CZ278803B6 - Process of compressed nitrogen liquefaction,and apparatus for making the same - Google Patents
Process of compressed nitrogen liquefaction,and apparatus for making the same Download PDFInfo
- Publication number
- CZ278803B6 CZ278803B6 CS90177A CS17790A CZ278803B6 CZ 278803 B6 CZ278803 B6 CZ 278803B6 CS 90177 A CS90177 A CS 90177A CS 17790 A CS17790 A CS 17790A CZ 278803 B6 CZ278803 B6 CZ 278803B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- nitrogen
- expansion turbine
- pressure
- injector
- gas
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
- F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
- F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
- F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
- F25J1/0015—Nitrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
- F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
- F25J1/0017—Oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
- F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
- F25J1/0037—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work of a return stream
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
- F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
- F25J1/0208—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle in combination with an internal quasi-closed refrigeration loop, e.g. with deep flash recycle loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/60—Expansion by ejector or injector, e.g. "Gasstrahlpumpe", "venturi mixing", "jet pumps"
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
(57) Anotace:(57)
Způsob zkapalňování komprimovaného dusíku, vzduchu nebo kyslíku proti proudým ochlazováním s expanzí části komprimovaného plynu v expanzní turbině (9) za konání vnější práce, jehož principem je využití energie tlakového zkapalněného plynu v injektoru (11) ke snížení tlaku na výstupu z expanzní turbiny. Zařízení obsahuje kompresor (1), výměníky tepla (5),(6),(7),(8), expanzní turbinu (9), odlučovač (10), potrubí, armatury a injektor (11) zapojený mezi zkapalňovačem (8) a odlučovačem (10) tak, že sací hrdlo injektoru (11) je potrubím (21) propojeno s výstupem expanzní turbiny (9).A method for liquefying compressed nitrogen, air, or oxygen against cooling by expanding a portion of the compressed gas in an expansion turbine (9) while performing external work, the principle of which is to utilize pressurized liquefied gas energy in the injector (11). The apparatus comprises a compressor (1), heat exchangers (5), (6), (7), (8), expansion turbine (9), separator (10), piping, fittings and injector (11) connected between the liquefier (8) and a separator (10) such that the suction port of the injector (11) is connected via a line (21) to the outlet of the expansion turbine (9).
CZ 278 803 B6CZ 278 803 B6
Způsob zkapalňování komprimovaného dusíku a zařízení k provádění způsobuA method for liquefying compressed nitrogen and apparatus for carrying out the method
Oblast technikyTechnical field
Předmět vynálezu se týká způsobu zkapalňování komprimovaného dusíku s expanzí plynu v expanzní turbině a zařízení k provádění tohoto způsobu, které obsahuje výměníky tepla, potrubí, armatury a injektor zapojený na výstupní potrubí z expanzní turbiny.The present invention relates to a method for liquefying compressed nitrogen with gas expansion in an expansion turbine and to an apparatus for carrying out the method comprising heat exchangers, pipes, fittings and an injector connected to the outlet pipe of the expansion turbine.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Dosavadní způsoby zkapalňování dusíku, vzduchu i kyslíku jsou procesy, které jsou velmi energeticky náročné. U velkých zkapalňovačů dusíku bývá plyn v turbokompresoru stlačován na tlak 3 až 4 MPa. Po ochlazení ve vodním chladiči je protiproudně dusík ochlazován zpětným proudem plynu o nižším tlaku. Chlad potřebný je zkapalnění je získáván především v expanzní turbině, ve které větší část proudu dusíku expaduje na nižší tlak za konání vnější práce. Ta se využívá buď k brzdění generátoru a k výrobě elektrické energie, nebo přímo k dodatečné kompresi plynu v brzdicím kompresoru expanzní turbiny. Vystupující plyn z expanzní turbiny zkapalňuje protiproudou výměnou tepla menší část tlakového dusíku. Tlak zkapalněného plynu se ve škrticím ventilu redukuje na tlak blízký tlaku výstupu z expanzní turbiny a v odlučovači dochází k odloučení vzniklé plynné fáze s fází kapalnou. Plynná fáze je vedena nazpět a je smíchávána s plynem vystupujícím z expanzní turbiny, zatímco kapalná