专利名称：用于液化天然气再气化的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种环境友好的用于液化天然气再气化的方法。更具体地 说，本发明涉及一种用于液化天然气再气化的方法和设备，该方法和设备使 得液化天然气的再气化对环境没有影响或影响极大地降低，所述影响例如为
海水的冷却和co2向大气的排放。
背景技术：
液化天然气(LNG)是一种用于长距离运输甲烷气体的方法。所述气体 在从生产该气体的地点运输前被液化，并在LNG搬运器中作为冷却的液体 运输。将LNG运送到LNG再气化终端的油罐车包括LNG油罐车卸货工具、 LNG储罐、再气化单元和气体输出管道。
在LNG能通过管道分配网络运输前，需要将LNG再气化。在所述再气 化单元中进行所述再气化。再气化过程中通常使用两种不同的蒸发技术。这 些技术是使用燃烧器作为热源的浸没燃烧式气化器(SCV)和使用海水作为 热源的开架式气化器(ORV)。此外，存在用于闭合回路载热体系统(closed loop heating medium system)的热交换器，该闭合回路载热体系统利用海水 和/或来自于动力系统或空气的热回收作为热源。通过液态LNG相中的高压 泵来获得上述所有单元中的气体输出管道压力。
SCV由气体燃烧器组成，其中，所述燃烧器的部分和烟道气管道浸没在 水床中。所述LNG气化室也浸没在热水中。连接到所述SCV上的局部鼓风 机提供必要的燃烧空气。这提供了非常高的热交换速率和紧凑的热交换器。
ORV是一组位于水池上的直立散热器，其中，当高压LNG在内部沸腾 时，海水借助于重力持续地沿散热器外表面向下流动。所需海水的量依赖于热水释放的有效(或允许)温差。对于ORV设备而言，目前为止，最大的
两个耗能项目为所述LNG和海水泵。
需要大量的具有海水中允许的正常的有限温差的海水用作热源。海水入 口配备了带细孔的粗滤器以限制浮游动物和鱼苗进入海水和气化室系统。用 次氯酸盐对海水染色以防止海洋生物在管道系统内生长。
海水出口设置有巨大的扩散器以将冷却的水散布到周围的水团中，以防 止大的局部温差。然而，在随后的研究中，环境保护论者对于入口/次氯酸盐 和出口/温度变化均表示反对，因为两者都对海洋生物具有不利影响。此外， 由于为了限制对海洋生物的不利影响，粗滤器内的海水入口速度保持为极 低，所以海水进入系统较大，并且因此昂贵。
然而，即使基本建设费用更高，由于安全考虑和较低的操作成本，在多
数情况下优选ORV为主要的热交换器。在一些研究中建议SCV仅作为在特 别保养、需求高峰期或海水过冷而无法提供足够的气体蒸发期间的情况下的 备用交换器。
所述LNG再气化终端通常由现代的、工业化的飞机引出的喷气发动机 提供动力。这些发动机具有低温燃烧器，其中，氮气没有被氧化并与过量的 空气一起流动以限制CO的形成。结果是具有仅痕量的NOx、 CO和烟灰的
烟道气。因而该烟道气的主要部分为氮气和C02。
来自于发电和SCVs中的向大气的排放物对空气质量具有不利的影响。 使所述LNG接收终端坐落于尽可能接近市场是有吸引力的。该市场通常位 于人类活动已经对空气质量产生严重影响的工业化的和居住的区域。因此许 多用作LNG接收终端具有吸引力的地点可能由于空气质量的原因而不能被 接受。
另外，越来越多的关于C02排放的焦点得到了极大的关注。因此，需要 可能降低甚至消除现有解决方案中所提及的问题的再气化的方法和设备。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种用于LNG的再气化的方法，
该方法中，天然气在燃烧器中燃烧以提供用于所述LNG的蒸发的热量并且 该热量在封闭的热交换系统中从燃烧器传递至所述LNG，其中，基本纯的
氧气用于天然气的燃烧，并且从尾气中分离出C02用于输出或沉积。用于燃
烧的基本纯的氧气的使用产生含有H20和C02的尾气，这使得C02可以用 简单的方法进行分离，例如冷却所述尾气以及水蒸气的冷凝。该C02可以被 压縮用于沉积或进一步液化用于大量输出。
根据一种实施方式，来自于所述燃烧的冷却的尾气再循环进入所述燃 烧。冷却尾气的再循环主要用于控制燃烧室内的温度，但还可以保证碳氢化 合物在所述燃烧室内的更完全的燃烧。
