運動環(huán)境中液化天然氣的制作方法
【專利摘要】在一個實施方案中，在運動環(huán)境中冷卻或液化工藝氣體的系統(tǒng)包括：(a)分離容器，其中分離容器包括運動抑制擋板，分離容器分離高壓制冷劑流，由此產(chǎn)生氣體制冷劑流和液體制冷劑流；(b)氣液制冷劑管，用于將液體制冷劑流從分離容器輸送到外熱交換器核；(c)至少一個外熱交換器核，其中外熱交換器核在釜的外部，液體制冷劑流與更熱的工藝流在外熱交換器核中經(jīng)歷間接熱交換，由此產(chǎn)生冷卻工藝流和氣化制冷劑流。
【專利說明】運動環(huán)境中液化天然氣
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求按照35 U.S.C.119(e)節(jié)的2011年12月20日提交的美國臨時專利申請序列號61/578，085的優(yōu)先權(quán)，該臨時申請的全部公開內(nèi)容在此通過引用并入。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及應(yīng)用殼-核式(core-1n-shell)熱交換器在運動環(huán)境中液化天然氣的系統(tǒng)和方法。
_4] 發(fā)明背景
[0005]天然的天然氣在可以經(jīng)濟輸送之前必須濃縮。近幾年因天然氣的環(huán)保、清潔燃燒特性，對其使用已經(jīng)顯著增加。燃燒天然氣產(chǎn)生的二氧化碳比任何其它化石燃料少，這很重要，因為二氧化碳排放已被確認為造成溫室效應(yīng)的明顯因素。隨著對環(huán)境問題增加的關(guān)注，液化天然氣(LNG)可能越來越多地用在人口密集的城區(qū)。
[0006]全世界有豐富的天然氣儲備。許多這些氣體貯備位于陸路不可到達的近海，在現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上被認為是被隔離的氣體貯備。氣體現(xiàn)有技術(shù)儲備比油儲備更快得到補充，這使得應(yīng)用LNG更重要以滿足未來能耗的需求。液態(tài)LNG所占據(jù)的空間比氣相天然氣少600倍。由于世界上許多區(qū)域因技術(shù)、經(jīng)濟或政治限制而不能通過管道到達，將LNG處理裝置近海安置并采用海上輪船以將近海LNG從處理裝置直接輸送到輸送輪船可減少初始資產(chǎn)花費，并使若非如此不經(jīng)濟的近海氣體儲備釋放。
[0007]浮動液化裝置是陸上液化裝置的近海替代方案，也是被隔離的近海貯備所用昂貴海底管道的替代方案。浮動液化裝置可以在近海停泊，或靠近氣體區(qū)域停泊，或停在氣體區(qū)域。它也代表可移動資產(chǎn)，當該氣體區(qū)域接近其產(chǎn)出周期結(jié)束時，或當經(jīng)濟、環(huán)境或政策條件要求時，它可以重新安置在新地點。
[0008]浮動液化裝置遇到的一個問題是氣化流體在熱交換器內(nèi)部晃蕩。在熱交換器內(nèi)晃蕩可能導致產(chǎn)生力，而這可以影響熱交換器的穩(wěn)定性和控制。如果允許氣化流體在熱交換器的殼內(nèi)自由晃蕩，運動的流體可以不利影響熱交換器管(heat exchange core)的熱效應(yīng)。此外，運動的周期性可能導致傳熱效率的周期行為，由此可能影響LNG液化裝置的工藝條件。這些不穩(wěn)定性可能導致更差的整體裝置性能，并可能導致更窄的操作底線和對可得生產(chǎn)能力的限制。
[0009]因此需要在運動環(huán)境中液化天然氣的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在一個實施方案中，在運動環(huán)境中冷卻或液化工藝氣體的系統(tǒng)包括:(a)分離容器，其中分離容器包括運動抑制擋板，分離容器分離高壓制冷劑流，由此產(chǎn)生氣體制冷劑流和液體制冷劑流；(b)氣液制冷劑管，用于將液體制冷劑流從分離容器輸送到外熱交換器核；(C)至少一個外熱交換器核，其中外熱交換器核在爸(kettle)的外部,液體制冷劑流與更熱的工藝流在外熱交換器核中經(jīng)歷間接熱交換，由此產(chǎn)生冷卻工藝流和氣化制冷劑流，其中冷卻工藝流被輸送到外熱交換器核外的位置；和(e)部分氣化制冷劑管，用于將部分氣化制冷劑從外熱交換器核輸送到分離容器，其中部分氣化制冷劑管提供最小壓降，部分氣化制冷劑管確保熱虹吸效應(yīng)得到維持。
[0011]在另一實施方案中，在運動環(huán)境中冷卻或液化工藝氣體的系統(tǒng)包括:(a)分離容器，其中分離容器分離制冷劑流，由此產(chǎn)生氣體制冷劑流和液體制冷劑流；(b)氣液制冷劑管，用于將液體制冷劑流從分離容器輸送到外熱交換器核；(c)至少一個外熱交換器核，其中液體制冷劑流與更熱的工藝流在外熱交換器核中經(jīng)歷間接熱交換，由此產(chǎn)生冷卻工藝流和氣化制冷劑流；和(d)部分氣化制冷劑管，用于將部分氣化制冷劑從外熱交換器核輸送到分離容器。
