Search

В статье приводятся результаты исследований, касающиеся особенностей получения синтетических гидратов метана и этана в камерах- реакторах высокого давления закрытого типа. Установлено, что процесс получения газогидратов в изохорных условиях имеет разный по времени индукционный период, продолжительность которого в процессе образования гидратов этана меньше, чем для гидратов, образующихся из метана. Показано, что наличие дополнительных металлических поверхностей роста внутри камеры- реактора приводит к сокращению периода индукции и к повышению массового содержания гидрата в смеси «лед –гидрат». Расчетами показано, что состав синтетически полученных гидратов метана описывается как 7.67CH4*46H2O, а состав гидрата этана практически идеален- 5.95С2Н6*46Н2О. Результаты исследования могут использоваться для разработки новых технических приемов повышения эффективности процесса перевода газа в твердое концентрированное состояние и создания газогидратных технологий как самостоятельного вида транспортировки и хранения углеводородного сырья.

The interest for application in refrigerating machines the natural coolants are permanently grows. To them includes such hydrocarbons as R290, R600a and R600, and also non-azeotropic mixtures on their basis. The authors developed the united equations of condition of hydrocarbons R170, R290, R600a and R600 and possible non-azeotropic mixtures for account of thermodynamic properties and characteristics of cycles. The classification of thermodynamic non-regenerative and regenerative cycles of refrigerating machines is developed, in which the specified mixtures are used as working fluids. The results of comparative tests of several hermetic compressors working on R12, R134a, hydrocarbons and their mixtures are resulted. The generalized mathematical model of hermetic compressor describing volumetric and power losses in function from a degree of increase of pressure is created. Is put and solve the task of definition the optimum meanings of cycles pressure on mixtures and structures answering to the extremum of assigned efficiency function. The ways of the further improvement of the characteristics of small refrigerating machines with non-azeotropic mixtures of hydrocarbons as by effective working fluids are shown., Постоянно растет интерес к применению в холодильных машинах натуральных хладагентов. К ним относятся и такие углеводороды, как R290, R600а и R600, а также неазеотропные смеси на их основе. Для расчета термодинамических свойств и характеристик циклов авторами разработаны единые уравнения состояния углеводородов R170, R290, R600а и R600 и возможных неазеотропных смесей. Предложена классификация термодинамических нерегенеративных и регенеративных циклов холодильных машин, в которых в качестве рабочих тел используются указанные смеси. Приводятся результаты сравнительных испытаний нескольких герметичных компрессоров, работающих на R12, R134а, углеводородах и их смесях. Создана обобщенная математическая модель герметичного компрессора, описывающая объемные и энергетические потери в функции от степени повышения давления. Поставлена и решена задача определения оптимальных значений давлений циклов на смесях и их составов, отвечающих экстремуму задаваемой целевой функции. Показаны пути дальнейшего улучшения характеристик малых холодильных машин с неазеотропными смесями углеводородов как эффективными рабочими телами.

Opportunities of increase of efficiency of reprocessing of associated petroleum gas on unit of low-temperature condensation (LTC) are considered. For this purpose is offered to replacement of propane in propane refrigerating unit (PRU) included at LTC as an external cooler, on a mixture propane/ethane (R290/R170). At work on a mixture is possible to receive lower temperatures which allow to increase a degree of extraction of productional hydrocarbons. Mixture R290/R170 enables to make a cold at two temperature levels. For this purpose is offered to make changes to the circuit of existing PRU., Рассматриваются возможности повышения эффективности процесса переработки попутного нефтяного газа на установке низкотемпературной конденсации (НТК). Для этого предложена замена пропана в пропановой холодильной установке (ПХУ), входящей в состав НТК в качестве внешнего охладителя, на смесь пропан/этан (R290/R170). При работе на смеси удаётся получать более низкие температуры, которые позволяют увеличить степень извлечения продукционных углеводородов. Смесь R290/R170 даёт возможность производить холод на двух температурных уровнях. Для этого предложено внести изменения в схему существующей ПХУ.

Низкокалорийное энергетическое сырьё может использоваться для производства генераторного газа. Описывается структура созданной для этой цели установки. Получаемый газ содержит CH4, CnHm, H2, CO, CO2 и N2. Для извлечения из него углеводородов разработаны две установки: одна может производить жидкие метан и этан, а другая — жидкую метаноэтановую фракцию. На их основе можно создавать автономно действующие комплексы. Для обеспечения их энергией предлагается использовать когенерационные установки, работающие на сбросных потоках газа (Н2, СО и N2). При потреблении 1000 нм3/ч (933 кг/ч) генераторного газа комплекс может производить 113 кг/ч жидкого СН4, 31 кг/ч жидкого С2Н6, 195 кг/ч жидкого низкотемпературного СО2 и 330 кВт электрической мощности. В случае производства газообразной метаноэтановой смеси при давлении 22 МПа, которая как моторное топливо может применяться для заправки баллонов, затраты снижаются более чем в 1,5 раза., Low-calorie power raw material can be used for manufacture of generating gas. The structure of the installation created for this purpose is described. Generating gas contains CH4, CnHm, H2, CO, CO2 and N2. For extraction from it hydrocarbons two installations are developed: one can make liquid methane and ethane, and another — liquid methane-ethane fraction. On their basis it is possible to create independently working complexes. For maintenance with their energy it is offered to use co-generation installations working on a waste stream of gas (H2, CO and N2). At consumption 1000 nm3/h (933 kg/h) synthesis-gas a complex can made 113 kg/h liquid СН4, 31 kg/h liquid С2Н6, 195 kg/h liquid low-temperature СО2 and 330 kW of electric capacity. In case of manufacture gaseous methane-ethane mixes at pressure 22 MPa which as motor fuel is used for refuelling cylinders, expenses are reduced more than in 1,5 times.