根据另一种实施方式，将来自于所述燃烧的主要含有CCb和H20的所 述尾气干燥、压縮和液化以分离提供液态C02用于输出或沉积。所述尾气的 干燥除去水分并留下基本纯的C02。当长距离的运输所述C02时，例如用于 注入远离所述再气化设备的场所，特别优选将C02液化。
根据另一种实施方式，用于输出的C02的冷却和液化用来为所述LNG 的气化和加热提供能量。通过与需要再气化的所述冷LNG逆流冷却并液化 C02，在输出前能从尾气中，或更具体地为从C02中，回收甚至更多的能量。
根据本发明的第二方面，本发明提供了用于LNG的再气化的设备，该 设备包括用于产生再气化热量的燃气燃烧器(gas fired burner)、用于将热 量从所述燃烧器传递给待蒸发的LNG的封闭的热交换系统，其中，该设备 还包括空气分离单元，该空气分离单元用于产生供给至所述燃烧器的基本纯 的氧气。
根据一种实施方式，该设备还包括用于冷却、干燥和压縮所述燃烧器中
产生的所述C02的装置。压缩和干燥所述C02使其能注入气井或油井中用于
6在废井中沉积，或用于压力支持以提高生产井的产量。
根据一种实施方式，该设备包括再循环管道，该再循环管道用于将来自 于所述燃烧器的冷却的尾气再循环至所述燃烧器中，以降低燃烧温度。尾气 的再循环改进了对燃烧的控制，兼顾了燃烧温度和完全燃烧。
根据另一种实施方式，该设备还包括C02液化单元，该C02液化单元用 于液化来自于该设备的C02用于输出。如果所述再气化设备置于远离可能的 注入或沉积场所，特别优选C02液化单元。
所述设备还包括用于产生电能的发电装置。再气化设备需要电能并且所 述发电装置可以具有该设备所需的尺寸。此外，来自于该设备的电能可以被 输出。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了使用LNG以在空气分离单元 中冷却空气来产生基本纯的氧气。使用所述冷LNG来冷却用于空气分离单 元的空气避免或减少了对进入的空气的进行额外冷却的需要，并且增加了用 于所述再气化的热量，从而改进了该装置的能量效率。
根据一种实施方式，从空气分离单元中分离出其它空气气体，例如氩、 氮气、氦，用于其它用途或销售。其它空气气体的分离可以提高该设备的总 体能量效率和收益率。
图1为说明本发明的流程示意图。
具体实施例方式
图1阐述了本发明的再气化方法和设备的原理。LNG从油罐车传送到 终端并通过LNG供应管道1进入该设备到LNG储罐2内。所述LNG储罐 2包括必要的管道、罐以及用于内部运输、储存和通过高压LNG泵将所述LNG从所述储罐2泵送至LNG管道3内的罐内的泵。再气化的LNG从气 体输出管道9中离开该设备之前，管道3内的所述高压LNG在多个热交换 器中被加热，在此用空气冷却器4、蒸汽冷凝器5、 C02冷却器6、 C02冷凝 器7和公用冷却器8 (utilitycooler)进行说明。
从空气入口 11进入空气分离单元10 (ASU)的空气在空气冷却器4内 与所述LNG逆流冷却。在ASU 10内，空气被低温分离为基本纯的氧气以 及氮气和其它空气气体，所述基本纯的氧气通过氧气管道13离开所述ASU， 除非可以当场找到适合于氮气的其它工业用途，所述氮气和其它空气气体通 过氮气管道12排放到大气中。在本申请中，所述"基本纯的氧气"指氧气 含量高于90%的的富含氧气的气体，优选高于95%，更优选高于98%。
将所述氧气管道13内的氧气引入燃烧器14内，其中，所述氧气用于通 过燃烧经天然气管道15进入所述燃烧器14内的天然气产生热量。来自于所 述燃烧器14的热尾气与封闭的蒸汽和动力系统25内的热交换介质在热交换 器17内逆流冷却。再利用该封闭系统25内的所述热交换介质将来自于热尾 气的热量转移给上述蒸汽冷凝器5内的所述LNG，并向蒸汽轮机和发电机 25内提供足够的动力以供给终端，如管道26所示。