fáze je shromažďována jako produkt. Účinnost cyklu zvyšuje zařazení freonového podchlazení tlakového dusíku na teplotu -40 až -50 °C. Spotřebu energie také snižuje i použití strojů s vyšší termodynamickou účinností. Tato cesta je však nákladná a v některých případech již není možné vyšší účinnosti dosáhnout.Existing methods for liquefying nitrogen, air and oxygen are very energy intensive processes. In large nitrogen liquefiers, the gas in the turbocharger is usually compressed to a pressure of 3 to 4 MPa. Upon cooling in a water cooler, the countercurrent nitrogen is cooled by a backflow of gas at a lower pressure. The cold needed for liquefaction is obtained primarily in the expansion turbine, in which a larger part of the nitrogen stream is extinguished to a lower pressure during external work. This is used either to brake the generator and to generate electricity, or directly to post-compress the gas in the braking compressor of the expansion turbine. Exiting gas from the expansion turbine liquefies a smaller part of the pressurized nitrogen by countercurrent heat exchange. The pressure of the liquefied gas in the throttle valve is reduced to a pressure close to the pressure of the outlet of the expansion turbine, and in the separator the resulting gas phase is separated from the liquid phase. The gaseous phase is conducted back and mixed with the gas exiting the expansion turbine while the liquid phase is collected as a product. The efficiency of the cycle increases the inclusion of freon subcooling of pressurized nitrogen to a temperature of -40 to -50 ° C. The use of machines with higher thermodynamic efficiency also reduces energy consumption. However, this route is costly and in some cases higher efficiency can no longer be achieved.
Dosavadní zařízení na zkapalňování komprimovaného dusíku sestává především z výměníků tepla, expanzní turbiny, kompresoru, potrubí a armatur, kde tlak na výstupu z expanzní turbiny je dán tlakem na výstupu do základního kompresoru a tlakovou ztrátou mezi výstupem z expanzní turbiny a vstupem do základního kompresoru. Přitom pro zkapalnění dusíku je výhodný co nejvyšší tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem na expanzní turbině. U známých řešení lze tento rozdíl zvýšit zvýšením tlaku na vstupu do turbiny větším stlačením zkapalňovaného dusíku v turbokompresoru nebo dotlačením v brzdicím kompresoru na společné hřídeli s turbinou. Obě známá řešení však vyžadují instalaci větších a nákladnějších strojů. Větší stlačení v turbokompresoru navíc zvyšuje spotřebu elektrické energie. Zvýšení tlaku na vstupu do turbiny zároveň vyvolává nutnost dimenzovat potrubí a výměníky na vyšší přetlak.The existing compressed nitrogen liquefaction system consists primarily of heat exchangers, expansion turbines, compressors, pipes and fittings, where the pressure at the outlet of the expansion turbine is given by the pressure at the outlet to the base compressor and the pressure loss between the outlet from the expansion turbine and the inlet to the base compressor. For the liquefaction of nitrogen, the pressure difference between the inlet and outlet at the expansion turbine is as high as possible. In the known solutions, this difference can be increased by increasing the pressure at the inlet of the turbine by increasing the pressure of the liquefied nitrogen in the turbocompressor or by pushing in the braking compressor on a common shaft with the turbine. However, both known solutions require the installation of larger and more expensive machines. In addition, more compression in the turbocharger increases the power consumption. At the same time, increasing the pressure at the turbine inlet makes it necessary to dimension pipes and exchangers to a higher overpressure.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Nevýhody způsobu jsou odstraněny zkapalňováním komprimovaného dusíku, vzduchu nebo kyslíku protiproudým ochlazováním s expanzí části komprimovaného média v expanzní turbině za konání vnější práce, jehož principem je to, že energie tlakového zkapalňovaného plynu je využita v injektoru ke snížení tlaku plynu na výstupu z expanzní turbiny.The disadvantages of the method are eliminated by liquefying the compressed nitrogen, air or oxygen by countercurrent cooling with the expansion of a portion of the compressed medium in the expansion turbine to perform external work, the principle being that the pressurized liquefied gas energy is used in the injector to reduce the gas pressure at the outlet of the expansion turbine.
