сосуде, а газообразный продукт - в наружном сосуде, то удаление в каждом цикле из внутреннего сосуда жидкой фазы обеспечивает очистку получаемого газообразного продукта. При этом, удаление жидкой фазы с примесями из внутреннего сосуда в каждом цикле исключает возможность вовлечения жидкой фазы, осевшей на дне внутреннего сосуда в предыдущем цикле (ах) в газообразный поток в результате интенсивного кипения сжиженного газа при последующих заправках газификатора.
Кроме того, очистку сжиженного газа осуществляют в процессе производства газообразного продукта практически с одной дополнительной операцией в течение каждого цикла - соединение дна внутреннего сосуда газификатора с внешним сборником жидкого потока. Указанная операция практически не требует дополнительных затрат, не усложняет и не увеличивает стоимость способа производства газообразного продукта из сжиженного газа. Отвод жидкой фазы в каждом цикле также предотвращает накапливание примесей на дне внутреннего сосуда, и. соответственно, не требуется дополнительных приспособлений и трудоемких операций по очистке внутреннего сосуда, что упрощает и удешевляет процесс получения газообразного продукта.
При наличии в сжиженном газе механических примесей, указанные примеси удаляются одновременно с жидкой фазой, что позволяет получить более качественную очистку газообразного продукта и предотвращает скапливание механических примесей на дне внутреннего сосуда.
Целесообразно указанный цикл повторять до получения заданного объема газообразного продукта.
Целесообразно из наружного сосуда отводить газообразный продукт, включающий низкокипящие компоненты сжиженного газа, из внутреннего сосуда отводят жидкую фазу, включающую высококипящие компоненты сжиженного газа.
Как указывалось выше, под действием тепла сжиженный газ частично испаряется и формирует два потока - парообразную фазу с высокой долей низкокипящих компонентов (НКК) - чистый пар и жидкую фазу с высокой долей высококипящих компонентов (ВКК) - поток грязной жидкости.
Соответственно, отвод из наружного сосуда газообразного продукта, включающего низкокипящие компоненты сжиженного газа, и из внутреннего сосуда - жидкую фазу, включающую высококипящие компоненты сжиженного газа, обеспечивает возможность получения наиболее чистого газообразного продукта.
Целесообразно отвод жидкой фазы из внутреннего сосуда осуществлять при давлении в газификаторе не ниже давления перехода заданных высококипящих компонентов жидкой фазы в газообразное состояние при нормальной температуре эксплуатации.
В частности, для сжиженного природного газа целесообразно осуществлять отвод жидкой фазы (ВКК) при давлении в газификаторе не ниже 2,0-2,5 МПа.
Указанное давление зависит от типа используемого сжиженного газа, состава высокотемпературных примесей в нем и заданным составом получаемого газообразного продукта, в том числе наличие в нем заданных долей отдельных высокотемпературных компонентов (при необходимости).
Данное давление определяется тем давлением, при котором указанные высокотемпературные примеси могут переходить в газообразное состояние при нормальной температуре эксплуатации. Значение данного давления может быть получено из известных справочников или опытным путем. Как указывалось выше, основные компоненты нежелательных примесей в природном газе представляют собой, так называемые высокотемпературные примеси (ВКК): пропан, бутан и т.п.углеводороды, ароматизаторы и механические примеси. Указанные высокотемпературные примеси (за исключением механических примесей) при давлении ниже 2,0-2,5 МПа могут переходить в газообразное состояние при нормальной температуре эксплуатации. Для исключения перехода указанных примесей в газообразное состояние и попадания в наружный сосуд газификатора и далее потребителю, при снижении давления в газификаторе до 2,0-2,5 МПа целесообразно сливать жидкую фазу. При экономической целесообразности, можно понизить давление, например до 1,6 МПа и ниже, обеспечив тем самым подачу газообразного пропана и бутана потребителю, одновременно исключив подачу потребителю других ВКК.