[0012]在另一實施方案中，在運動環(huán)境中液化天然氣的方法包括:(a)將制冷劑引入分離容器內(nèi)，由此產(chǎn)生氣體制冷劑流和液體制冷劑流，其中分離容器包括運動抑制擋板；(b)將液體制冷劑流引到外熱交換器核底部附近；(c)將更熱的工藝流引入外熱交換器核內(nèi)在液體制冷劑流上方的位置；(d)經(jīng)由與液體制冷劑流間接熱交換冷卻更熱的工藝流，由此產(chǎn)生冷卻工藝流和部分氣化制冷劑流；(e)從外熱交換器核移出冷卻工藝流和部分氣化制冷劑流；(f)將部分氣化制冷劑流輸送到分離容器；和(g)將冷卻工藝流輸送到外熱交換器核外的位置。
[0013]在另一實施方案中，在運動環(huán)境中液化天然氣的方法包括:(a)將制冷劑引入分離容器內(nèi)，由此產(chǎn)生氣體制冷劑流和液體制冷劑流；(b)將液體制冷劑流引到外熱交換器核底部附近；(C)將更熱的工藝流引入外熱交換器核內(nèi)在液體制冷劑流上方的位置；(d)經(jīng)由與外熱交換器核內(nèi)液體制冷劑流間接熱交換冷卻更熱的工藝流，由此產(chǎn)生冷卻工藝流和部分氣化制冷劑流；和(e)從外熱交換器核移出冷卻工藝流和部分氣化制冷劑流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]通過下面結(jié)合附圖的詳述部分可以最好地理解本發(fā)明及其進一步的優(yōu)點:
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案涉及外熱交換器核的分離容器的示意圖。
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案涉及多個外熱交換器核的分離容器的示意圖。
[0017]發(fā)明詳沭
[0018]現(xiàn)在詳細提及本發(fā)明的實施方案，其一個或多個實施例示于附圖。每個實施例提供用來解釋本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是在不偏離本發(fā)明范圍或精神下可以對本發(fā)明做各種修改和變化。例如，作為一個實施方案的部分所示或所述的特征可以用在另一實施方案中以形成又一實施方案。因此，本發(fā)明意在覆蓋在所附權(quán)利要求和其等同方案內(nèi)的這種修改和變化。
[0019]殼-核式熱交換器的主要設(shè)計提供熱工藝進料流與更冷氣化流體的交叉交換。氣化流體停留在壓力容器中，纖焊鋁緊湊交換器核安裝在此并完全浸沒在處于其沸點或接近其沸點的氣化流體中。液體被吸到交換器的底面，在此它接觸核內(nèi)更熱的表面。氣化流體于是通過交換器核通道傳熱。大部分的傳熱來自于氣化流體氣化的潛熱。進料流在其通過交換器核中通道相反側(cè)時被冷卻或冷凝。
[0020]殼-核式熱交換器的熱和水力學性能取決于交換器中的液位。氣化流體循環(huán)到交換器核內(nèi)的主要驅(qū)動力是熱虹吸效應(yīng)。熱虹吸效應(yīng)是自然熱對流力引起的被動的流體傳遞現(xiàn)象。流體氣化發(fā)生時，流體被加熱，流體密度下降。當它在通道中自然向上流動時，新鮮液體被吸入。這導致氣化流體受核內(nèi)的熱梯度引導而循環(huán)進核通道內(nèi)。通道中不是所有液體都氣化，通常液體和氣體的混合物向上輸送通過交換器核通道，并通過核頂排出。核上方必須為氣體和液體提供足夠空間以分離，以使僅氣體離開核的殼側(cè)的頂部段。在交換器上段分離的液體接著循環(huán)到容器底部，在此它在核中接著氣化。在殼-核式熱交換器上段分離液體和氣體的驅(qū)動力是重力。
[0021]核內(nèi)的熱虹吸效應(yīng)被核內(nèi)有效液位與核外液位之間的外水力壓力(液位差)增強或減弱。當殼中的液位下降，用于將液體轉(zhuǎn)移到交換器核內(nèi)的驅(qū)動力減小，有效傳熱減少。當液位下降到核以下時，氣化流體循環(huán)停止，其原因是熱虹吸效應(yīng)損失，其導致傳熱損失。如果熱交換器以高于核的液位運行，即溢流(flooded)，所轉(zhuǎn)移的熱進一步被損害，因為核中產(chǎn)生的氣體不得不克服額外的壓頭以從核中逸出。
[0022]為減少對保持殼內(nèi)必要液位的擔憂，從殼中移出纖焊鋁緊湊交換器核。圖1描繪與釜/分離容器42連接的外熱交換器核50的示例性構(gòu)造。
[0023]至少部分高壓液體制冷劑流經(jīng)由管道2離開LNG設(shè)施，已先前冷凝，并輸送到膨脹裝置(圖示為膨脹閥40)，在此流壓力下降，由此產(chǎn)生管道4中的膨脹制冷劑部分。膨脹閥40可以用作控制閥來控制分離容器42中的液位。至少部分的膨脹制冷劑流被引入分離容器42，由此產(chǎn)生管道6中的氣體制冷劑流和液體制冷劑流。在實施方案中，分離容器包括運動抑制擋板以減少液體晃蕩。運動抑制擋板52可以水平設(shè)置、垂直設(shè)置或其組合方式設(shè)置。分離容器內(nèi)的液面應(yīng)檢測和控制。分離容器也可以裝配堰板以確保液體在容器中的最小液位處得以維持。