将部分主要含有水蒸气和C02的冷却的尾气干燥以除去H20，在C02 干燥器和压縮机组18内压縮并冷却。所述干燥器和压縮机组内的主要含有 C02的气体在所述C02冷却器6内被所述LNG逆流冷却。在干燥器和压縮 机组内冷凝的H20在H20管道21内除去。来自于干燥器和压縮机组18的 所述干燥并压縮的C02随后在C02液化单元19内液化。所述液化单元19 内的气体还在所述C02冷凝器7内通过热交换被所述LNG管道内的LNG逆 流冷却。
液化的C02离开所述C02液化单元19进入C02管道20中，并用于输 出，例如用于注入油田来提高油产量或沉积到废油田或气田内或者用于工业目的。限量的含有C02、 N2、 Ar和02的烟道气未在液化单元中冷凝，该烟 道气被分成两股气流， 一股通过烟道23排放到大气中以避免生产过程中N2 和Ar的富集，而另一股气流通过C02再循环管道24再循环至所述燃烧器 14。
大部分离开所述热交换器17的所述冷却的尾气通过再循环管道22再循 环回到所述燃烧器14。再循环尾气的理由有几个。首先，所述再循环尾气在 所述燃烧器中担当基本惰性的气体。天然气与基本纯的氧气的燃烧将产生对 于现有的燃烧器和热交换器来说太高的燃烧温度。冷却的尾气的再循环可以 控制燃烧温度。第二，通过再循环尾气，所述尾气中任何残留的可燃物质将 在所述燃烧器内燃烧产生更多的燃烧总量。第三，所述惰性气体增加了所述 尾气的热容量，并因此增强了所述热交换器内的热转移。
不用于加热所述LNG的来自于封闭的蒸汽及动力系统的热量通过如所 示的管道26在蒸汽轮机内用作终端发电，以使终端自身产生足够的电能。 由于能产生更高的发电效率，赞成用燃气轮机发电，但通过燃烧甲烷和纯的 氧气在高温下实现发电的燃气轮机技术还不成熟。
公用冷却器8指一个或多个用于冷却需要冷却的不同的过程设备的热交 换器，并且可以包括用于润滑油、暖风空调-冷却(hvac-cooling)等的冷却 器，以避免为了冷却目的使用海水。
本领域技术人员可以理解的是，图1中所阐述的各个热交换器/冷却器4、
5、 6、 7、 8可以包括多个热交换器。兼顾热交换器的数量和大小，热交换器 的实际构造将进行优化。此外，由于设备的最优化，不同的热交换器4、 5、
6、 7、 8的相对位置可以改变。
所述燃烧器可以为任何类型的燃烧器，例如燃烧室、锅炉或现代工业化 的燃气轮机。实施例
模拟了用于再气化1717吨/小时(20亿标准立方英尺每日，2BSCFD)
的LNG的示例性LNG再气化设备。
将如以上所说明的无排放再气化系统评估为具有1717吨/小时(2
BSCFD)的销售气体9的LNG设备。所述燃烧器14需要额外的23.4吨/小时
的天然气15来与93.1吨/小时的纯净的氧气13燃烧。几乎700吨/小时的C02
再循环到燃烧器22和24。来自于C02液化单元的排气管道向大气23排出
2.5吨/小时具有少许N2、 Ar和02的大部分C02。
所述蒸汽动力系统25产生该再气化设备所需的55兆瓦(MW)的电能
26。除了销售气体外，该设备还产生
来自于所述液化单元19的-38t:的约50吨/小时的液化C02。
来自于所述C02干燥器机组18的约50吨/小时的淡水。
从所述ASU 10中向大气的大量的N2排放12不被视为污染物。
该"无排放再气化方法"不需要用于冷却或加热目的的海水。对于相同
容量的使用ORV气化器的再气化设备可能需要约50000吨/小时的已处理的海水。
C02在所述干燥器和压缩机组单元18内分两个阶段达到15巴的压力的 压縮前以及压縮期间被干燥。然后将该C02干燥以避免在所述液化系统中形 成冰。接下来的步骤是，在所述C02液化单元19中，将所述C02冷却至 -30.8°C，在此，该C02被液化并能更容易地泵送、储存和卸载。在具有LNG 冷却冷凝器7的柱中进行所述冷却。富含所述C02的尾气进入接近于柱的底
部，从所述底部提取出液态C02并且氧气/氮气/氩从顶部出来。该柱使得顶
部产品中的C02浓度较低(7.2摩尔％) 。 50%的顶部产品排放到大气中(2500 千克/小时)以避免氮气/氩的富集(其作为氧气中的杂质进入生产过程中) 上述"无排放"再气化方法中的所述空气分离单元10将富含氩的冷却
10的氮气排放到空气12中。也可以将氮气和氩分离并进一步精炼并装瓶以提 供作为副产品的工业气体。而且液化的氮气作为冷却介质的市场有限。