Поставленная задача решается также тем, что устройство для производства газообразного продукта, содержащее, по меньшей мере, один газификатор, включающий наружный сосуд высокого давления со средством отвода газообразного продукта, имеющий полость, в которой размещен внутренний сосуд без перепада давления, полость которого сообщена с полостью наружного сосуда высокого давления и соединена со средством подвода сжиженного газа, согласно предлагаемому изобретению, снабжено средством отвода из полости внутреннего сосуда жидкой фазы, вход которого расположен в нижней части внутреннего сосуда.
Наличие средства отвода жидкой фазы в нижней части внутреннего сосуда обеспечивает возможность удаления жидкой фазы, содержащей недопустимые примеси, которые не перешли в газообразную фазу при производстве газообразного продукта и скапливаются на дне внутреннего сосуда. При этом на дне внутреннего сосуда также скапливаются механические посторонние примеси, которые также отводятся через указанное средство отвода.
Целесообразно, чтобы во внутреннем сосуде был установлен патрубок, соединенный со средством подвода сжиженного газа, при этом на патрубке установлен поплавок, выполненный с возможностью перемещения по нему верх при заполнении внутреннего сосуда сжиженным газом и снабженный датчиком уровня жидкости, выполненным с возможностью подачи сигнала (сигнализации) о полном или необходимом заполнении внутреннего сосуда.
Патрубок предотвращает разбрызгивание сжиженного газа при заполнении им внутреннего сосуда и попадание сжиженного газа в полость наружного сосуда. Поплавок с индикатором уровня жидкости предохраняет от перелива сжиженного газа, например, сжиженного природного газа из внутреннего сосуда в наружный сосуд. При попадании в наружный сосуд сжиженного газа, имеющего нежелательные примеси, указанные примеси вместе с испарившемся газом неизбежно попадут в газообразный продукт, поставляемый потребителю. Соответственно, исключение попадания сжиженного газа в полость наружного сосуда предотвращает попадание примесей в газообразный продукт, выдаваемый потребителю.
Целесообразно, чтобы внутренний сосуд был выполнен тонкостенным.
Внутренний сосуд, выполненный тонкостенным, обладает сравнительно малой теплоемкостью, что позволяет уменьшить теплопередачу от внутреннего сосуда к поступающему в него сжиженному газу (СГ) и, тем самым, уменьшить интенсивность испарения СГ (переход СГ в газообразное состояние) при заправке газификатора СГ. Снижение интенсивности испарения (кипения) при заправке газификатора исключает возможность вовлечения высокотемпературных примесей в газовый поток, который поступает к потребителю.
Целесообразно, чтобы устройство содержало, по крайней мере, один баллон высокого давления, полость которого соединена со средством подвода к магистралям подачи газообразного продукта потребителю, и средством отвода газообразного продукта из газификатора, включающим первый трубопровод, соединяющий полость наружного сосуда газификатора и полость баллона высокого давления, второй трубопровод, имеющий участок, параллельно подключенный к первому трубопроводу двумя соединениями, последовательно расположенными по ходу течения газообразного продукта от газификатора к баллону высокого давления, а также компрессор, установленный на указанном участке второго трубопровода, и переключатель, установленный на первом, по ходу течения газообразного продукта из газификатора соединении трубопроводов, имеющий вход, соединенный с первым трубопроводом со стороны газификатора и два выхода, первый из которых соединен с первым трубопроводом со стороны баллона высокого давления, а второй - со вторым трубопроводом, перед компрессором, при этом переключатель выполнен с возможностью подачи газообразного продукта на первый или второй выход.
Наличие, по меньшей мере, одного баллона высокого давления, соединенного с газификатором средством отвода газообразного продукта, позволяет осуществлять длительное хранение газообразного продукта без дренажа благодаря увеличенной суммарной вместимости полостей наружного сосуда газификатора и баллона ВД, предназначенных для хранения газообразного продукта под высоким давлением.
Кроме того, благодаря увеличенной суммарной вместимости полостей наружного сосуда газификатора и баллона ВД, возможно увеличить объем внутреннего сосуда (ов) газификатора (ов) и, соответственно, объем закачиваемого в устройство сжиженного газа и объем очищаемого за один цикл сжиженного газа и таким образом повысить эффективность очистки газообразного продукта в процессе его получения.
