用于再液化天然气的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于再液化天然气的方法和装置
[0001 ] 本发明涉及一种用于再液化天然气的方法和装置。
[0002]特别而言，本发明涉及一种用于再液化从通常在船上或其它航海船只上的液化天然气(LNG)储存罐汽化的天然气的方法。
[0003]美国专利申请2007/0256450 A、2009/0158773 A 和 2009/0158774 都公开了液化从其中从其压缩上游的汽化气体恢复制冷的储存罐汽化的天然气(“汽化”气体)的方法。压缩的汽化气体在其压缩的下游被再液化。压缩的汽化气体在热交换器中被预冷却，通过该热交换器的相同气体以以下方式穿过其压缩的上游:压缩汽化气体的温度可降低到远低于环境温度且因此被提供在液化器中以便液化天然气所需的制冷的量降低。
[0004]然而，上面描述的布置具有显著缺点。汽化气体从其中放出的液化天然气储存罐被设计为在仅稍高于大气压的液面上方空间压力下操作。在汽化气体压缩器的上游提供热交换器可引起压力下降到低于大气压，其结果是，具有空气被吸入装置内的重大风险。这种空气的存在可引起爆炸风险，特别是在所有的汽化气体被再液化并返回到储存罐的时候。即使热交换器过大，仍然会有显著压降，这将引起在整个系统保持足够压力上的操作困难。
[0005]根据本发明，提供了一种回收从盛装液化天然气(LNG)的至少一个储存容器放出的汽化气体的方法，其包括使汽化气体的流在第一压缩级中冷压缩，通过热交换来加热冷压缩汽化气体的流，进一步压缩冷压缩汽化气体的加热流，和采用汽化气体的进一步压缩的流的至少一部分以在所述热交换中加热冷压缩汽化气体的流并因此降低进一步压缩的汽化气体的所述部分的温度，和再液化经受温度降低的汽化气体的进一步压缩的流的所述部分的至少一部分。
[0006]本发明还提供了一种用于回收来自盛装液化天然气的至少一个储存容器的汽化气体的装置，其包括与所述储存容器连通的第一冷压缩级；用于进一步压缩冷压缩级的下游的汽化气体的多个串联的其它压缩级；和用于再液化汽化气体的其它压缩级的下游的液化器，其中有具有至少一个热交换通道的热交换器，所述热交换通道具有与第一冷压缩级的出口连通的入口和与其它压缩级连通的出口 ；和与所述第一热交换通道处于热交换关系中的至少一个第二热交换通道，所述第二热交换通道具有与其它压缩级连通的入口和与液化器连通的出口。
[0007]热交换器的位置避免了压缩级上游的压降。第一压缩级作为冷压缩级的操作使得可被液化的进一步压缩的汽化气体的所有或一部分在其液化上游可能被预冷却至低于(TC。因此，没有必要包括在第一压缩级上游的任何热交换器(或其它装置)以便加热汽化天然气，该热交换器将弓I起不希望的压降。
[0008]—般而言，根据本发明的方法和装置能够被调适以满足针对供应天然气和宽范围的不同供应压力的很多不同需求。
[0009]根据本发明的方法和装置特别地，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从生产现场到使用现场的运输机构，那么基本上所有的汽化气体可被再液化。然而，在一些情况下，一些天然气用于航海船只上以发电，例如，用于航海船只本身的推进。在这种情况下，进一步压缩的汽化气体的仅一些需要被再液化且其的其余部分被供应用于发电的目的。
[0010]在进一步实例中，用于发电的天然气取自所述储存容器并被栗送到合适压力。在这样的实例中，所有的汽化气体可被再液化，而返回到所述储存容器的一些被可采取用于发电。此外，在这些实例中，可从栗送的天然气中恢复制冷并且被用来提供对待液化的进一步压缩的汽化气体的流的进一步温度降低。
[0011]经受温度降低的天然气的进一步压缩的流的部分(或该部分的所选部分)的再液化优选通过布雷登(Brayton)循环的方式实现。氮优选是布雷登循环中的工作流体。
[0012]现在将参考附图通过举例的方式来描述根据本发明的方法和装置，在附图中:
[0013]图1至图4是其中仅通常示出的用于液化器的制冷循环的根据本发明的不同天然气供应设备的广义示意流程图，且图5和图6是其中更详细地示出制冷循环的这些设备的示意流程图。
[0014]附图中的类似部件由相同参考数字指示。
