用于再液化天然氣的方法和裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】用于再液化天然氣的方法和裝置
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于再液化天然氣的方法和裝置。
[0002]特別而言，本發(fā)明涉及一種用于再液化從通常在船上或其它航海船只上的液化天然氣(LNG)儲(chǔ)存罐汽化的天然氣的方法。
[0003]美國(guó)專利申請(qǐng)2007/0256450 A、2009/0158773 A 和 2009/0158774 都公開(kāi)了液化從其中從其壓縮上游的汽化氣體恢復(fù)制冷的儲(chǔ)存罐汽化的天然氣(“汽化”氣體)的方法。壓縮的汽化氣體在其壓縮的下游被再液化。壓縮的汽化氣體在熱交換器中被預(yù)冷卻，通過(guò)該熱交換器的相同氣體以以下方式穿過(guò)其壓縮的上游:壓縮汽化氣體的溫度可降低到遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度且因此被提供在液化器中以便液化天然氣所需的制冷的量降低。
[0004]然而，上面描述的布置具有顯著缺點(diǎn)。汽化氣體從其中放出的液化天然氣儲(chǔ)存罐被設(shè)計(jì)為在僅稍高于大氣壓的液面上方空間壓力下操作。在汽化氣體壓縮器的上游提供熱交換器可引起壓力下降到低于大氣壓，其結(jié)果是，具有空氣被吸入裝置內(nèi)的重大風(fēng)險(xiǎn)。這種空氣的存在可引起爆炸風(fēng)險(xiǎn)，特別是在所有的汽化氣體被再液化并返回到儲(chǔ)存罐的時(shí)候。即使熱交換器過(guò)大，仍然會(huì)有顯著壓降，這將引起在整個(gè)系統(tǒng)保持足夠壓力上的操作困難。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種回收從盛裝液化天然氣(LNG)的至少一個(gè)儲(chǔ)存容器放出的汽化氣體的方法，其包括使汽化氣體的流在第一壓縮級(jí)中冷壓縮，通過(guò)熱交換來(lái)加熱冷壓縮汽化氣體的流，進(jìn)一步壓縮冷壓縮汽化氣體的加熱流，和采用汽化氣體的進(jìn)一步壓縮的流的至少一部分以在所述熱交換中加熱冷壓縮汽化氣體的流并因此降低進(jìn)一步壓縮的汽化氣體的所述部分的溫度，和再液化經(jīng)受溫度降低的汽化氣體的進(jìn)一步壓縮的流的所述部分的至少一部分。
[0006]本發(fā)明還提供了一種用于回收來(lái)自盛裝液化天然氣的至少一個(gè)儲(chǔ)存容器的汽化氣體的裝置，其包括與所述儲(chǔ)存容器連通的第一冷壓縮級(jí)；用于進(jìn)一步壓縮冷壓縮級(jí)的下游的汽化氣體的多個(gè)串聯(lián)的其它壓縮級(jí)；和用于再液化汽化氣體的其它壓縮級(jí)的下游的液化器，其中有具有至少一個(gè)熱交換通道的熱交換器，所述熱交換通道具有與第一冷壓縮級(jí)的出口連通的入口和與其它壓縮級(jí)連通的出口 ；和與所述第一熱交換通道處于熱交換關(guān)系中的至少一個(gè)第二熱交換通道，所述第二熱交換通道具有與其它壓縮級(jí)連通的入口和與液化器連通的出口。
[0007]熱交換器的位置避免了壓縮級(jí)上游的壓降。第一壓縮級(jí)作為冷壓縮級(jí)的操作使得可被液化的進(jìn)一步壓縮的汽化氣體的所有或一部分在其液化上游可能被預(yù)冷卻至低于(TC。因此，沒(méi)有必要包括在第一壓縮級(jí)上游的任何熱交換器(或其它裝置)以便加熱汽化天然氣，該熱交換器將弓I起不希望的壓降。
[0008]—般而言，根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置能夠被調(diào)適以滿足針對(duì)供應(yīng)天然氣和寬范圍的不同供應(yīng)壓力的很多不同需求。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置特別地，但不排他地旨在用于船上或其它航海船只上。如果航海船只是LNG從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到使用現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸機(jī)構(gòu)，那么基本上所有的汽化氣體可被再液化。然而，在一些情況下，一些天然氣用于航海船只上以發(fā)電，例如，用于航海船只本身的推進(jìn)。在這種情況下，進(jìn)一步壓縮的汽化氣體的僅一些需要被再液化且其的其余部分被供應(yīng)用于發(fā)電的目的。