也可以对所述C02流的一部分进行加工以提供作为产品的干冰，这可以 作为冷却介质出售。
所提出的"无排放"终端不是彻底的无排放。出于方法技术原因，少量
的N2、 C02和Ar被排出以防止N2和Ar在再循环回路中的累积。该部分 的C02为从所述液化柱中转移的C02。从该终端唯一流向海水的是净化了的 灰水和来自于该设备的排水。
所捕获的C02被液化并以散装形式或通过管道输出。然而，该终端依赖
于具有需要C02的客户，该客户靠近C02能被注入的油田，否则，除去C02 的成本在经济上难以实施。优选注入所述C02以提高油的回收率，或只是储 存在废田或盐丘中。这将限制用于"无排放"终端的可能选址。然而，多数 情况下，LNG再气化终端可以位于接近并利用已有的气体管道以使管道成
本最小化。所述气体管道通常起源于C02有利于注入的生产平台。对于特定 条件下的限定时期，可以是不能输出C02的时期。此时，将C02排放到大气
中，对空气质量的不利影响比传统技术小。
权利要求
1、一种用于液化天然气再气化的方法，该方法中天然气在燃烧器中燃烧以提供用于所述液化天然气蒸发的热量，并且该热量在封闭的热交换系统内从所述燃烧器向所述液化天然气转移，其中，基本纯的氧气用于天然气的燃烧，并且从尾气中分离出CO2用于输出或沉积。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，来自于所述燃烧的冷却的尾气再循环进入所述燃烧。
3、 根据权利要求1或2所述的方法，其中，将来自于所述燃烧的主要 含有C02和H20的所述尾气干燥、压縮并液化以分离得到用于输出或沉积 的液态C02。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中，用于输出的所述C02的冷却和 液化用于为所述液化天然气的气化和加热提供能量。
5、 一种用于液化天然气再气化的设备，该设备包括用于产生用作再气 化的热量的燃气燃烧器(14)、用于将热量从所述燃烧器转移到待蒸发的液 化天然气的封闭的热交换系统(5， 17， 25)，其特征在于，该设备还包括空 气分离单元(10)，所述空气分离单元(10)用于产生供给至所述燃烧器(14) 的基本纯的氧气。
6、 根据权利要求5所述的设备，其特征在于，该设备还包括用于冷却、 干燥和压缩产生于所述燃烧器内的C02的装置。
7、 根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，该设备包括再循环 管道(22， 24)，所述再循环管道(22， 24)用于使来自于所述燃烧器的冷却的尾气再循环至所述燃烧器，以降低燃烧温度。
8、 根据权利要求5-7中任意一项所述的设备，其特征在于，该设备还包括C02液化单元(19)，所述C02液化单元(19)用来液化来自于该设备的用于输出的C02。
9、 根据权利要求5-8中任意一项所述的设备，其特征在于，该设备还 包括用于产生电能的发电装置。
10、 液化天然气用来冷却空气分离单元中的空气以产生基本纯的氧气的 用途。
11、 根据权利要求IO所述的用途，其中，其它空气气体例如氩、氮气 和氦在所述空气分离单元中分离，所述其它空气气体用于其它用途或销售。
全文摘要
一种用于液化天然气再气化的方法，该方法中天然气在燃烧器中燃烧以提供用于所述液化天然气蒸发的热量，并且此处所述热量在封闭的热交换系统内从所述燃烧器转移到所述液化天然气，其中，基本纯的氧气用于天然气的燃烧，并且从尾气中分离出CO<sub>2</sub>用于输出或沉积。还描述了一种用于液化天然气再气化的设备，该设备包括用于产生用作再气化的热量的燃气燃烧器(14)、用于将热量从所述燃烧器转移到待蒸发的液化天然气的封闭的热交换系统(5，17，25)，该设备还包括用于产生供给所述燃烧器(14)的基本纯的氧气的空气分离单元(10)。
文档编号F17C9/04GK101466976SQ200780022252
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月20日 优先权日2006年6月20日
发明者K·维甘德尔, R·埃 申请人:阿克工程及技术股份公司