再气化终端及操作方法与流程

天然气是一种用途广泛的燃料源。然而，天然气的生产通常远离市场。在这种情况下，在天然气流源处或附近的液化天然气(lng)厂液化天然气可能是可取的。由于液化天然气(lng)体积变小，液态天然气比气态更易于存储和远距离运输。

lng通过适当的lng载运船运输至再气化终端(也称为再汽化终端或进气口终端)，在此进行再气化后，再输送到供气网。再气化终端内，lng的冷却通常通过将冷却空气或冷却水传送到周围环境实现。

为了再气化lng，可能需要加热lng。加热之前，通常会加压lng以达到供气网的要求。一般情况，供气网的绝对压力在60巴以上，通常绝对压力位于65和135巴之间，即80巴绝压。随后，再适当地通过供气网将再气化的天然气出售给客户。

lng再气化终端及再气化方法是已知技术，如在专利申请出版物us2010/0000233、us2006/0242969中所述。

wo2008012286、wo2013186271、wo2013186277和wo2013186275描述了一种用于加热液化气流的装置及方法。这些文件尤其侧重于热交换器，其通过从第一加热传递区域到第二个加热传递区域的一个回路，利用循环热传递流体，将周围环境中的热量传递到液化气流。

lng的生产、运输和存储压力及相关温度可能不同。由此可见，天然气液化时的压力和温度(沸点)的确切组合取决于天然气的确切组成成分。

常压lng的生产压力接近常压，因此，生产温度接近-162℃。常压lng对冷却效果的要求相对较高，但其优点是可以在常压下运输和存储，最大限度地降低了安全风险，并降低了运输和存储用储罐的成本。

加压lng(也称为低温压缩lng(cclng))的生产压力高于常压，生产温度即为天然气的沸点，确切数值取决于天然气的组成成分。加压lng的压力可以高于2巴绝压或至少5巴以上绝压。例如，加压lng的生产压力为15-17巴绝压，生产温度约为-115℃。加压lng的优点是对冷却效果要求较低，生产能耗小。

ep2442056描述了加压液化天然气(plng)的生产方法及其生产系统。

然而，运输和存储加压lng需要采取额外的安全措施，而且储罐(加压储罐)的制造相对更为昂贵和复杂，因为该储罐必须进行强化处理以承受高压。ca2550469提供了一个用于装载加压液化天然气的纤维增强塑料压力容器的示例。

请参阅以当前申请人名义提交的申请编号为15174303.6的欧洲专利申请。提交本申请时，15174303.6尚未公布，因此其仅与评估本专利申请的新颖性有关，与评估发明步骤无关。

目的是提供加压lng与再气化终端的改进集成，从而至少降低与加压lng价值链相关的部分安全风险。

本发明提供了再气化终端的操作方法，该方法包括：

a)从一个或多个lng储罐(1)获取再气化lng气流(10)，所述的一个或多个lng储罐(1)处于绝对压力范围为0.8–1.5巴的第一压力下，再气化气流(10)处于绝对压力范围为8–16巴的中间压力下，

b)将冷却气流(11)中的再气化气流(10)与剩余的再气化气流(10’)分开，

c)在第二压力接收加压lng的进料气流(40)，第二压力在2巴绝压以上，

d1)依靠冷却气流(11)冷却进料流(40)，从而获得冷却的进料气流(43)和加热的冷却流(14)，并

d2)将冷却的进料气流(43)膨胀到第一压力，从而获得已膨胀冷却的进料气流(43’)，

e)将已膨胀冷却的进料气流(43’)传入到至少一个lng储罐(1)并且

f)至少将剩余的再气化气流(10’)传入再气化装置(20)。

第一压力范围为1.05至1.25巴绝压。

加热的冷却气流14与处于中间压力的再气化装置上游的剩余再气化气流组合，或加热的冷却气流14和剩余的再气化气流可能单独通过再气化装置，在压力与供应网压力(第三压力)相同或接近时在再气化装置的下游组合。