Equation of state for ethane-propane mixture has been made as a combination of Helmholtz free energy of mixture components and the components interaction function. Coefficients of the equation have been determined on the base of experimental data on mixture's density at temperatures from 195 K to 400 K and at pressure up to 34,6 MPa including the conditions of phase equilibrium. The thermodynamic behavior of mixture at saturation state has been analyzed. It has been stated that the difference of temperatures of saturated vapor and liquid on isobars for different compositions reach 20 K. The refrigerating coefficient values and cold-productivity specific volume of the one-step refrigerating machine cycle using the ethane-propane mixture as a working body have been calculated., Составлено уравнение состояния смеси этан-пропан в виде комбинации свободных энергий Гельмгольца компонентов смеси и функции взаимодействия компонентов. Коэффициенты уравнения определены на основании экспериментальных данных о плотности смеси при температурах от 195 до 400 К и давлениях до 34,6 МПа с учётом условий фазового равновесия. Проанализировано термодинамическое поведение смеси в состоянии насыщения. Установлено, что разность значений температуры насыщенных пара и жидкости на изобарах для разных составов достигает20 К. Рассчитаны значения холодильного коэффициента и удельной объёмной холодопроизводительности цикла одноступенчатой холодильной машины при использовании смеси этан-пропан как рабочего тела.

At present much liquefied natural gas is being supplied by methane carriers to the receiving terminals of this cryogenic power sources in countries-importers.The processes of LNG regasification can be carried out simultaneously with the work production. A thermodynamic model of reversible processes in which cold exergy transforms into work is built. It is shown that the peak work got in the reversible processes of regasification, is determined as a difference of exergies at the end and beginning of the process. The unit scheme in which the exergy of LNG cold is used for getting work has been examined. Different mixtures on the base of methane, ethane, propane and butane were applied in a force loop. The best mixtures were got in the application of binary mixtures of propane with butane. Exergic efficiency coefficient of the unit is 21,4 %., Большие количества сжиженного природного газа (СПГ) в настоящее время доставляются метановозами на приёмные терминалы этого криогенного энергоносителя в странах-импортёрах. Процессы регазификации СПГ можно осуществлять одновременно с производством работы. Построена термодинамическая модель обратимых процессов, в которых эксергия холода преобразуется в работу. Показано, что максимальная работа, получаемая в обратимых процессах регазификации, определяется как разность эксергий в конце и начале процесса. Рассмотрена схема установки, в которой эксергию холода СПГ используют для получения работы. В силовом контуре установки применялись различные смеси на основе метана, этана, пропана и бутана. Лучшие результаты получены при применении бинарных смесей пропана с бутаном. Эксергетический КПД установки составляет 21,4 %.

In the existing complexes of low-temperature condensation for extraction of the wide fraction of light hydrocarbons (WFLH) out of associated petroleum gas (APG) the external refrigeration cycles are often used. On their basis the compressor installations operating on propane are created. The shortcoming of these installations is that the produced cold is of the same level of temperature that leads to losses from irreversibility while cooling APG stream in a wide interval of temperatures. For the purpose of reducing the loss the cold production should be organized at several temperature levels and the final WFLH temperature should be lowered. For this purpose as a working medium non-azeotropic mixture of propane and ethane (R290/R170) is suggested to use. For the further improvement of the installation its design was somewhat changed and some additional devices were added for providing more efficient heat regeneration. The optimum value of the minimum difference of temperatures in the processes of heat recuperation which corresponds to the minimum of the total costs for the installation modification has been found. It was found that WFLH output in the modified installation increased by 5 % in comparison with the propane installation, and that would allow to cover the expenses for additional investments in no more than a year., В существующих комплексах низкотемпературной конденсации при извлечении широкой фракции лёгких углеводородов (ШФЛУ) из попутного нефтяного газа (ПНГ) часто применяются внешние холодильные циклы. На их основе создаются компрессорные установки, работающие на пропане. Недостаток этих установок — производство холода на одном температурном уровне, что приводит к потерям от необратимости при охлаждении потока ПНГ в широком интервале температур. С целью уменьшения этой потери необходимо производить холод на нескольких температурных уровнях и снизить конечную температуру ШФЛУ. Для этого предложено в качестве рабочего тела использовать неазеотропную смесь пропана и этана (R290/R170). Для дальнейшего совершенствования установки в её схему были внесены изменения и включены дополнительные аппараты для обеспечения более эффективной регенерации тепла. Найдено оптимальное значение минимальной разности температур в процессах рекуперации тепла, соответствующее минимуму суммарных затрат на модифицирование установки. Показано, что по сравнению с пропановой установкой выход ШЛФУ в модифицированнной установке возрастает на 5 %, что позволит окупить дополнительные инвестиции в срок не более года.