-1CZ 278803 B6-1GB 278803 B6
Hlavní výhoda způsobu zkapalňování podle vynálezu tkví v tom, že zařízení podle vynálezu umožňuje jednoduchými prostředky dosáhnout snížení měrné spotřeby energie na zkapalnění plynu. V případě zkapalňování dusíku středotlakým cyklem s cirkulací dusíku mezi 5 MPa a 0,6 MPa může dojít ke snížení měrné spotřeby energie až o 5 %. Dochází totiž k využití energie plynu, která se mařila ve škrticím ventilu.The main advantage of the liquefaction method according to the invention is that the device according to the invention makes it possible, by simple means, to reduce the specific energy consumption for gas liquefaction. If nitrogen is liquefied by a medium pressure cycle with a nitrogen circulation between 5 MPa and 0.6 MPa, the specific energy consumption can be reduced by up to 5%. This is because the energy of the gas that is being thwarted in the throttle valve is used.
Výhodou zařízení podle vynálezu je, že zvýšením tlakového spádu na turbině není nutno dimenzovat výměníky a potrubí na vyšší přetlak.An advantage of the device according to the invention is that by increasing the pressure drop on the turbine, it is not necessary to dimension the exchangers and pipes to a higher pressure.
Další výhodou zařízení podle vynálezu je jeho jednoduchost.Another advantage of the device according to the invention is its simplicity.
VýkresDrawing
Na připojeném výkresu je znázorněno zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které se skládá z :The attached drawing shows an apparatus for carrying out the method according to the invention, comprising:
- základní turbokompresor- basic turbocharger
- chladič- radiator
- brzdicí kompresor- Braking compressor
- chladič- radiator
- předchlazovač- precooler
- výparník freonové chladicí jednotky- evaporator of CFC refrigeration unit
- hlavní výměník- main exchanger
- zkapalňovač- liquefier
- expanzní turbina- expansion turbine
- odlučovač- separator
- injektor- injector
- přívod dusíku do zkapalňovače- supply of nitrogen to the liquefier
- výstup ze základního turbokompresoru- output from the basic turbocharger
- výstup z brzdicího kompresoru- output from brake compressor
- vstup do předchlazovače- entrance to the precooler
- vstup do výparníku freonové chladicí jednotky- entry into the evaporator of the CFC refrigeration unit
- vstup do hlavního výměníku- entrance to the main exchanger
- výstup z hlavního výměníku- output from the main exchanger
- vstup do injektoru- injector access
- vstup do expanzní turbiny- entry into the expansion turbine
- výstup z expanzní turbiny- output from expansion turbine
- výstup z injektoru- injector outlet
- výstup páry z odlučovače- steam outlet from the separator
- výstup kapaliny z odlučovače- liquid outlet from separator
- výstup vratného dusíku z předchlazovače- the return of nitrogen from the pre-cooler
- freon- freon
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Způsob zkapalňování podle vynálezu a zařízení k provádění tohoto způsobu je patrné ze zjednodušeného technologického schéma středotlakého zkapalňování dusíku. Konečným produktem je 4 000 Nm /h zkapalněného dusíku o tlaku 0,6 MPa. Proud plynného dusíku 12 o tlaku 0,6 MPa je přiváděn ke zkapalnění a směšuje se s vratným proudem plynného dusíku 25, který vystupuje z cyklu. V základním turbokompresoru 1 je celkové množství dusíku 13 komprimováno na tlak 3,5 MPa. Po ochlazení vodou v chladiči 2 na teplotuThe liquefaction method according to the invention and apparatus for carrying out the process are evident from the simplified flow diagram of medium pressure nitrogen liquefaction. The final product is 4000 Nm / h of liquefied nitrogen at a pressure of 0.6 MPa. The stream of nitrogen gas 12 at a pressure of 0.6 MPa is fed to the liquefaction and mixed with the return stream of nitrogen gas 25 leaving the cycle. In the basic turbo compressor 1, the total amount of nitrogen 13 is compressed to a pressure of 3.5 MPa. After cooling with water in cooler 2 to temperature
