專利名稱：從加壓液化天然氣中產生能量的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種用于對液化天然氣進行再氣化的方法，更特別地涉及一種用于對加壓液化天然氣(PLNG)進行再氣化的方法，通過對可得到的液化天然氣低溫沉淀的經濟使用而產生副產品能量。
背景技術：
天然氣經常在遠離其最終使用地的區域得到。很常見的情況是，這種燃料的產地與使用地之間被一巨大的水體分隔開，從而有必要用為這種運輸設計的大型容器運輸天然氣。天然氣一般以低溫液體在運載容器中跨海運輸。在接收終點，這種在常規實踐中壓力接近大氣壓而溫度約為-160℃(-256°F)的低溫液體必須在環境溫度和適當升高的壓力，一般為80大氣壓的壓力下被再氣化并輸送到一分配系統。這就需要增加實質的熱量以及用于處理在卸載過程中產生的LNG蒸氣的工藝。這些蒸氣有時稱為氣化氣體。
提出了許多不同的方法用于處理LNG卸載過程中產生的氣化氣體。氣化氣體的量可以是巨大的，特別是在一較高壓力下卸載LNG時。在一些LNG卸載過程中，根據LNG的壓力和組份，儲存容器中留下的蒸氣可構成產品質量的25％。回收氣化蒸氣的一種選擇是將它泵送出儲存容器而用作天然氣產品。運行抽真空泵所需的功率增加了，對于LNG卸載過程來講成為增加的成本。在工業上對于將使氣化蒸氣用于商業應用所需功率降到最小的工藝具有不斷的興趣。
提出了許多建議并已經建造了一些設備用于利用LNG巨大的低溫潛能。這些工藝中的某一些應用LNG氣化工藝來產生副產品能量，作為使用可得到的LNG低溫的一種方式。可得到的低溫是通過使用一熱沉淀能量源，如海水，大氣，低壓蒸氣以及燃料氣體來利用的。沉淀之間的熱傳導是通過將多成份熱傳導介質中的一個單獨成份用作熱交換介質而實現的。例如美國專利第4，320，303號將丙烷作為一閉環工藝中的熱傳導介質來發電。LNG液體通過液化丙烷而被氣化，該液體丙烷然后通過海水氣化，而氣化的丙烷用于驅動一渦輪機，該渦輪機驅動一發電機。從渦輪機排出的氣化丙烷然后加熱LNG，使LNG氣化而丙烷液化。
盡管將LNG用作低溫沉淀是公知技術，仍不斷地需要一種改進的方法，該方法使用液化天然氣的低溫沉淀，同時經濟而有效地從液化天然氣中加工氣化氣體用作一種產品。
概述本發明提供一種改進的方法，用于對加壓液化氣(PLNG)進行再氣化，同時從由液化氣產生的氣化蒸氣中生產一氣體產品，同時產生能量。氣化氣體從一儲存和/或處理設備中回收，并由一個或多個壓縮器壓縮。壓縮后，氣化蒸氣在一第一熱交換器中冷卻。冷卻的氣化氣體然后被進一步壓縮。然后氣化蒸氣在一第二熱交換器中加熱。將被再氣化的加壓液化氣被進一步加壓，最好加壓到再氣化產品所需的壓力。加壓液體然后被輸送到第一熱交換器，在該第一熱交換器中加壓液體由被壓縮的氣化蒸氣部分加熱，并至少部分被氣化。這些加壓氣體然后被輸送到一第二熱交換器，以進一步加熱加壓氣體，并產生一加壓氣態產品。