ООО "Холодильное дело"
В РОССИИ ХОЛОД ЗА НАС!
 

Главная
Новости
Издания
Публикации
Поиск
Литература
П.О.
Компакт-диск
Подписка
Реклама
Реквизиты
Карта сайта

Copyright © 2001-2017,
ИД «Холодильное дело»

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru

"Новые российские технологии по сжижению природного газа на основе криогенных машин Вюлемье-Такониса"

Статья из журнала "ХБ" № 12/2003 г.

 

Несмотря на перспективность использования СПГ в качестве моторного топлива для автомобильного транспорта, большинство руководителей автохозяйств России занимают выжидательную позицию по отношению к этому вопросу, что связано, прежде всего, с отсутствием широкой сети заправочных станций СПГ, гарантировано обеспечивающих применение однотопливных газовых двигателей. Поэтому только решение проблем организации снабжения сжиженным природным газом потенциальных потребителей позволит утверждать, что СПГ действительно является для Российской Федерации "моторным топливом ХХI века".

Анализ циклов и способов сжижения технических газов показывает, что эффективное сжижение газа низкого давления может быть осуществлено за счет принципа внешнего охлаждения. В ожижителях, используемых только на внешнеее охлаждение, природный газ не участвует в процессе внутреннего охлаждения. В таких системах для внешнего охлаждения могут использоваться рефрижераторы любого типа, обеспечивающие понижение температуры вплоть до нормальной температуры конденсации ожижаемого природного газа. Поскольку производительность индивидуальных и гаражных заправочных станций невелика (от 20 до 500 л/ч СПГ), то в них могут быть использованы криогенераторы Стирлинга, Эриксона, Вюлемье-Такониса и т.д.

По техническим решениям автора, в настоящее время создана опытно-промышленная серия гаражных заправочных станций СПГ "Газотрон" на основе КГМ Стирлинга. Они производится в соответствии с ТУ РШФА.027239.002ТУ, имеют заключение промышленной безопасности, сертифицированы Госстандартом и допущены к применению Госгортехнадзором РФ.

Результаты эксплуатации опытно-промышленной установки на основе КГМ Стирлинга и технико-экономические расчеты показали, что стоимость 1 л СПГ, полученного при серийном производстве заправочных станций СПГ, не превышает 2 рублей, что в 2,5 раза ниже стоимости моторного топлива, рассчитанной в эквиваленте к бензину. При этом окупаемость самих станций составит от 2,5 до 3 лет.

Развитием теории создания малогабаритных установок по сжижению природного газа низкого давления является создание гаражных заправочных станций СПГ с применением теплоиспользующих криогенных газовых машин (ТКГМ) Вюлемье-Такониса, работающих по совмещенному циклу "Стирлинг-Стирлинг". Это направление особенно перспективно в условиях отсутствия или дефицита электрической энергии. Специфика машин Вюлемье-Такониса заключается в совмещении в одном агрегате криогенной машины и теплового двигателя, который предназначен для привода машины без промежуточного преобразования тепловой энергии в другие виды энергии. Другими словами, конструкция машины Вюлемье-Такониса представляет собой единую, механически замкнутую систему, состоящую из криогенной машины Стирлинга и двигателя Стирлинга, причем последний развивает такую мощность, которая необходима холодильной машине. Цикл осуществляется за счет подвода теплоты от внешнего источника, в качестве которого используется теплота сгорания природного газа. Как показывает практика, машина Вюлемье-Такониса может эффективно работает на криогенном уровне до 15 К.

В ТКГМ Вюлемье-Такониса процесс ожижения природного газа идет при атмосферном давлении, без его предварительного сжатия. Это позволяет делать установки по сжижению ПГ компактными и простыми в обслуживании. Важной особенностью применения ТКГМ при создании гаражных заправочных пунктов является возможность сжижения 100 % подаваемого газа низкого давления.

В связи с разработкой концепции перевода автотранспорта РФ на СПГ автором разработано несколько схем [см.лит.] На рисунке изображена автономная установка для получения СПГ на основе воздухоохлаждаемой ТКГМ (патент РФ № 2159400). Эффективность предлагаемой установки, использующей в качестве топлива этот же природный газ, повышается за счет утилизации теплоты сгорания для подогрева поступающего воздуха.

Установка состоит из машины Вюлемье-Такониса 1, в состав которой входит камера сгорания 2, промежуточный холодильник 3, теплообменник нагрузки (охладитель) 4. Движение и порядок распределения рабочего тела внутри машины 1 обеспечивается возвратно-поступательным движением поршневой группы двигателя и холодильной машины.

Автономная установка для получения СПГ работает следующим образом. В камеру сгорания 2 с помощью компрессора 8 подается по магистрали 7 воздух из окружающей среды, которой проходит через промежуточный теплообменник 3 и подогревается в теплообменнике 9, а также природный газ по магистрали 5 через регулирующий клапан 6 из газопровода 16. Образовавшееся в результате сгорания теплота передается рабочему телу двигателя машины Вюлемье-Такониса 1, за счет которого, используя возвратно-поступательное движение поршневой группы, генерируется холод криогенного уровня в теплообменнике нагрузки 4.

art_rb_12_2003.gif (4484 bytes)

Принципиальная схема автономной установки по сжижению природного газа на основе ТКГМ Вюлемье-Такониса.

Отработанные газы из камеры сгорания 2 поступают в теплообменник 9, где остаточным теплом подогревают воздух, подаваемый в камеру сгорания 2, а затем удаляются в окружающую среду. Воздух, подаваемый компрессором 8, проходит через промежуточный теплообменник 3, охлаждая ТКГМ, подогревается в теплообменнике 9 и с помощью распределительного клапана 10 в необходимом количестве поступает в камеру сгорания 2. Природный газ из трубопровода 16 по магистрали сжижения 11 через регулирующий клапан 12 поступает в дроссельный клапан 13, после которого, расширяясь, предварительно охлаждается, собирается в расширительной емкости 14 и поступает в теплообменник нагрузки 4, где сжижается за счет теплообмена с рабочим телом ТКГМ. Затем сжиженный природный газ сливается в теплоизолированную емкость 15, предназначенную для хранения сжиженного газа.

Предлагаемые автором технология сжижения природного газа низкого давления на основе КГМ Стирлинга и ТКГМ Вюлемье-Такониса позволяют создать инфраструктуру производства СПГ для перевода автотранспорта РФ на дешевый и экологически чистый вид моторного топлива. При этом учитывается специфика общественного и промышленного транспорта крупных российских городов, основанная на принципе автономности - размещении заправочных станций непосредственно на территории автопредприятий и гаражей, а также обеспечении низкой себестоимости СПГ и независимости от внешних поставщиков.

ЛИТЕРАТУРА

Кириллов Н. Г.: Концепция создания инфраструктуры производства сжиженного природного газа как моторного топлива для автомобильного транспорта Российской Федерации //Науч.-техн. сб. Сер. Природный газ в качестве моторного топлива. - Газовая промышленность, №1, 2002, с.16-31.

###

 

Н. Г. Кириллов, федеральный эксперт научно-технической сферы (Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского)

 

«VIV Russia 2017»

«КРИОГЕН-ЭКСПО. Промышленные газы 2017»

Кафедра «Техника низких температур»

Кондиционеры, тепловые насосы, системы вентиляции