[0010]在進(jìn)一步實(shí)例中，用于發(fā)電的天然氣取自所述儲(chǔ)存容器并被栗送到合適壓力。在這樣的實(shí)例中，所有的汽化氣體可被再液化，而返回到所述儲(chǔ)存容器的一些被可采取用于發(fā)電。此外，在這些實(shí)例中，可從栗送的天然氣中恢復(fù)制冷并且被用來(lái)提供對(duì)待液化的進(jìn)一步壓縮的汽化氣體的流的進(jìn)一步溫度降低。
[0011]經(jīng)受溫度降低的天然氣的進(jìn)一步壓縮的流的部分(或該部分的所選部分)的再液化優(yōu)選通過(guò)布雷登(Brayton)循環(huán)的方式實(shí)現(xiàn)。氮優(yōu)選是布雷登循環(huán)中的工作流體。
[0012]現(xiàn)在將參考附圖通過(guò)舉例的方式來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，在附圖中:
[0013]圖1至圖4是其中僅通常示出的用于液化器的制冷循環(huán)的根據(jù)本發(fā)明的不同天然氣供應(yīng)設(shè)備的廣義示意流程圖，且圖5和圖6是其中更詳細(xì)地示出制冷循環(huán)的這些設(shè)備的示意流程圖。
[0014]附圖中的類似部件由相同參考數(shù)字指示。
[0015]參考圖1，其示出LNG儲(chǔ)存罐或容器的組2。儲(chǔ)存罐位于航海LNG船只上。五個(gè)基本相同的儲(chǔ)存罐4、6、8、10和12示于圖1中。雖然示出了五個(gè)儲(chǔ)存罐，但是組2可包括任何數(shù)量的這樣的儲(chǔ)存罐。LNG儲(chǔ)存罐4、6、8、10和12中的每個(gè)隔熱，以便控制其內(nèi)容物(LNG)從周圍環(huán)境吸收熱量的速率。儲(chǔ)存罐4、6、8、10和12中的每個(gè)在圖1中被示為包含LNG的容積14。自然地，在這些罐中的每個(gè)中具有高于其中的液體水平的液面上方空間16。由于天然氣在遠(yuǎn)低于-100°C的溫度下沸騰，所以LNG從其上部的液面上方空間16的每個(gè)容積14連續(xù)蒸發(fā)。根據(jù)本發(fā)明，蒸發(fā)的LNG從罐4、6、8、10和12取回且處于至少部分被液化的正常操作。因此，罐4、6、8、10和12中的每個(gè)都具有汽化蒸汽的出口 18。出口 18都與汽化蒸汽的管線20連通。
[0016]管線20與多級(jí)壓縮器24連通。如圖1所示，壓縮器24具有四個(gè)壓縮級(jí)26、28、30和32，其將天然氣逐漸推進(jìn)到越來(lái)越高的壓力。不是必須使用剛好四個(gè)這樣的壓縮級(jí)。最佳數(shù)量的壓縮級(jí)將取決于需要壓縮器24供應(yīng)天然氣的壓力以及壓縮器24在操作時(shí)遇到的入口溫度的變化。一般而言，所需的供應(yīng)壓力越高，可能需要更多壓縮級(jí)。類似地，最大入口溫度越高，可能需要更多壓縮級(jí)。
[0017]由于來(lái)自儲(chǔ)存罐4、6、8、10和12的組2的汽化天然氣的速率隨環(huán)境溫度和航海條件的變化波動(dòng)，所以用于補(bǔ)償這種變化的裝置設(shè)置在如圖1所示的裝置中。補(bǔ)償裝置包括提供用于每個(gè)壓縮級(jí)或一些壓縮級(jí)的入口導(dǎo)向葉片(未示出)或可變的擴(kuò)散器葉片(未示出)。此外，還有在最后壓縮級(jí)32下游的再循環(huán)管線36和位于該再循環(huán)管線36中的流量控制閥38。再循環(huán)管線36為壓縮器24提供防喘振控制，其中閥38在必要時(shí)打開(kāi)。或者，每個(gè)級(jí)或每對(duì)級(jí)可具有單獨(dú)的防喘振系統(tǒng)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，第一壓縮級(jí)26作為具有遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度的入口溫度的冷壓縮級(jí)而操作。另一方面，剩余壓縮級(jí)28、30和32中的壓縮熱量足以將其中的溫度升高至遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度。