本發明的方法同時通過在一封閉能量回路中使一第一熱交換介質循環通過第一和第二熱交換裝置而產生能量，該封閉回路的方法包括下列步驟(1)將第一熱交換介質輸送到第一熱交換器，與加壓的氣化氣相進行熱交換，與液化氣進行熱交換，以至少部分地液化第一熱交換介質；(2)通過泵壓對至少部分液化的第一熱交換介質進行加壓；(3)將步驟(2)中加壓的第一熱交換介質輸送通過第一熱交換裝置，以至少部分地對液化的第一熱交換介質進行氣化；(4)將步驟(3)中的第一熱交換介質輸送到第二熱交換器以通過與外部第二熱交換介質的熱交換進一步加熱第一熱交換介質，從而產生一加壓蒸氣；(5)將步驟(3)中氣化的第一熱交換介質輸送通過一膨脹裝置，將第一熱交換介質膨脹到一較低壓力，從而產生能量；(6)將步驟(5)中膨脹的第一熱交換介質輸送通過第一熱交換器；及(7)重復步驟(1)至(6)。
本發明的實踐提供了一種能能量源，該能量源能夠滿足從一儲存船中抽取氣化氣體所需的壓縮功率，并使氣體到液體的轉換過程的全部壓縮功率降到最小。
附圖簡介通過參考下面的詳細說明及附圖，本發明及其優點將得到更好的理解，其中附圖是本發明有代表性實施例的示意性流程圖。
圖1是本發明一實施例的示意性流程圖，表示再氣化LNG的方法。
圖2是本發明第二實施例的示意性流程圖。
附圖中所示流程圖表示實現本發明的方法的各種實施例。附圖不會排除在本發明其它實施例的范圍之外，其它實施例是對這些具體實施例正常的和期望的改進。為了表達簡單和清楚起見，在附圖中省略了各種所需的分系統，如閥，控制系統，及傳感器。
發明的詳細描述本發明的方法利用加壓液化天然氣(PLNG)的低溫來壓縮通過處理液化天然氣產生的氣化蒸氣，以產生一氣體產品，并提供一能量回路，該能量回路最好是為該工藝提供能量。本發明中，壓縮氣化蒸氣以產生壓力的全部壓縮能量需求可通過在壓縮階段之間帶有冷卻的至少兩個壓縮階段來實質性地減少。冷卻是由加壓液化天然氣的低溫提供的。
參照圖1，參考數字10表示一條向絕熱儲存容器30輸送PLNG的管道。儲存容器30可以是一岸上靜止儲存容器或者可以是船上的容器。管道10可以是用于向船上儲存容器加載的管道，或者可以是一條從一船上容器延伸到一岸上儲存容器的管道。在本發明的實踐中，儲存容器30中的PLNG一般處于約1724千帕(250磅/平方英寸)以上的壓力下，及一低于約-82℃(-116°F)的溫度下，且優選是在-90℃(-130°F)至-105℃(-157°F)之間。
盡管容器30中PLNG的一部分在儲存期間及儲存容器卸載期間會氣化成蒸氣，容器30中PLNG的主要部分還是通過管道1輸送到一適當的泵31而對液化氣加壓到一預定的壓力，最好是加壓到期望使用氣化天然氣的壓力，或適于通過管道輸送的壓力。從泵31排出的壓力一般在約4，137千帕(600磅/平方英寸)至10，340千帕(1，500磅/平方英寸)之間，更典型的是在約6，200千帕(900磅/平方英寸)至7，580千帕(1，100磅/平方英寸)之間。
從泵31排出的液化天然氣由管道2導引經過熱交換器32來至少部分地氣化PLNG。從交換器32出來的加壓天然氣由管道3導引經過一第二熱交換器33來進一步加熱天然氣流。氣化的天然氣然后由管道4導引到一適當的分配系統以用作燃料或通過一管道等進行輸送。
氣化的或位于儲存容器30上面的蒸氣由管道5導引到一壓縮器34來增加蒸氣的壓力。盡管圖1所示氣化蒸氣來自與對液化天然氣進行再氣化的儲存容器相同的儲存容器30，但氣化蒸氣也可以來自其它來源，如在向船和其它承載物或儲存容器加注液化氣時產生的蒸氣。從壓縮器34出來，加壓蒸氣由管道6導引到熱交換器32來冷卻蒸氣。冷卻的蒸氣由管道7導引到一第二壓縮器35來進一步增加蒸氣的壓力，最好是增加到管道4中氣體產品的壓力。從壓縮器35出來的蒸氣然后由管道8導引到熱交換器33用于再冷卻，并通過管道13排放而用作加壓天然氣產品。管道13中的天然氣最好與管道4中的天然氣相結合而輸送到一管道或用于其它適當的用途。
