Спосіб обробки та морського перевезення зрідженого природного газу

Реферат: Винахід належить до транспорту, зокрема до транспортування зріджених газів морськими суднами-газовозами. Спосіб обробки та морського перевезення зрідженого природного газу полягає в тому, що газ зріджують завдяки теплообміну зі зрідженим повітрям. Згідно з винаходом в порту вивантаження зрідженого природного газу його регазифікацію здійснюють за рахунок теплообміну зазначеного газу з повітрям, яке завдяки такому теплообміну зріджується. Одержане зріджене повітря завантажують в пусті танки судна-газовоза і транспортують в порт навантаження природного газу. Перед навантаженням природного газу його зріджують за допомогою регазифікації доставленого зрідженого повітря в процесі його теплообміну з природним газом, який при цьому зріджується. Завдяки такому процесу зрідження природного газу зменшуються витрати енергії на його зрідження та витрати на відповідне обладнання. UA 102392 C2 (12) UA 102392 C2 UA 102392 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до транспорту і може знайти застосування при перевезенні зріджених газів морськими суднами. Здебільшого винахід призначений для морських суден-газовозів, що перевозять зріджений природний газ (ЗПГ). Відомий аналогічний спосіб регенерації теплоти в газотурбінних установках (теплообмін між газами, що відпрацювали в турбіні, і повітрям, стиснутим компресором). Прототипом способу, що пропонується, є спосіб перевезення ЗПГ морським судном до порту вивантаження та регазифікації зрідженого газу після вивантаження. Зрідження газу здійснюється за допомогою складної каскадної холодильної установки (далі – установка зрідження), Процес зрідження потребує великих витрат енергії - витрата природного газу на приведення в дію двигунів установки зрідження дорівнює 7-10 % від маси одержаного зрідженого газу. Регазифікация ЗПГ здійснюється завдяки підводу теплоти від морської води або атмосферного повітря. При такому теплообміні даремно втрачається корисний запас холоду, який накопичений в ЗПГ. Існують пропозиції про використання перепаду температур між навколишнім середовищем і ЗПГ для генерації електричної (або механічної) енергії. Установка для генерації електричної енергії за рахунок регазифікації ЗПГ фактично є зворотним варіантом установки зрідження. Капітальні витрати на створення цієї установки в 10 разів більше витрат на побудову теплової електростанції такої ж потужності. Тому електроенергія, вироблена завдяки регазифікації ЗПГ, дорожче енергії, виробленої на тепловій станції. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу зрідження природного газу перед перевезенням, що зменшить витрати енергії на зрідження газу. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому способі обробки та морського перевезення зрідженого природного газу регазифікацію газу в порту вивантаження здійснюють за рахунок теплообміну з повітрям, яке завдяки такому теплообміну зріджується. Одержане рідке повітря завантажують в пусті танки судна-газовоза і транспортують в порт навантаження природного газу, де відбувається регазифікація доставленого повітря в процесі його теплообміну з природним газом, який зріджується при цьому. Можливі різні теплові схеми, що здійснюють вказану послідовність процесів. У більшості теплових схем кількість ЗПГ, одержаного в порту навантаження газу за рахунок регазифікації повітря, менше кількості ЗПГ, перевезеного до порту вивантаження. Таким чином, частина природного газу повинна зріджуватися за допомогою звичайної каскадної установки. Чим більша частина зрідженого газу виробляється в процесі регазифікації повітря, тим більше питома витрата енергії на одержання зрідженого газу таким шляхом у зв'язку з необхідністю зрідження більшої кількості повітря в порту вивантаження і збільшення питомої роботи на одержання 1 кг рідкого повітря. Слід відмітити, що середня питома витрата механічної енергії в розрахунку на всю кількість природного газу (одержаного в процесі регазифікації повітря та за допомогою установки зрідження) може при цьому зменшуватися. Як приклад застосування запропонованого способу доцільно розглянути теплову схему, при якій відсутні витрати енергії на одержання ЗПГ в процесі регазифікації повітря. Тоді завдяки регазифікації повітря зріджуються 24,3 % від загальної