В дальнейшем предлагаемое изобретение будет более подробно раскрыто на конкретном примере его выполнения со ссылками на рисунки, на которых изображены:
Фиг. 1 - устройство для получения газообразного продукта,
Фиг. 2 - устройство для получения газообразного продукта с дополнительными баллонами.
На Фиг. 1 показана схема устройства для получения газообразного продукта из сжиженного газа. Устройство содержит газификатор 1, включающий наружный сосуд 2 высокого давления (ВД) с полостью 21. В полости 21 размещен внутренний сосуд 3 без перепада давления. Внутренний сосуд 3 выполнен в виде тонкостенного сосуда с отверстием 31 в верхней части, например в виде сосуда с зауженной горловиной с отверстием 31. Полость 32 внутреннего сосуда 3 сообщена с полостью 21 наружного сосуда 2 ВД, например, через его верхнее отверстие 31.
Полость 32 внутреннего сосуда 3 соединена со средством 4 подвода сжиженного газа, включающим трубопровод 41 и запорный орган 42, который может быть выполнен в виде вентиля. Полость 32 внутреннего сосуда 3 соединена со средством 4 подвода сжиженного газа патрубком 5, проходящим через отверстие 31 внутреннего сосуда 3 и соединенным с трубопроводом 41 указанного средства через переходник 6. Между наружной стенкой патрубка 5 и стенками внутреннего сосуда 3 вокруг отверстия 31 выполнен зазор (не показан) для сообщения полостей внутреннего и наружного сосудов 2 и 3, соответственно. Наличие патрубка 5 предотвращает разбрызгивание и попадание сжиженного газа с примесями в полость наружного сосуда 2, что обеспечивает более качественную очистку сжиженного газа.
В предпочтительном варианте, на патрубке 5 установлен поплавок 51, выполненный с возможностью перемещения по патрубку 5 верх при заполнении полости 32 внутреннего ссуда 3 сжиженным газом и снабженный датчиком 52 уровня жидкости, например, уровнемером известной конструкции, выполненным с возможностью подачи сигнала (сигнализации) о полном заполнении внутреннего сосуда 3. На нижнем конце патрубка 5 установлен ограничитель 53 для фиксации поплавка 51 в нижнем его положении и предотвращающий сползание поплавка 51 с патрубка 5.
Наличие поплавка 51 с датчиком 52 уровня жидкости также предотвращает попадание сжиженного газа с примесями в полость наружного сосуда 2 ВД, что обеспечивает более качественную очистку сжиженного газа.
В нижней части внутреннего сосуда 3, в области дна, выполнено отверстие 33, соединенное трубопроводом 34, на котором установлен запорный орган 35, с внешним сборником (не показан) жидкой загрязненной фазы. Указанные отверстие 33 в нижней части внутреннего сосуда 3 и трубопровод 34 с запорным органом 35 образуют средство отвода из полости внутреннего сосуда жидкой фазы. Запорный орган 35 может быть выполнен в виде вентиля известной конструкции.
Устройство содержит средство 7 отвода газообразного продукта из газификатора 1, содержащее трубопровод 71, соединенный с полостью 21 наружного сосуда 2 газификатора 1 через нижнюю горловину 22. В трубопроводе 71 установлен датчик 710 давления (например, манометр) для измерения давления в газификаторе. Манометр 8 может быть установлен в ином месте газификатора, например, в полости наружного сосуда 2.
В предпочтительном варианте устройство содержит один или больше дополнительных баллонов высокого давления. На Фиг. 2 показано устройство с двумя, последовательно соединенными дополнительными баллонами 8 и 9 высокого давления. В зависимости от коэффициента расширения конкретного сжиженного газа при его газификации и необходимой величины давления газовой фазы в системе, возможно выполнение устройства с большим количеством баллонов высокого давления. При этом трубопровод 71 средства 7 отвода газообразного продукта, соединен с полостью баллона ВД 8 и с атмосферой. Возможно выполнение устройства, при котором отсутствует соединение полости 21 наружного сосуда 2 газификатора 1 с атмосферой.