-2CZ 278803 B6 +3 5 °C je dusík dále komprimován v brzdicím kompresoru 3., expanzní turbiny 9 na tlak 4,8 MPa. Dusík 14 vystupující z brzdicího kompresoru 3 je ochlazován chladicí vodou v chladiči 4. na teplotu +35 °C. Ochlazený dusík 15 je potom veden do předchlazovače 5, kde se v protiproudu ochlazuje vratným proudem dusíku 25. Ochlazený proud tlakového dusíku 16 je dále ochlazován ve výparníku freonové chladicí jednotky freonem 26. Dusík 17 o teplotě -45 C je v hlavním výměníku 7 ochlazován v protiproudu vedeným vratným dusíkem asi na teplotu -110 °C. Převážná část ochlazeného dusíku 20, která tvoří přibližně 80 % celkového komprimovaného množství je vedena do expanzní turbiny 9, kde plyn expanduje z tlaku 4,8 MPa na tlak 0,57 MPa. Práce získaná expanzí je přímo využita ke kompresi dusíku v brzdicím kompresoru 2· Menší část komprimovaného ochlazeného dusíku je vedena do zkapalňovače 8, kde dusík zkapalní v důsledku protiproudé výměny tepla se zpětným proudem dusíku 23. Zkapalněný dusík 19 o tlaku 4,8 MPa je veden do injektoru 11, jako hnací médium. Energie zkapalněného dusíku 19 se využívá k přisávání dusíku 21 z výstupu expanzní turbiny 9. Na výstupu z injektoru je dusík 22 mokrou párou o tlaku 0,6 MPa. V odlučovači 10 se odloučí kapalná fáze jako produkovaný tlakový kapalný dusík 24 vystupuje z cyklu a odloučená plynná fáze z odlučovače 10 je zpětný proud dusíku 23, který o teplotě sytosti proudí do zkapalňovače 8. Pro větší názornost jsou v popisu zanedbány hydraulické ztráty na cestě dusíku. V porovnání s dosavadním známým způsobem zkapalňování dusíku tedy dojde na výstupu z expanzní turbiny 2 ke snížení tlaku vystupujícího plynného dusíku o 0,03 MPa. Tím dojde ke zvýšení adiabatického spádu na expanzní turbině, ke zvýšení chladicího výkonu a ke větší produkci kapalného dusíku. V důsledku toho dojde i ke snížení měrné spotřeby energie na zkapalnění.The nitrogen is further compressed in the brake compressor 3 of the expansion turbine 9 to a pressure of 4.8 MPa. The nitrogen 14 exiting the braking compressor 3 is cooled with cooling water in the cooler 4 to a temperature of +35 ° C. The cooled nitrogen 15 is then fed to a pre-cooler 5 where it is cooled in countercurrent with a return stream of nitrogen 25. The cooled stream of pressurized nitrogen 16 is further cooled in the evaporator of the freon chiller by freon 26. Nitrogen 17 at -45 C is cooled in the main exchanger 7. countercurrent with a return nitrogen to about -110 ° C. The bulk of the cooled nitrogen 20, which constitutes approximately 80% of the total compressed amount, is fed to the expansion turbine 9 where the gas expands from a pressure of 4.8 MPa to a pressure of 0.57 MPa. Expansion work is directly used to compress nitrogen in the braking compressor 2 A smaller portion of the compressed cooled nitrogen is fed to the liquefier 8, where the nitrogen liquefies as a result of countercurrent heat exchange with the return nitrogen stream 23. The liquefied nitrogen 19 at 4.8 MPa is conducted into the injector 11 as a propellant. The energy of the liquefied nitrogen 19 is used to suck nitrogen 21 from the outlet of the expansion turbine 9. At the outlet of the injector, nitrogen 22 is wet steam at a pressure of 0.6 MPa. In the separator 10, the liquid phase is separated as the pressurized liquid nitrogen 24 exits the cycle, and the separated gas phase from the separator 10 is a backflow of nitrogen 23 which flows to the liquefier 8 at saturation temperature. . Thus, compared to the known known method of liquefying nitrogen, the pressure of the outgoing turbine 2 is reduced by 0.03 MPa. This will increase the adiabatic gradient on the expansion turbine, increase the cooling capacity and increase the production of liquid nitrogen. As a result, the specific energy consumption for liquefaction will also be reduced.