因此，冷卻器25、27和29分別設(shè)置在壓縮級(jí)28、30和32的下游。冷卻器25、27和29中的每個(gè)都通常采用水的流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻并可采取任何常規(guī)類型的熱交換器的形式。冷卻器25和27兩者都是級(jí)間冷卻器，即冷卻器25位于壓縮級(jí)28和30中間且冷卻器27位于壓縮級(jí)30和32中間。冷卻器29是后冷卻器，其位于最后壓縮級(jí)32的下游的于壓縮級(jí)32的出口和再循環(huán)管線36與主天然氣供應(yīng)管線40的聯(lián)合體的中間的位置處，壓縮器24將壓縮天然氣供應(yīng)到主天然氣供應(yīng)管線40。根據(jù)需要，壓縮器24可包括具有中間冷卻器的附加級(jí)。
[0019]如圖1中所示，一些天然氣流至管線40的端部，通常用于供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)或用于做功的其它機(jī)器(未示出)且天然氣的其余部分流到管線42，管線42的入口位于后冷卻器29和再循環(huán)管線36與主供應(yīng)管線40的聯(lián)合體的中間。
[0020]被供應(yīng)到管線42的壓縮天然氣的至少一部分被發(fā)送到液化器47。根據(jù)本發(fā)明，流過(guò)管線42的天然氣在其液化的上游被預(yù)冷卻。通過(guò)與從壓縮器24的第一(冷壓縮)級(jí)26流到其第二壓縮級(jí)28的天然氣的逆流熱交換而在熱交換器22中實(shí)現(xiàn)預(yù)冷卻。沿管線42流出熱交換器22的所得到的天然氣流穿過(guò)液化器47，天然氣流在液化器47中被液化。管道64從管線42分支并終止于主要?dú)怏w供應(yīng)管線40。流量控制閥44被定位在其與管道64的聯(lián)合體的上游的管線40中。類似的流量控制閥62位于管道64中。
[0021]在正常操作中，期望在近似恒定速率的速率下將天然氣供應(yīng)到航海船只的推進(jìn)系統(tǒng)(未示出)(其可包括雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī))。該速率可被設(shè)置或通過(guò)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)前面的氣體閥單元(未示出)的操作來(lái)調(diào)節(jié)。管線40中的閥門44和管道64中的閥門62用于改變穿過(guò)熱交換器22的受壓天然氣的比例以便調(diào)節(jié)汽化的蒸氣溫度，以便調(diào)節(jié)流過(guò)其中的蒸汽的溫度。液化器47可包括第二熱交換器(或熱交換器48的陣列)，在其中它通過(guò)與流過(guò)制冷循環(huán)50 (優(yōu)選布雷登循環(huán))的工作流體的間接熱交換而被冷凝。所得冷凝物通常經(jīng)由管線52而被返回到儲(chǔ)存罐4、6、8、10和12，用于調(diào)節(jié)待液化的汽化氣體的速率的流量控制閥54位于管線52中。
[0022]因?yàn)橐蕾囉诹髁靠刂崎y44和62的設(shè)置，所以主供應(yīng)管線40中的壓縮天然氣流可具有零度以下的溫度，加熱器60優(yōu)選設(shè)置在管線40中。加熱器60可通過(guò)與蒸汽或其它加熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換而加熱天然氣。
[0023]還設(shè)想，本發(fā)明可供應(yīng)其它消耗品，包括但不限于:2沖程或4沖程雙或三燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、用于機(jī)械蒸汽或發(fā)電的燃?xì)鉁u輪機(jī)或鍋爐。典型的壓力范圍對(duì)于蒸汽設(shè)備可以是O巴到3巴、對(duì)于雙燃料4-沖程發(fā)動(dòng)機(jī)是O巴至7巴、對(duì)于雙燃料2-沖程發(fā)動(dòng)機(jī)是130巴至320巴，且對(duì)于燃?xì)鉁u輪機(jī)設(shè)備是20巴至50巴。
[0024]對(duì)于圖1所示的設(shè)備有大量替代選項(xiàng)，所有替代選項(xiàng)都采用汽化天然氣在第一壓縮級(jí)26中的冷壓縮來(lái)為待液化的壓縮天然氣提供冷卻，冷卻