[0015]参考图1，其示出LNG储存罐或容器的组2。储存罐位于航海LNG船只上。五个基本相同的储存罐4、6、8、10和12示于图1中。虽然示出了五个储存罐，但是组2可包括任何数量的这样的储存罐。LNG储存罐4、6、8、10和12中的每个隔热，以便控制其内容物(LNG)从周围环境吸收热量的速率。储存罐4、6、8、10和12中的每个在图1中被示为包含LNG的容积14。自然地，在这些罐中的每个中具有高于其中的液体水平的液面上方空间16。由于天然气在远低于-100°C的温度下沸腾，所以LNG从其上部的液面上方空间16的每个容积14连续蒸发。根据本发明，蒸发的LNG从罐4、6、8、10和12取回且处于至少部分被液化的正常操作。因此，罐4、6、8、10和12中的每个都具有汽化蒸汽的出口 18。出口 18都与汽化蒸汽的管线20连通。
[0016]管线20与多级压缩器24连通。如图1所示，压缩器24具有四个压缩级26、28、30和32，其将天然气逐渐推进到越来越高的压力。不是必须使用刚好四个这样的压缩级。最佳数量的压缩级将取决于需要压缩器24供应天然气的压力以及压缩器24在操作时遇到的入口温度的变化。一般而言，所需的供应压力越高，可能需要更多压缩级。类似地，最大入口温度越高，可能需要更多压缩级。
[0017]由于来自储存罐4、6、8、10和12的组2的汽化天然气的速率随环境温度和航海条件的变化波动，所以用于补偿这种变化的装置设置在如图1所示的装置中。补偿装置包括提供用于每个压缩级或一些压缩级的入口导向叶片(未示出)或可变的扩散器叶片(未示出)。此外，还有在最后压缩级32下游的再循环管线36和位于该再循环管线36中的流量控制阀38。再循环管线36为压缩器24提供防喘振控制，其中阀38在必要时打开。或者，每个级或每对级可具有单独的防喘振系统。
[0018]根据本发明，第一压缩级26作为具有远低于环境温度的入口温度的冷压缩级而操作。另一方面，剩余压缩级28、30和32中的压缩热量足以将其中的温度升高至远高于环境温度。因此，冷却器25、27和29分别设置在压缩级28、30和32的下游。冷却器25、27和29中的每个都通常采用水的流动来实现冷却并可采取任何常规类型的热交换器的形式。冷却器25和27两者都是级间冷却器，即冷却器25位于压缩级28和30中间且冷却器27位于压缩级30和32中间。冷却器29是后冷却器，其位于最后压缩级32的下游的于压缩级32的出口和再循环管线36与主天然气供应管线40的联合体的中间的位置处，压缩器24将压缩天然气供应到主天然气供应管线40。根据需要，压缩器24可包括具有中间冷却器的附加级。
[0019]如图1中所示，一些天然气流至管线40的端部，通常用于供应到发动机或用于做功的其它机器(未示出)且天然气的其余部分流到管线42，管线42的入口位于后冷却器29和再循环管线36与主供应管线40的联合体的中间。
[0020]被供应到管线42的压缩天然气的至少一部分被发送到液化器47。根据本发明，流过管线42的天然气在其液化的上游被预冷却。通过与从压缩器24的第一(冷压缩)级26流到其第二压缩级28的天然气的逆流热交换而在热交换器22中实现预冷却。沿管线42流出热交换器22的所得到的天然气流穿过液化器47，天然气流在液化器47中被液化。管道64从管线42分支并终止于主要气体供应管线40。流量控制阀44被定位在其与管道64的联合体的上游的管线40中。类似的流量控制阀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将天然气供应到航海船只的推进系统(未示出)(其可包括双燃料发动机)。该速率可被设置或通过双燃料发动机(未示出)前面的气体阀单元(未示出)的操作来调节。管线40中的阀门44和管道64中的阀门62用于改变穿过热交换器22的受压天然气的比例以便调节汽化的蒸气温度，以便调节流过其中的蒸汽的温度。液化器47可包括第二热交换器(或热交换器48的阵列)，在其中它通过与流过制冷循环50 (优选布雷登循环)的工作流体的间接热交换而被冷凝。所得冷凝物通常经由管线52而被返回到储存罐4、6、8、10和12，用于调节待液化的汽化气体的速率的流量控制阀54位于管线52中。
[0022]因为依赖于流量控制阀44和62的设置，所以主供应管线40中的压缩天然气流可具有零度以下的温度，加热器60优选设置在管线40中。加热器60可通过与蒸汽或其它加热介质进行热交换而加热天然气。
[0023]还设想，本发明可供应其它消耗品，包括但不限于:2冲程或4冲程双或三燃料发动机、用于机械蒸汽或发电的燃气涡轮机或锅炉。典型的压力范围对于蒸汽设备可以是O巴到3巴、对于双燃料4-冲程发动机是O巴至7巴、对于双燃料2-冲程发动机是130巴至320巴，且对于燃气涡轮机设备是20巴至50巴。
[0024]对于图1所示的设备有大量替代选项，所有替代选项都采用汽化天然气在第一压缩级26中的冷压缩来为待液化的压缩天然气提供冷却，冷却