[0024]部分液體制冷劑流經(jīng)由液體制冷劑管8被引入到外熱交換器核50的底部內(nèi)。較熱的工藝流經(jīng)由管道12也被引入到外熱交換器核50內(nèi)，由此較熱的工藝流經(jīng)由與液體制冷劑流間接熱交換而冷卻，從而產(chǎn)生冷卻工藝流和部分氣化液體制冷劑流。
[0025]部分氣化液體制冷劑流經(jīng)由管道16再循環(huán)到分離容器內(nèi)?？刂茪饣恳源_保適當?shù)臍怏w分散，并且兩相流動態(tài)保持在分散區(qū)域。控制管子尺寸和距離以確保最小壓降，并保持熱虹吸效應(yīng)。管道中的壓降越高，分離容器中的液位必須保持得越高，以確保向外熱交換器核的流動得以維持。分離容器內(nèi)部分氣化液體制冷劑輸送管道上方提供適當?shù)臍怏w分離空間，以確保再循環(huán)流保持分離。
[0026]液體制冷劑流的其余部分輸送到膨脹裝置(圖示為膨脹閥48)，在此該流壓力下降，由此產(chǎn)生管道18中的制冷劑溢流，其可用在后續(xù)制冷的低壓級。
[0027]外熱交換器核相對于其它下游工藝的定位設(shè)計靈活性和對于單個分離容器可以處理多個外熱交換器核。例如，圖2示出分離容器與多個外熱交換器核連接的若干個構(gòu)造。
[0028]交換器配置在分離容器外部還提供省去下游制冷劑壓縮機洗滌器的好處，因為壓力容器可以充當制冷劑分離容器和壓縮機抽吸洗滌器。
[0029]為使分離容器42的尺寸最小，可以安裝內(nèi)構(gòu)件如葉片除霧器、網(wǎng)墊(mesh pad)或旋流式葉片除霧器來使分離容器42的尺寸最小。
[0030]最后應(yīng)該提到:對任何參考文獻的討論不是承認它是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)，尤其是
【公開日】可能在本申請 優(yōu)先權(quán)日:之后的任何參考文獻。同時，以下每一項權(quán)利要求在此引入本申請的詳述部分或說明書作為本發(fā)明的其它實施方案。[0031]雖然已經(jīng)詳細描述本文所述的系統(tǒng)和方法，但應(yīng)該理解在不脫離如下面權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍下可以做各種變化、替換和改變。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠研究優(yōu)選實施方案并確認本文沒有準確描述的其它方式來實施本發(fā)明。本發(fā)明人的意圖是本發(fā)明的變化和等同方案都在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，而說明書、摘要和附圖并不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明具體意在像下面權(quán)利要求及其等同方案一樣的寬。
[0032]參考文獻
[0033]本文引用的所有參考文獻通過引用明確并入。對任何參考文獻的討論不是承認它是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)，尤其是
【公開日】可能在本申請 優(yōu)先權(quán)日:之后的任何參考文獻。為方便起見引入的參考文獻再次列表在此:
[0034]1.US6543210(Rostoucher ；Peterschmitt ；Vallat) ;"Cutting machine withimproved cutting mechanism" (2001)。
[0035]2.Lastnamej F.，et al.，"Article title, "J.Abbr.2:23-4 (2000)。
【權(quán)利要求】
1.一種在運動環(huán)境中冷卻或液化工藝氣體的系統(tǒng)，包括: a.分離容器，其中分離容器包括運動抑制擋板，分離容器分離高壓制冷劑流，由此產(chǎn)生氣體制冷劑流和液體制冷劑流； b.氣液制冷劑管，用于將液體制冷劑流從分離容器輸送到外熱交換器核； c.至少一個外熱交換器核，其中外熱交換器核在釜的外部，液體制冷劑流與更熱的工藝流在外熱交換器核中經(jīng)歷間接熱交換，由此產(chǎn)生冷卻工藝流和氣化制冷劑流，其中冷卻工藝流被輸送到外熱交換器核外的位置；和 d.部分氣化制冷劑管，用于將部分氣化制冷劑從外熱交換器核輸送到分離容器，其中部分氣化制冷劑管提供最小壓降，部分氣化制冷劑管確保熱虹吸效應(yīng)得到維持。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中運動抑制擋板水平設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中運動抑制擋板垂直設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中運動抑制擋板水平和垂直設(shè)置。