熱傳導介質在一封閉的回路中循環。熱交換介質通過管道15從第一熱交換器32傳送到一泵36，在該泵36中熱傳導介質的壓力被提高到一升高的壓力。回路中介質的壓力取決于所需回路的性質以及所用介質的類型。處于液態及升高的壓力下的熱傳導介質從泵36出來后，由管道16導引到熱交換器32，熱交換介質在熱交換器32中被加熱。從熱交換器32出來，熱傳導介質由管道17導引到熱交換器33，熱傳導介質在熱交換器33中被加熱。
來自一些適當的熱源的熱量由管道18引導到熱交換器33，而冷卻的熱源介質從熱交換器出來通過管道19。可以使用任何常規的低成本熱源；如大氣，地表水，海水，河水，或廢棄的熱水或蒸氣。來自熱源的熱量經過熱交換器33傳遞給熱傳導介質。該熱傳導使熱傳導介質氣化，從而以具有升高壓力的氣體的形式通過管道20離開熱交換器33。該氣體通過管道20到達一適當的加工設備37。設備37最好是一渦輪機，但也可以是通過氣化熱傳導介質的膨脹來操作的發動機的任何其它形式。通過加工設備37后熱傳導介質的壓力減小，產生的能量可以任何所需的形式回收，如渦輪機的旋轉，可用于驅動發電機或驅動再氣化過程中所用的壓縮器(如壓縮器34和35)和泵(如泵31和36)。
減小壓力的熱傳導介質從加工設備37通過管道21導引到第一熱交換器32，熱傳導介質在其中被至少部分地冷凝，最好是全部冷凝，而LNG通過熱量從熱傳導介質向LNG的傳導而被氣化。被冷凝的熱傳導介質從熱交換器33通過管道15排到泵36，從而使冷凝的熱傳導介質的壓力實質上增加了。
熱傳導介質可以是任何冰點在加壓液化天然氣的沸點溫度之下的流體，不會在熱交換器32和33中形成固體，且在通過熱交換器32和33時具有高于熱源冰點溫度而低于熱源實際溫度的溫度。因此熱傳導介質在它循環通過熱交換器32和33過程中可以是液態，以交替地將顯熱傳導到和傳導出熱傳導介質。但優選的是，所用的熱傳導介質在循環通過熱交換器32和33過程中經歷至少部分的相變，而導致潛熱的傳導。
優選的熱傳導介質具有中等的蒸氣壓力，其溫度介于熱源實際溫度和熱源冰點溫度之間，在通過熱交換器32和33過程中使熱傳導介質氣化。同樣，為了進行相變，熱傳導介質必須可在一高于加壓液化天然氣的沸點溫度的溫度下液化，這樣熱傳導介質在通過熱交換器32過程中將被冷凝。熱傳導介質可以是一單純化合物，也可以是具有這樣的成份的化合物的混合，即熱傳導介質在高于液化天然氣的氣化溫度范圍的一個溫度范圍內冷凝。
盡管在本發明的實踐中商業致冷劑可用作熱傳導介質，但優選的熱傳導介質是每個分子中含1至6個碳原子的碳氫化合物，如丙烷、乙烷和甲烷，及它們的混合物，特別是由于它們一般至少以最小量存在于天然氣中，并因而容易得到。