再气化气流的温度与处于第一压力的lng沸点相同。加压lng的进料气流的温度与处于第二压力的加压lng沸点相同。

一般通过两个阶段将lng压力泵至所需的供气网压力。第一个阶段是在中间压力下生成再气化气流(10)的罐中泵压，第二个阶段是压送符合输油管条件(通常是65和135巴绝压之间)所需不同压力的高压泵压。通过从处于中间压力而不是从较高压力流中获得的再气化气流获得冷却气流，冷却气流将处于相对较低的温度，这会改善进料气流的冷却，并且冷却的进料气流压力将更接近lng存储饱和压力，从而最大限度地减少闪蒸损失。

在膨胀已冷却的进料气流(43)之前，依靠冷却气流(11)将进料气流(40)压力冷却(步骤(d1))至第一压力(步骤(d2))，能获得几个优势。首先，将在步骤(d1)中用于冷却的热交换器的下游发生闪蒸，这样就可以使用只需要适用于单相流动而不是气液混合流动的小型热交换器。其次，由于已冷却的进料气流(43)在步骤(d2)中膨胀时温度相对较冷，闪蒸产生的蒸发气体量减少。

根据实施例，第二压力在3巴绝压以上，5巴以上绝压更好，12巴以上绝压最佳。

术语“加压lng(或cclng)”是指保持在高压下的液化天然气，即压力大于2巴绝压，大于10巴绝压更好，12巴以上绝压最佳。

根据示例，加压lng的压力范围为15–17巴绝压。加压lng在给定压力下的沸点温度取决于天然气的组成成分。

根据实施例，所述至少一个lng储罐包括lng进气口(42)，并且使用靠近关联lng进气口(42)的阀门或膨胀器(41)来实施步骤d2)，阀门或膨胀器优选距离为关联lng进气口(42)50米以内。

膨胀冷却的进料流(43)将产生闪蒸气体，因此产生包含液体和蒸气的混合流态。将距离缩减到小于50米，小于20米更好，小于10米最佳，能最小化通过输油管传送混合流态(液体和蒸气混合)的需要以及相关的困难，如多相流引起的振动。

穿过输油管沿着中心线测量该距离。

根据实施例，所述至少一个lng储罐包括lng进气口(42)，并且使用基本位于或高于关联lng进气口(42)的阀门或膨胀器来实施步骤d2)，阀门或膨胀器最好位于关联lng进气口(42)罐顶平台上。

此处使用的术语“基本上位于”是指小于10米或者最好小于5米的高度差。

这能防止lng集输管线产生混合流态，从而减少多相流引起的振动，这种振动通常出现在垂直流动路程上。此外，还可以将冷却交换器的尺寸及复杂性降至最低。

根据实施例，该方法还包括

-将加热的冷却气流(14)和剩余的再气化气流组合获得组合气流(10□)，将组合气流(10□)传入再气化装置(20)或者

-将加热的冷却气流(14)和其他的再气化气流传入再气化装置(20)，作为不同的平行流进行单独再气化。

根据最后一个方案，在合并两个气流之前对两个气流进行加压和升温。因此，该方法包括使用第一台压缩机和第一台再气化器热交换器对加热的冷却流(14)进行加压和加热，从而获得第一批再气化的天然气流，与此同时，使用第二台压缩机和第二台再气化器热交换器对剩余的再气化气流进行加压和加热，从而获得第二批再气化的天然气流。

根据实施例，该方法还包括从至少lng储罐中的一个储罐(1)中获得蒸发气流(70)，加压蒸发气流(70)，从而在所述中间压力下获得加压蒸发气流(72)，并将至少部分加压的沸腾气流(73)通过再冷凝器(16)进行再冷凝，然后与剩余的再气化气流(10’)组合。

将至少部分加压蒸发气流(73)加入到剩余的再气化气流(10’)中，再液化加压的蒸发气流。

最好在中间压力下加压蒸发气流，使得能够混合这些气流。应当理解，实际操作中可能会存在小的压差。

根据实施例，该方法包括

-将液体再冷凝器进料气流注入再冷凝器(16)，所述再冷凝器包含至少一部分(101)剩余的再气化气流(10’)，

-将蒸气再冷凝器进料气流注入再冷凝器(16)，所述再冷凝器包括至少一部分加压蒸发气流(73)，

-从包括至少液体和蒸气再冷凝器进料气流的再冷凝器(16)获取再冷凝后的气流(18)，并且

-将再冷凝后的气流(18)传入再气化装置(20)，用作组合气流(10□)的一部分。

将加热的冷却气流(14)与剩余的再气化气流，并视情况和(部分)蒸发气流组合，可以在再冷凝器(16)(如果存在)的下游和再气化装置(20)的上游完成，特别是高压泵的上游(高压泵是再气化器装置的一部分)。