5.一種在運動環(huán)境中冷卻或液化工藝氣體的系統(tǒng)，包括: a.分離容器，其中分離容器分離制冷劑流，由此產(chǎn)生氣體制冷劑流和液體制冷劑流； b.氣液制冷劑管，用于將液體制冷劑流從分離容器輸送到外熱交換器核； c.至少一個外熱交換器核，其中液體制冷劑流與更熱的工藝流在外熱交換器核中經(jīng)歷間接熱交換，由此產(chǎn)生冷卻工藝流和氣化制冷劑流；和 d.部分氣化制冷劑管，用于將部分氣化制冷劑從外熱交換器核輸送到分離容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中制冷劑流被作為高壓液體制冷劑輸送到分離容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中分離容器包括運動抑制擋板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中運動抑制擋板水平設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中運動抑制擋板垂直設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中運動抑制擋板水平和垂直設(shè)置。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中部分氣化制冷劑管提供最小壓降。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中部分氣化制冷劑管確保熱虹吸效應(yīng)得到維持。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中冷卻進料流被輸送到外熱交換器核外的位置。
14.一種在運動環(huán)境中液化天然氣的方法，包括: a.將制冷劑引入分離容器內(nèi)，由此產(chǎn)生氣體制冷劑流和液體制冷劑流，其中分離容器包括運動抑制擋板； b.將液體制冷劑流引到外熱交換器核底部附近； c.將更熱的工藝流引入外熱交換器核內(nèi)在液體制冷劑流上方的位置； d.經(jīng)由與液體制冷劑流間接熱交換冷卻更熱的工藝流，由此產(chǎn)生冷卻工藝流和部分氣化制冷劑流； e.從外熱交換器核移出冷卻工藝流和部分氣化制冷劑流； f.將部分氣化制冷劑流輸送到分離容器；和 g.將冷卻工藝流輸送到外熱交換器核外的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中運動抑制擋板水平設(shè)置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中運動抑制擋板水平和垂直設(shè)置。
17.—種在運動環(huán)境中液化天然氣的方法，包括:a.將制冷劑引入分離容器內(nèi)，由此產(chǎn)生氣體制冷劑流和液體制冷劑流； b.將液體制冷劑流引到外熱交換器核底部附近； c.將更熱的工藝流引入外熱交換器核內(nèi)在液體制冷劑流上方的位置； d.經(jīng)由與外熱交換器核內(nèi)的液體制冷劑流間接熱交換冷卻更熱的工藝流，由此產(chǎn)生冷卻工藝流和部分氣化制冷劑流；和 e.從外熱交換器核移出冷卻工藝流和部分氣化制冷劑流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括(f)將部分氣化制冷劑流輸送到分離容器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括(g)將冷卻工藝流輸送到外熱交換器核外的位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中分離容器包括運動抑制擋板。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中運動抑制擋板垂直設(shè)置。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中運動抑制擋板水平設(shè)置。
23.根據(jù)權(quán)利要求1 9的方法，其中運動抑制擋板水平和垂直設(shè)置。
【文檔編號】F25J1/02GK104011487SQ201280063729
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月20日
【發(fā)明者】P·R·戴維斯, W·T·詹姆斯, S·P·格拉沃斯 申請人:科諾科菲利浦公司