Средство 7 отвода газообразного продукта из газификатора 1 содержит второй трубопровод 72, имеющий выход в атмосферу. Второй трубопровод 72 имеет участок 721, подключенный параллельно к первому трубопроводу 71 между газификатором 1 и баллоном 8 высокого давления первым соединением 73 и вторым соединением 74 (по ходу течения газообразного продукта). Для образования второго соединения 74 второй трубопровод 72 имеет отводную трубу 722.
На участке 721 трубопровода 72 последовательно за первым соединением 73 установлен компрессор 75. На отводной трубе 722 второго трубопровода 72, перед вторым соединением 74, установлен запорный орган 76. В качестве запорного органа может быть использован вентиль.
На первом соединении 73 трубопроводов 71 и 72 установлен переключатель 77. Переключатель 77 выполнен с возможностью подачи газообразного продукта на первый участок 721 второго трубопровода 72 или на участок 711 первого трубопровода 71. На втором трубопроводе 72 за отводной трубой 722, перед выходом в атмосферу, установлен запорный орган 78, например, вентиль. Полость баллона 8 высокого давления соединена со средством 10 подвода к магистралям подачи газообразного продукта потребителю, содержащим трубопровод 101, запорный орган 102 (например, вентиль) и редуктор 103.
Баллоны 8 и 9 высокого давления соединены последовательно между средством 7 отвода газообразного продукта из газификатора 1 и средством 10 подвода к магистралям подачи газообразного продукта потребителю. При этом, баллон 8 высокого давления, расположенный первым по ходу течения газообразного продукта, имеет две горловины 81 и 82, одна из которых 81 (верхняя) подключена к участку 712 первого трубопровода 71, а вторая 82 трубопроводом 83 - ко второму баллону 9 высокого давления, через его верхнюю горловину 91, и к трубопроводу 101 средства 10 подвода к магистралям подачи газообразного продукта потребителю.
В результате указанного последовательного соединения баллонов ВД во второй (по ходу течения газообразного продукта из газификатора 1) баллон 9 ВД (и последующие) баллоны газообразный продукт поступает с более высокой температурой, чем в первый, что позволяет обеспечить надежную работу устройства, в частности редуктора 103.
Наличие дополнительных баллонов высокого давления в устройстве позволяет увеличить объем полости внутреннего сосуда по отношению к объему полости наружного сосуда газификатора. Увеличение объема внутреннего сосуда обеспечивает возможность заливки большего количества сжиженного газа и выход большего объема очищенного газообразного продукта за один цикл его производства.
Способ получения очищенного газообразного продукта осуществляется повторяющимися, следующими друг за другом циклами. При этом, каждый цикл включает следующие процессы: заполнение внутреннего сосуда газификатора сжиженным газом до заданного объема или массы, отключение внутреннего сосуда от средства подачи сжиженного газа, газификация (испарение) сжиженного газа, отбор газообразного продукта и отбор жидкой фазы. В результате теплообмена с окружающей средой в газификаторе из сжиженного газа образуются газообразный продукт с высокой долей низкокипящих компонентов (НКК) и жидкая фаза с высокой долей высококипящих компонентов (ВКК) - жидкая фаза с примесями. При этом основная часть примесей в виде жидкой фазы вместе с механическими примесями оседает на дне внутреннего сосуда газификатора. По мнению авторов - это до 5% от объема, например для сжиженного природного газа. Процесс испарения сжиженного газа и отбор газообразного продукта из полости наружного сосуда может осуществляться практически в течение всего цикла. При этом, в период испарения сжиженного газа, сопровождающегося выделением на дне внутреннего сосуда жидкой фазы с примесями, давление в газификаторе будет расти до максимальной величины при полном испарении залитого во внутренний сосуд сжиженного газа. По мере отбора газообразного продукта из наружного сосуда газификатора давление в газификаторе будет падать. Отвод жидкой фазы производят при падении давления в газификаторе до заданной величины. Указанное заданное давление зависит от типа используемого сжиженного газа и состава высокотемпературных примесей в нем и определяется тем давлением, при котором указанные высокотемпературные примеси могут переходить в газообразное состояние при нормальной температуре эксплуатации. Значение данного давления может быть получено из известных справочников или опытным путем. Например, как указывалось выше, основные компоненты нежелательных примесей в природном газе представляют собой, так называемые высокотемпературные примеси (ВКК): пропан, бутан и т.