圖2示出本發明另一個實施例，在該實施例中具有與圖1中部件相同號碼的部件具有相同的加工功能。但本領域技術人員將認識到，從一個實施例到另一個實施例，加工設備在尺寸上，以及在對不同流體流速、溫度和組份的處理能力上會有變化。除對從儲存容器30出來的蒸氣流的壓縮和冷卻外，圖2中所示工藝與圖1中所示工藝基本相同。圖2中，蒸氣流經受壓縮器34、35和38的三個壓縮階段，分三個階段提高管道5中蒸氣的壓力，優選的是大致與管道4中蒸氣的壓力相同。參照圖2，氣流5傳送到第一壓縮器34，而被壓縮的蒸氣由管道6傳送經過熱交換器32以冷卻管道6中的蒸氣。從熱交換器32出來的蒸氣(通過管道7)被導向到第二壓縮器35以進一步增加蒸氣的壓力。蒸氣從壓縮器35出來由管道8導引穿過熱交換器32進行再冷卻。然后冷卻的蒸氣從熱交換器32出來由管道9導引到第三壓縮器38，該第三壓縮器38將壓力提高到所需的最終壓力。加壓的天然氣從壓縮器38出來由管道11導引穿過熱交換器33以加熱天然氣，然后可由管道12傳送到一適當的產品分配系統。
在通過壓縮器34、35和38機組壓縮氣體蒸氣的工藝中，由這些壓縮器增加的壓力最好不一樣。由于從壓縮器38出來的最終排放壓力經常高于被壓縮流體的臨界壓力，壓縮器38可壓縮一密相流體，壓縮密相流體所需的功率小于壓縮同等量的蒸氣所需功率。如果壓縮器38壓縮一密相流體，壓縮器38的壓縮率最好高于壓縮器34和35的壓縮率。如果最終壓縮階段壓縮一密相流體，通過使機組中最后的壓縮器承擔更大的壓縮任務可將壓縮機組的全部功率需求降到最小。但是，如果最終壓縮階段的壓力并未處于被壓縮流體的臨界壓力之上，使最后壓縮器的壓縮率高于其它壓縮器的壓縮率并沒有明顯的好處。各階段最優的壓力值可由本領域技術人員用商業上可得到的加工模擬器很容易地確定。
示例完成一模擬的質量和能量平衡來表示如圖2所示的本發明第二實施例，其結果在下面的表1和表2中列出。表中的數據設定PLNG生產率為約752MMSCFD，熱傳導介質包含50％-50％甲烷-乙烷二元混合物。蒸氣流5的輸入條件為初始和最終壓力的幾何平均值和儲存容器30的溫度條件。表中的數據是用稱作HYSYSTM的商業上可得到的工藝模擬程序來獲得的。但是，也可以使用其它商業上可得到的工藝模擬程序來開發數據，包括例如本領域技術人員熟悉的HYSIMTM，PROIITM，及ASPEN PLUSTM。提供表中所列的數據是為了更好地理解本發明，但本發明并不解釋為不必要地局限于此。溫度和流速不認為是對本發明的限制，從此處的教導的觀點看，本發明在溫度和流速上可以有許多變化。
表1 *每天百萬標準立方英尺表2在兩種模擬情況下對壓縮器34、35和38及泵31和36的功率要求進行比較情況1是沒有階段間的冷卻，情況2是有階段間的冷卻。情況1中，假定氣化的氣體由壓縮器34、35和38壓縮而不使氣化蒸氣穿過熱交換器32。情況2中，氣化蒸氣按照圖2所示實施例所描述的本發明的實踐進行加工。
表2
表2中的數據顯示，圖2中所示實際實施例(情況2)需要的功率比情況1中的總功率需求少15％(9，020kW比10，649kW)。在情況1和情況2中，渦輪機37產生的能量都多于運行壓縮器和泵所需的能量。在進入壓縮器34和38之前將氣化蒸氣(圖2中的氣流6和8)冷卻到-84℃(-119°F)實質上降低了用于壓縮的功率需求。另外，氣化氣體也提供了熱交換器32中的部分加熱任務，以加熱氣流2中的液化氣。