根据实施例f)包括

f1)将组合气流(10”)加压到第三压力以获得加压的再气化气流(13)，

f2)加热再气化器热交换器(21)内的加压再气化气流(13)，例如相对环境流(22)，从而获得再气化天然气气流(30)。

f1通常由高压压缩机完成。

第三压力高于60巴绝压，一般压力范围在65–135巴绝压内，如80巴绝压，且最好与供气网31内的压力相同。

进料气流40最好从载运船60获取，载运船包括一个或多个适合/设计成装载加压lng的加压lng储罐61。

根据实施例，加压lng进料气流(40)在第二压力下的流速低于2000立方米/小时，比如低于1500立方米/小时或低于1000立方米/小时。

将进料气流的流速保持低于指示值，使得已冷却的进料气流(43)达到相对较低的温度，从而减少步骤(d2)中的闪蒸。

根据实施例，冷却气流(11)的质量流量根据以下一个或多个参数进行控制：进料气流(40)的质量流、进料气流的温度、进料气流的压力、冷却气流的温度、冷却气流的压力、已冷却的进料气流(43)的温度和已膨胀冷却的进料气流(43’)的温度。

可以选择冷却气流(11)的质量流等同于进料气流(40)的质量流。

根据另一方面，提供了用于再气化液化天然气的再气化终端，包括

——一个或多个lng储罐(1)，所述的一个或多个lng储罐(1)处于第一压力下，所述的第一压力范围为0.8–1.5巴绝压，

——再气化装置(20)包括一个进气口，其与一个或多个lng储罐内的流体连通以接收处于中间压力的lng再气化气流(10)，中间压力的范围为8–16巴绝压，还包括排放再气化天然气气流(30)的一个出气口，

——处理装置(5)包括换热器(50)和膨胀装置(41)，其中换热器(50)包括在第二压力下接收加压lng进料气流(40)的加压lng进气口(51)，第二压力应大于2巴绝压，还包括排放已冷却气流(43)的加压lng出气口(52)，该加压lng出气口(52)与膨胀装置(41)的进气口流体连通，用于将已冷却的进料气流(43)传入膨胀装置(41)，该膨胀装置包括一个出气口，用于将已膨胀冷却的进料气流(43’)排入到一个或多个lng储罐(1),

其中换热器(50)还包括一个冷却进气口(53)，所述进气口用于接收处于中间压力(范围为8–16巴绝压)的冷却气流(11)以冷却进料气流(40)，冷却气流(11)包括至少一部分再气化气流(10)和换热器(50)，此外还包括冷却出气口(54)，用于排放加热的冷却气流(14)，冷却出气口(54)在中间压力下与再气化气流(10)流体窜槽，以与加热的冷却气流(14)和剩余的再气化气流重新组合。

术语“与...流体连通”表示流体可以在流体连通的部件内流动，并且暗示存在物理连接以促进此类流动，例如导管或管道。术语“可拆除的流体连通”意指适于连接和释放的一种物理连通，例如包括耦合器的连通。

因此，冷却出气口(54)与把再气化气流载运到再气化装置(20)的再气化装置(20)上游管道流体连通。

所述至少一个lng储罐包括一个lng进气口(42)，并且，膨胀装置(41)包括一个出气口，lng进气口(42)和膨胀装置(41)的出气口位置彼此靠近，最好距离不超过50米。穿过输油管沿着中心线测量该距离。

所述至少一个lng储罐包括一个lng进气口(42)，并且膨胀装置(41)包括一个出气口，膨胀装置(41)出气口的位置基于同高或高于关联的lng进气口(42)的位置。膨胀装置最好位于关联的lng进气口(42)的罐顶平台上。此处使用的术语“基本上位于”是指小于10米或者最好小于5米的高度差。