п.углеводороды, ароматизаторы и механические примеси. Указанные высокотемпературные примеси (за исключением механических примесей) при давлении ниже 2,0-2,5 МПа могут переходить в газообразное состояние при нормальной температуре эксплуатации. Соответственно, при получении газообразного продукта из сжиженного природного газа, для исключения перехода указанных примесей в газообразное состояние и попадания в наружный сосуд газификатора и далее потребителю, в зависимости от температуры эксплуатации, жидкую фазу необходимо сливать из внутреннего сосуда при снижении давления в газификаторе не ниже 2,0-2,5 МПа. По мере дальнейшего отбора газообразного продукта из газификатора продолжается падение давления в нем и при достижении заданного минимального давления начинают следующий цикл, а именно, заполнение внутреннего сосуда газификатора сжиженным газом до заданного объема или массы, отключение внутреннего сосуда от средства подачи сжиженного газа, газификация (испарение) сжиженного газа, отбор газообразного продукта и отбор жидкой фазы.
Минимальное давление в газификаторе, с которого начинают следующий цикл (следующую заправку) зависит от оборудования потребителя и поставщика сжиженного газа.
Далее способ получения газообразного продукта будет более подробно раскрыт на примере его реализации в устройстве, показанном на Фиг. (1).
Перед началом работы устройства, перед первым циклом и первой заправкой устройства сжиженным газом, желательно осуществить вакуумирование (дегазацию) устройства, которое заключается в удалении воздуха из полостей 21 и 32 газификатора 1 и всех трубопроводов. Для этого закрывают запорные органы (вентили) 42 средства подвода сжиженного газа к внутреннему сосуду 3, открывают запорные органы (не показаны) средства 7 отвода газообразного продукта из наружного сосуда 2 и подсоединяют трубопровод 71 средства 7 отвода газообразного продукта к компрессору (не показан). Компрессор откачивает воздух из полостей газификатора 1 и выбрасывает воздух в атмосферу.
После откачки воздуха открывают запорный орган 42 (вентиль) средства подвода сжиженного газа, через который, по патрубку 41, производят заливку сжиженного газа (СГ) в полость 32 внутреннего сосуда 3 газификатора 1 - процесс заправки. При этом, в случае подачи газообразного продукта потребителю, запорный орган средства 7 отбора газообразного продукта предпочтительно оставлять некоторое время закрытым, чтобы давление в газификаторе поднялось до минимально необходимого для подачи газообразного продукта потребителю и исключить попадание газа от потребителя в газификатор после вакуумирования последнего. После технологически необходимого периода запорный орган средства 7 отбора газообразного продукта может быть открыт.Указанный период задержки открытия запорного органа средства 7 отбора газообразного продукта наиболее актуален на первом цикле, после вакуумирования газификатора. По мере заполнения внутреннего сосуда 3 сжиженным газом поплавок 51 поднимается по патрубку 5 и при полном заполнении полости 32 внутреннего сосуда 3 датчик 52 на поплавке 51 подает сигнал о заполнении полости внутреннего сосуда 3 сжиженным газом до необходимого уровня. В процессе заправки происходит нагревание и кипение СГ в результате теплопередачи от стенок запорного органа (вентиля) 42, трубы 41 магистрали заправки и внутреннего сосуда 3 и других элементов газификатора. Испаряющийся газ (газообразный продукт) вытекает через верхнее отверстие 31 внутреннего сосуда 3 в полость 21 наружного сосуда 2 газификатора 1, из которой его отбирают через трубопровод 71, например, на первом этапе с помощью компрессора или открытием вентиля подачи газообразной фазы потребителю.