кількості ЗПГ. Перший закон термодинаміки при цьому не порушується, оскільки для одержання 24,3 % від загальної кількості ЗПГ використовується механічна робота, раніше витрачена на зрідження всієї кількостіприродного газу. В даній тепловій схемі в порту вивантаження завдяки теплообміну зі ЗПГ повітря охолоджується до температури Т0, близькій до температури насичення ЗПГ. Далі повітря стискується в багатоступеневому компресорі з проміжним охолодженням між ступенями до температури Т0. Одержане стиснуте рідке повітря багатоступенево дроселюється до атмосферного тиску, одержана після останнього дроселювання насичена рідина подається в танк газовозу, а насичена пара, яка з'являється в кожному ступені дроселювання, подається у відповідні ступені компресора. Рідке повітря далі перевозиться на судні до порту навантаження газу, де стискується насосом и регазифікується за рахунок теплообміну з природним газом, який в свою чергу зріджується. Потім повітря розширюється в детандері до атмосферного тиску і нагрівається до температури навколишнього середовища завдяки теплообміну з природним газом. При перевезенні рідкого повітря частина його буде випарюватися завдяки припливу теплоти в танки газовозу від навколишнього середовища. За даними [1] на газовозі з об'ємом танків 3 150000 м , що перевозить зріджений метан при тиску 0,103 МПа, протягом доби випарюється приблизно 0,15 % вантажу, тобто 94,90-10 кг метану. Теплота пароутворення метану при 6 вказаному тиску дорівнює 509,9 кДж/кг [2], тому в танки газовозу за добу притікає 48,3910 кДж 1 UA 102392 C2 5 10 15 20 25 теплоти. Для рідкого повітря при такому ж тиску перепад температур між навколишнім 6 середовищем і танком збільшиться на 33 К і приплив теплоти в танки складе 57,4610 кДж. Теплота пароутворення рідкого повітря при тиску 0,103 МПа дорівнює 200,9 кДж/кг [3], тому для 3 3 компенсації припливу теплоти повинно випарюватися 28610 кг повітря за добу і 572010 кг за 6 рейс протягом 20 діб. В той же час маса зрідженого повітря в танках газовозу складає 131,210 кг. Таким чином, протягом рейсу випариться тільки 4,4 % зрідженого повітря і склад його суттєво не зміниться. В розглянутій тепловій схемі для зрідження 24,3 % від загальної кількості ЗПГ необхідні 2 теплообмінних апарати и 2 турбомашини (компресор, що стискує повітря перед його зрідженням, і детандер, в якому розширюється повітря після регазифікації). Виконані нами розрахунки показали, що при продуктивності установки 1 кг ЗПГ в секунду сумарна потужність турбомашин складає 760 кВт, сумарне теплове навантаження теплообмінників - 3900 кВт. В звичайній установці для зрідження газу, яка працює за каскадною тепловою схемою, є 3 теплообмінних апарати і 3 турбомашини (компресори, що стискують метан, етилен і пропан). При вказаній вище продуктивності установки сумарна потужність турбомашин дорівнює 2200 кВт, а теплове навантаження теплообмінників - 6900 кВт. Таким чином, капітальні витрати на впровадження способу на нових виробництвах або на виробництвах, де треба збільшити кількість ЗПГ, що перевозиться, будуть приблизно в 2,5 рази менше капітальних витрат на установку зрідження такої ж продуктивності. Джерела інформації: 1. Tusiani M.D., Shearer G. LNG: A Nontechnical Guide. Tulsa, Oklahoma, USA: Pen Well Corporation, 2007. - 436 p. 2. Термодинамические свойства метана/ В.В. Сычев, А.А. Вассерман, В.А. Загорученко и др. - М.: Изд. Стандартов, 1979. - 349 с. 3. Термодинамические свойства воздуха/ В.В. Сычев, А.А. Вассерман, А.Д. Козлов и др. М.: Изд. Стандартов, 1978. - 275 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Спосіб обробки та морського перевезення зрідженого природного газу, що полягає в тому, що газ зріджують завдяки теплообміну зі зрідженим повітрям, який відрізняється тим, що в порту вивантаження зрідженого природного газу його регазифікацію здійснюють за рахунок теплообміну зазначеного газу з повітрям, яке завдяки такому теплообміну зріджується, одержане зріджене повітря завантажують в пусті танки судна-газовоза і транспортують в порт навантаження природного газу, в якому перед навантаженням природного газу його зріджують за допомогою регазифікації доставленого зрідженого повітря в процесі його теплообміну з природним газом, який при цьому зріджується. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2