下面将使用示例并参考图1进一步说明本发明，图1示意性地展示了实施例。单个参考数字将用于识别导管或管线以及由该管线输送的气流。

目前提出了一种再气化方法和再气化终端，其中在常压再气化终端处接收来自加压lng载运船的加压lng进料气流，该常压再气化终端设计和打造成储存lng以在或接近常压的气压下再气化。

再气化终端再气化期间释放的冷能没有浪费，至少部分用于将加压lng冷却成常压lng，常压lng可以存储在常压再气化终端中的lng储罐中。通过有效使用从再气化过程中产生的冷能，可以获取热力学平衡过程，并且能获得更高的再气化率。

术语“常压lng”用于指保存在接近(最好稍高于)常压或环境压力的液体天然气。第一压力范围通常是0.8–1.5巴绝压或1.0–1.3巴绝压。储罐1中的第一压力可以在50–200毫巴表压或100–200毫巴表压范围之内。

本文中使用的术语“巴绝压”表示绝对压力，其中术语“巴表压”用于表示实际压力(相对常压压力零基准)。

因而可以理解，泵送常压lng时，常压lng压力会增加。

加压lng的进料气流转化为常压lng，随后存储在lng储罐内。lng储罐可以用作储罐，适合存储常压lng，而且不需要承受高压的设计。因此，再气化终端能够接收并处理加压lng，而且无需使用加压lng储罐。

从lng储罐提取lng再气化气流，然后传入再气化装置，在适当的气压下生产天然气，向供气网供给再气化后的天然气。

通过使加压lng的进料气流在换热器中与再气化气流进行热交换，并膨胀加压lng的进料气流至常压压力，从而实现冷却效果，加压液化天然气的进料流以节能的方式转化为大气液化天然气。

没有加压lng进料气流存在的期间，例如，当在再气化终端没有停泊加压lng运输船并且忙于卸载加压lng时，可以在任何合适的再气化器装置中再气化lng储罐的lng再气化气流，例如，如以下任何专利文献中所述：wo2008012286、wo2013186271、wo2013186277和wo2013186275。

当停泊了加压lng运输船并且忙于卸载加压lng时，可以重新引导储罐中的lng再气化气流或侧流通过换热器，相对加压lng的进料气流一起被加热，从而获得加热的再气化气流，将其传送到再气化器装置。可选择将加热的再气化流与再气化器装置上游的剩余再气化气流重新组合。

将加压lng的进料气流输入热交换器依靠再气化气流(侧流)进行冷却，并将其膨胀至常压压力以获得包含lng的处理后进料气流。处理后的进料气流可以直接传入(常压)lng储罐或者可以传入气液分离器以获得可传入lng储罐的液体流，及可以通过再液化装置再液化的气态流。即可以通过再液化装置传入lng储罐，或者可以通过再冷凝器再液化。

气流在热交换器下游发生膨胀。

所提出的再气化方法及再气化终端具有以下优点：除了加压至将加压lng的压力降低到的第一压力的压力点之外，不需要额外的安全措施或加固硬件来处理和存储加压lng。此刻，再气化终端便可以安全有效地接收加压lng，同时适合接收常压lng。现有的设有常压液化天然气储罐的再气终端，只需极少的额外设备和工厂设计的改变，就可以与加压lng价值链集成。现有的适合处理常压lng的再气化终端，投入很少的硬件即可完成改造，使之也适合接收加压lng。

现在参照图1更详细地描述实施例。

图1示意性地展示了再气化终端。再气化终端由处于第一压力的储罐1组成，包含lng。再气化气流10通过适合的泵2获取。因此，再气化气流10将具有高于第一压力的中间压力。

lng储罐1通过再气化气流管道与再气化器装置20流体连接。再气化器装置20设计为接收再气化气流并生成和排放再气化的天然天气流30，并且将再气化的天然气气流输送至供气网，示意图见参考文献31。