Благодаря тому, что внутренний сосуд 3 выполнен тонкостенным, он обладает сравнительно малой теплоемкостью, что позволяет уменьшить теплопередачу от внутреннего сосуда к сжиженном газу (СГ) и, тем самым, уменьшить интенсивность испарения СГ (переход СГ в газообразное состояние) при заправке газификатора СГ. Снижение интенсивности испарения (кипения) при заправке газификатора исключает возможность вовлечения высокотемпературных примесей в газовый поток, который поступает к потребителю.
После заполнения сжиженным газом внутреннего сосуда 3 отключают патрубок 5 от средства 4 подвода сжиженного газа, а именно закрывают запорный орган 42.
В результате теплопередачи от окружающей среды происходит дальнейшее испарение сжиженного газа во внутреннем сосуде 3 и вытекание газообразной фазы в полость наружного сосуда 2, откуда газообразный продукт подается к средству 7 отбора газообразного продукта и через него либо потребителю, либо в дополнительные баллоны ВД (Фиг. 2). По мере испарения СГ давление в газификаторе (внутреннем и наружном сосудах 2 и 3, трубопроводе 71 и других полостях газификатора) будет повышаться и может достигнуть допустимого для данных баллонов давления, например, 25 МПа. При этом, в процессе испарения сжиженного газа, на дне внутреннего сосуда 3 оседает жидкая фаза, включающая высокотемпературные примеси, а также механические примеси.
После полного испарения сжиженного газа во внутреннем сосуде 3 отбор газообразного продукта из наружного сосуда 2 сопровождается снижением давления, как в наружном сосуде 2, так во всем газификаторе. Давление в газификаторе 1 в процессе цикла контролируют манометром 710. Отбор газообразного продукта производится по трубопроводу 71. При снижении давления в газификаторе 1 до заданного давления осуществляют отвод жидкой фазы из внутреннего сосуда 3. Авторами обнаружено, что для сжиженного природного газа отвод жидкой фазы должен осуществляться при снижении давления до 2,0-2,5 МПа. Для отвода жидкой фазы открывают запорный орган 35 на трубопроводе 34. Отвод жидкой фазы из внутреннего сосуда 3 может быть проконтролирован визуально и/или по характерному звуку выхода газа, что указывает на полный отвод жидкой фазы из внутреннего сосуда 3. После отвода жидкой фазы из внутреннего сосуда 3 закрывают запорный орган 35.
При этом, продолжают отбор газообразного продукта потребителю до давления в устройстве 0,1-0,5 МПа или еще меньше, в зависимости от оборудования потребителя. При необходимости, можно откачать газ из системы компрессором, если потребителю нужно высокое давление.
При достижении во внутреннем и наружном сосудах 2 и 3 газификатора 1 давления, достаточного для заправки СГ, начинают следующий цикл - следующую заправку устройства сжиженным газом.
При последующих заправках газификатора сжиженным газом нет необходимости удалять воздух из газификатора и из соединенных с ним трубопроводов. Для следующей заправки устройства сжиженным газом, открывают запорный орган 42 и производят заполнение внутреннего сосуда 3 сжиженным газом. При этом при последующих заправках запорный орган средства 7 отбора газообразного продукта может оставаться открытым и могут продолжать откачку газообразного продукта из наружного сосуда 2 газификатора 1 компрессором. Количество циклов (количество заправок) зависит от требуемого объема газообразного продукта.
Процесс получения очищенного газообразного продукта в устройстве, показанном на Фиг. 2, отличается от описанного выше тем, что газообразный продукт, в процессе испарения СГ, отбирают не потребителю, а в дополнительные баллоны ВД и уже из них подают потребителю. При этом процесс заполнения дополнительных баллонов газообразным продуктом и процесс испарения сжиженного газа осуществляется аналогично процессам, описанным в патенте RU 2365810.