本領域技術人員，特別是受到本專利教導的人將認識到對于上面公開的特殊方法具有許多改進和變形。例如，根據本發明，可依據系統的整體設計以及液化天然氣的組份、溫度和壓力，使用多種溫度和壓力。如上所述，具體公開的實施例和示例不能用來限制和局限本發明的范圍，本發明的范圍由下面的權利要求及它們的等同物確定。
權利要求
1．一種用于回收能量的方法，其中將液化天然氣氣化并利用了低溫潛能，包括以下步驟(a)將液化天然氣加壓到一預定壓力；(b)將加壓的液化天然氣輸送通過一第一熱交換器，從而將液化天然氣氣化；(c)將氣化天然氣輸送通過一第二熱交換器，從而對氣化天然氣進行加熱，以產生一第一蒸氣產品；(d)將一作為工作流體的致冷劑在一封閉回路中進行循環，通過該第一熱交換器以冷凝該致冷劑并加熱該液化氣，通過一泵以對冷凝的致冷劑進行加壓，通過一第二熱交換器，在該第二熱交換器中從熱源吸收熱量以氣化該加壓的致冷劑，并通過一加工設備來產生能量；(e)用一第一壓縮裝置壓縮氣化的蒸氣；(f)將被壓縮的氣化蒸氣輸送通過該第一熱交換器，以冷卻氣化的蒸氣并加熱液化氣；及(g)通過一第二壓縮裝置進一步壓縮氣化蒸氣并將壓縮蒸氣從該第二壓縮裝置輸送到該第二熱交換器，以加熱該氣化蒸氣，從而產生一第二蒸氣產品。
2．如權利要求1所述的方法，其中步驟(f)中的冷卻的氣化蒸氣通過一第三壓縮裝置進一步壓縮，將進一步壓縮的氣化蒸氣輸送通過第一熱交換器，在步驟(g)之前對氣化蒸氣進行再冷卻。
3．如權利要求1所述的方法，其中步驟(e)中的氣化蒸氣具有一高于約1，724千帕(250磅/平方英寸)的壓力，和一介于約-80℃(-112°F)和-112℃(-170°F)之間的溫度。
4．如權利要求1所述的方法，其中將被再氣化的加壓液化天然氣具有高于約1，724千帕(250磅/平方英寸)的初始壓力，和一介于約-80℃(-112°F)和-112℃(-170°F)之間的溫度。
5．如權利要求1所述的方法，其中用于第二熱交換器的熱源是水。
6．如權利要求1所述的方法，其中用于第二熱交換器的熱源是從主要包含下列各項的組中選擇的一種熱流體空氣，地表水，海水，河水，廢棄的熱水和蒸氣。
7．如權利要求1所述的方法，其中致冷劑包括每個分子中含有1至6個碳原子的碳氫化合物的混合物。
8．如權利要求1所述的方法，其中一發電機與該加工設備相聯，以驅動一發電機。
9．如前述任一權利要求所述，并基本上如此處參照或不參照示例和/或附圖所描述的方法。
全文摘要
一種方法,該方法利用加壓液化天然氣(PLNG)的低溫壓縮通過處理液化天然氣而產生的氣化蒸氣,以產生一較高壓力的氣體產品,同時產生能量,該能量最好為該工藝提供至少一部分能量。PLNG被加壓,輸送到一第一熱交換器(32)用于氣化,氣化材料被輸送到一第二熱交換器(33)用于進一步加熱以產生一第一氣體產品。一致冷劑在一封閉回路中循環通過第一熱交換器以加熱PLNG,通過一泵(36)以對致冷劑加壓,通過一第二熱交換器以氣化該致冷劑,及通過一加工設備(37)以產生能量。氣化氣體被壓縮并輸送通過第一熱交換器,進一步壓縮,然后輸送通過第二熱交換器以產生一第二氣體產品。
文檔編號F17C9/02GK1295646SQ99804534
公開日2001年5月16日 申請日期1999年3月26日 優先權日1998年3月27日
發明者羅納德·R·鮑恩, 摩西·明塔 申請人:埃克森美孚上游研究公司