根据实施例，再气化器装置20设计为：

-将再气化气流10加压到第三压力以获得加压的再气化气流13，

-在再气化器热交换器21内，依靠环境流22加热部分加压再气化气流13。

图1示意性展示了压缩机12，该压缩机有一个设计用于接收再气化气流的进气口，和一个排放加压再气化气流13的出口。压缩机12的出口通过管道13与再气化器热交换器21的一个或多个出口的管道流体连通。再气化器热交换器包括再气化器热交换器21的进气口和再气化器热交换器21的出气口之间的第一个流路，和周围环境进气口和周围环境出气口之间的第二个流路，这样第一个和第二个流路可以交换热量。

环境流可以是包括环境空气的流动或包括水(如，海水)的流动。

由于依靠环境流能在更高压力下更加有效地完成加热，所以最好在再气化器热交换器21的上游实施加压。

第三压力最好至少等同于再气化天然气气流30所需的出口压力，例如供气网压力，通常为60巴以上绝压，例如80巴绝压。

再气化器热交换器21的出口与供气网31流体连通。

图1进一步展示了包括一个或多个设计成装载加压lng的加压lng储罐61的载运船60。载运船60不属于再气化终端。

从载运船60获得的加压lng的进料气流40包含小于250ppm的co2，最好是小于150ppm的co2，小于50ppm的co2(ppm＝百万分率)为最佳。

再气化终端由包括热交换装置50的处理装置5和膨胀装置41组成。膨胀装置41相对于进料气流40的流动方向位于热交换装置50的下游。

热交换装置50可以是任何合适类型的间接热交换器，例如板式热交换器、壳管式热交换器等。热交换装置50可以包括一个或多个(串行或并行)热交换器。

热交换装置50包括一个加压lng进气口51，用于接收第二压力下的加压lng的进气气流40，第二压力为2巴以上绝压。加压lng进气口可以设计为，可与一个或多个容纳加压lng的加压lng储罐61进行可拆除连接，例如，在载运船60上。

热交换装置50另外还包括用于排放已冷却进料气流43的加压lng出气口52。除了由于流过管道和热交换装置50产生的微小、无负荷的压降，已冷却进料气流43仍然处于第二压力。

加压lng出气口52与膨胀装置41的进气口流体连通，用于将已冷却进料气流43传入膨胀装置41。膨胀装置可以是jt阀或膨胀器，产生膨胀冷却的进料气流43’。热交换装置50还包括用于将已膨胀冷却的进料气流43’排放到一个或多个lng储罐1的出气口。

已膨胀冷却的进料气流43’在jt阀或膨胀器42经过膨胀后，会部分闪蒸，从而产生气体液体混合流。混合流可能引起振动，会导致管道损坏或出现问题。在管道工程桥接有高度差的情况下尤其如此。

因此，jt阀或膨胀器的位置应靠近lng进气口42，最好是基本上位于和lng进气口42一样的高度。此处使用的术语“基本上一样”表示当膨胀装置41流到lng进气口42时，已膨胀冷却进料气流43’所覆盖的高度差小于10米，最好是不到5米。

热交换装置50还包括冷却进气口53，用于接收处于中间压力(范围为8–16巴绝压)的冷却气流11以冷却进料气流40。冷却气流11是处于中间压力的再气化气流10(的侧流)。

热交换装置50包括冷却出气口54，其用于排放加热的冷却气流14，以在中间压力下将其返回供给再气化气流10，使加热的冷却气流14与再气化气流10’的剩余部分再组合，形成组合气流10”。

如图1所示，再气化气流10可以至少部分通过再冷凝器16以冷凝(至少部分)从lng储罐1获得的蒸发气流73。再冷凝器16设计用于接收液体再冷凝器进料气流，该进料气流包括至少剩余的再气化气流10’的一部分101和包含(至少部分)加压蒸发气流73(参见以下更详细的解释)的蒸气再冷凝器进料气流。这两股气流组合成再冷凝气流18，其与再气化气流102再次组合，作为组合气流10”的一部分传入再气化装置20。

加热的冷却气流14在再冷凝器16(如图所示)的下游或再冷凝器16的上游也将加入到组合气流，例如在与再冷凝气流18再组合之前添加到剩余的再气化气流102，但是在再气化器装置20的上游。加热的冷却气流14处于中间压力，且在中间压力下添加到气流中。