Способ получения очищенного газообразного продукта в показанном на Фиг. 2 устройстве осуществляется следующим образом. Перед первым циклом, первой заправкой устройства сжиженным природным газом (СПГ) проводят удаление воздуха из полостей 21 и 32 газификатора 1, всех баллонов 8 и 9 высокого давления и трубопроводов. Для этого закрывают запорные органы (вентили) 42, 76 и 102, открывают запорный орган (вентиль) 78, переключателем 77 соединяют первый трубопровод 71 с участком 721 второго трубопровода 72, на котором находится компрессор 75, включают компрессор 75 и производят вакуумирование устройства. Компрессор 75 откачивает воздух из полостей газификатора 1 и из баллонов 8 и 9. Компрессор 75 выбрасывает воздух в атмосферу по второму трубопроводу 72 через открытый запорный орган 78. После откачки воздуха закрывают запорный орган 78 и начинают первый цикл получения газообразного продукта.
Открывают запорный орган 76 и запорный орган 42, через который, по патрубку 5, производят заливку СГ (заправка) в полость 32 внутреннего сосуда 3 газификатора 1. При этом переключатель 77 переводят в положение, при котором трубопровод 71 соединяется с компрессором 75. При заправке происходит нагревание и кипение СГ в результате теплопередачи от стенок запорного органа 42, патрубка 5, наружного сосуда 3 и других деталей газификатора. Испаряющийся газ (газообразный продукт) вытекает в полость 21 наружного сосуда 2 газификатора 1, из которой он откачивается компрессором 75 либо потребителю, либо, если это необходимо, в атмосферу. Откачиваемый газообразный продукт из полости 21 наружного сосуда 2 газификатора 1, через его нижнюю горловину 22, по первому трубопроводу 71, через переключатель 77, участок 721 второго трубопровода 72, компрессор 75, запорный орган 76 и участок 712 первого трубопровода 71 и трубопровод 83 поступает в баллоны 8 и 9. После заполнения сжиженным газом внутреннего сосуда 3 газификатора 1 закрывают запорный орган 42, выключают компрессор 75, закрывают запорный орган 76 и изменяют положение переключателя 77, закрывая первое соединение 73 первого и второго трубопроводов 71 и 72. При этом отключен участок 721 второго трубопровода 72, на котором расположен компрессор 75, а соединены участки 711 и 712 первого трубопровода 71, который подведен к баллонам 8 и 9. Испаряющийся газообразный продукт из полости 21 наружного баллона 2 газификатора 1 через первый трубопровод 71, его участи 711, 712 и трубопровод 83 заполняет баллоны 8 и 9. По мере заполнения баллонов 8 и 9 давление во всем устройстве поднимается. При полном испарении СГ давление в наружном сосуде 2, баллонах 8, 9 одинаковое и составляет допустимое для данных баллонов давление, например, 25 МПа. Отбор газообразного продукта потребителю производится по трубопроводу 101 через запорный орган 102 при постоянном давлении (например, около 0,12 МПа), которое обеспечивает редуктор 103. При снижении давления в газификаторе, а именно в наружном сосуде 2, дополнительных баллонах 8 и 9 до заданного давления осуществляют отвод жидкой фазы из внутреннего сосуда 3. Для отвода жидкой фазы открывают запорный орган 35 на трубопроводе 34. Отвод жидкой фазы из внутреннего сосуда 3 может быть проконтролирован визуально и/или по характерному звуку выхода газа, что указывает на полный отвод жидкой фазы из внутреннего сосуда 3. После отвода жидкой фазы из полости внутреннего сосуда 3 закрывают запорный орган 35.
При этом, продолжают отбор газообразного продукта потребителю до давления в устройстве 0,1-0,5 МПа или еще меньше, в зависимости от оборудования потребителя. При необходимости, можно откачать газ из системы компрессором, если потребителю нужно более высокое давление.
Управление переключателем и запорными органами осуществляется известным образом оператором, который следит за работой устройства или, если это экономически целесообразно, автоматически.
Приведенные выше примеры предпочтительного осуществления изобретения, содержащие указания на отдельные варианты выполнения, не исчерпывают возможных изменений и дополнений, очевидных специалисту в данной области техники, которые не затрагивают существа технического решения, охарактеризованного формулой изобретения.