Podle jiného příkladného provedení může být dusík zkapalňován cyklem, který pracuje mezi 3 MPa a 0,1 MPa. Expanzní turbina potom pracuje mezi tlaky 3 MPa a 0,14 MPa. Využitím energie zkapalněného dusíku je možné snížit tlak na výstupu z expanzní turbiny, a tím zvětšit chladicí výkon cyklu. Způsobu je možné využít i v případě cyklu s dvěma expanzními turbinami. Úspora energie je tím větší, čím je větší celková termodynamická účinnost cyklu zkapalňování dusíku a čím je vyšší účinnost expanzních turbin. Způsobu zkapalnění lze využít i při zkapalňování vzduchu nebo kyslíku.In another exemplary embodiment, the nitrogen may be liquefied by a cycle that operates between 3 MPa and 0.1 MPa. The expansion turbine then operates between 3 MPa and 0.14 MPa. By utilizing the energy of liquefied nitrogen, it is possible to reduce the pressure at the outlet of the expansion turbine and thereby increase the cooling power of the cycle. The method can also be used in the case of a cycle with two expansion turbines. The energy savings are greater the greater the overall thermodynamic efficiency of the nitrogen liquefaction cycle and the higher the efficiency of the expansion turbines. The liquefaction method can also be used for liquefying air or oxygen.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Způsob a zařízení k provádění tohoto způsobu podle vynálezu nalezne uplatnění především v případech zkapalňování velkých množství dusíku, u kterých umožňuje dosáhnout snížení měrné spotřeby energie potřebné na zkapalnění jednoduchým a investičně nenáročným způsobem.The method and apparatus for carrying out the process according to the invention find particular application in cases of liquefaction of large amounts of nitrogen, in which it makes it possible to achieve a specific energy consumption for liquefaction in a simple and inexpensive manner.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS90177A CZ278803B6 (en) | 1990-01-15 | 1990-01-15 | Process of compressed nitrogen liquefaction,and apparatus for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS90177A CZ278803B6 (en) | 1990-01-15 | 1990-01-15 | Process of compressed nitrogen liquefaction,and apparatus for making the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ17790A3 CZ17790A3 (en) | 1994-04-13 |
| CZ278803B6 true CZ278803B6 (en) | 1994-07-13 |
Family
ID=5333473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS90177A CZ278803B6 (en) | 1990-01-15 | 1990-01-15 | Process of compressed nitrogen liquefaction,and apparatus for making the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ278803B6 (en) |
-
1990
- 1990-01-15 CZ CS90177A patent/CZ278803B6/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ17790A3 (en) | 1994-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4267701A (en) | Helium liquefaction plant | |
| US4169361A (en) | Method of and apparatus for the generation of cold | |
| US4242885A (en) | Apparatus for a refrigeration circuit | |
| US3677019A (en) | Gas liquefaction process and apparatus | |
| CN100510574C (en) | Cryogenic liquefying refrigerating method and system | |
| US4638639A (en) | Gas refrigeration method and apparatus | |
| GB2288868A (en) | Liquefaction of natural gas by expansion and refrigeration | |
| Kuendig et al. | Large scale hydrogen liquefaction in combination with LNG re-gasification | |
| CN113286977B (en) | Cooling method for liquefied raw gas | |
| JPH0319471B2 (en) | ||
| US3203191A (en) | Energy derived from expansion of liquefied gas | |
| WO2017121042A1 (en) | Method and apparatus for liquefying methane-rich gas through expansion refrigeration | |
| CN114812095B (en) | Super-flow helium refrigerator | |
| US3735601A (en) | Low temperature refrigeration system | |
| CN118463500A (en) | A liquid air energy storage system and method coupled with LNG cold energy | |
| CN105509359B (en) | A phase change wave rotor self-cascading refrigeration system and its working method | |
| JP3660748B2 (en) | Method and apparatus for hydrogen liquefaction using neon | |
| US6170290B1 (en) | Refrigeration process and plant using a thermal cycle of a fluid having a low boiling point | |
| JP4142559B2 (en) | Gas liquefaction apparatus and gas liquefaction method | |
| CZ278803B6 (en) | Process of compressed nitrogen liquefaction,and apparatus for making the same | |
| KR20200130252A (en) | Cooling system | |
| KR20230079372A (en) | Plants and methods for freezing and/or liquefying fluids | |
| RU2846018C1 (en) | Hydrogen liquefaction device and hydrogen liquefaction method using this device | |
| CN222812030U (en) | A two-stage precooling hydrogen liquefaction device | |
| US20250271207A1 (en) | Apparatus and method for compressing and liquefying gas |