允许冷却气流11和加压lng的进料气流40或已膨胀的进料气流42在热交换装置50内交换热能。由于冷却气流11通常比加压lng的进料气流40的温度更低，因此，会加热冷却气流11但是冷却进料气流40。

将在冷却出气口54所获取的加热的冷却气流14传入再气化装置20。

由于加热的冷却气流14相对于(加压)再气化气流是热的，在保持出气口输出率不变情况下，可以减轻再气化装置20的升温负荷，或者在升温负荷相同的情况下，增加再气化装置20的升温负荷。

根据实施例，冷却气流11在中间压力下生成，作为再气化气流10的侧流，并且加热的冷却气流14在中间压力下与剩余的再气化气流10重新组合，因此在再气化器装置的上游。

除其他因素外，冷却气流11的流速取决于加压lng进料气流40的流速、压力和温度，以及冷却进料气流40相对冷却气流11等的冷却效率等。冷却气流11的质量流速至少是再气化气流10质量流速的10％、至少是再气化气流质量流速的25％、至少是再气化气流质量流速的50％或者至少75％。根据实施例，冷却气流11具有超过再气化气流质量流速95％甚至是再气化气流质量流速100％的质量流速。该方法可以包括针对一个或多个这些因素控制冷却气流的质量流速。

质量流可以用千克/秒表示。

根据实施例，该方法包括

重新组合加热的冷却气流14和剩余的再气化气流10’。

可以将已膨胀冷却的进料气流43’直接传入至少一个lng储罐中，如图1所示。此处使用的术语“直接”表示中间不会再实施其他的处理步骤，比如分离步骤、变更压力步骤或变更温度的步骤等。

图1进一步展示了从至少一个lng储罐1获取的蒸发气流70。还包括第一台蒸发气体压缩机71，其设计用于接收蒸发气流70并对蒸发气流加压以在所述的中间压力下获得加压蒸发气流72。如上所述，可以将加压蒸发气流72(部分地)传入再冷凝器16用作蒸汽再冷凝器进料流。可以将加压蒸发气流72(部分地)传入第二台蒸发气压缩机75在至少与第三压力相同的压力下获取更多的加压蒸发气流73。

最好是将全部加压蒸发气流72传入再冷凝器16或第二台蒸发气压缩机75。

根据实施例，该方法包括

——当提供加压lng的进料气流40时实施步骤b)–f)并且

——当没有提供加压lng的进料气流40时中断步骤b)–f)。

可以在供应第二压力下的加压lnb时实施步骤b)-f)，以及在无法供应第二压力下的加压lng时中断步骤b)-f)。如果无法供应加压lng，将再气化气流10传入再气化器装置20。

可以从载运船60接收处于第二压力的加压lng进料气流40。只有当满载的载运船连接到再气化终端时，才实施步骤b)–f)。如果未连接载运船，或未装载任何处于第二压力的加压lng或没有载运船，中断步骤b)–f)。

中断步骤b)–f)后，实施步骤a)操作再气化终端，而且不是实施步骤f)，而是实施步骤f’)，通过步骤

f’)将再气化气流(10’)传入再气化装置(20)。

根据实施例，步骤a)包括通过以下方式控制再气化气流10的流速：

——如果实施步骤b)–f)，将再气化气流10的流速设置为一级流速，并且

——如果中断步骤b)–f)，将再气化气流10的流速设置为二级流速，一级流速高于二级流速。

因此，当正在接收处于第二压力的加压lng进料气流时，可以增加正在再气化的lng的量，因为可以从加压lng处获得一部分升温负荷。

根据实施例，该方法包括通过以下方式控制再气化装置的升温负荷：

——如果实施步骤b)–f)，将再气化装置的升温负荷设置为一级，并且

——如果中断步骤b)–f)，将再气化装置的升温负荷设置为二级，二级负荷低于一级。

例如，可以通过控制再气化器热交换器21中的环境流22的流速来控制升温负荷。

当正在接收处于第二压力的加压lng进料气流时，可以更加有效地操作再气化装置，升温负荷可以更低，因为可以从加压lng处获得一部分升温负荷。

本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求范围的情况下，可以多种方式实施本发明。