专利名称：从液化天然气中产生能量的制作方法
技术领域：
本发明通常地涉及一种方法，该方法将处于一个压力下的液化天然气转换成处于一更高压力下的液化天然气，并通过对可得到的液化天然气冷阱的经济使用而产生副产品能量。
背景技术：
天然气经常在远离其最终使用地的区域得到。很常见的情况是，这种燃料的产地与使用地之间被一巨大的水体分隔开，从而有必要用为这种运输设计的大型容器运输天然气。天然气通常以低温液体在运载容器中跨海运输。在接收终点，这种在常规实践中压力接近大气压而温度约为-160℃(-256°F)的低温液体必须在环境温度和适当升高的压力，一般为80大气压的压力下被再气化并输送到一分配系统。这就需要增加实质的热量以及用于处理在卸载过程中产生的LNG(液化天然气)蒸气的工艺。这些蒸气有时称为气化气体。
提出了许多建议并已经建造了一些设备用于利用LNG巨大的低温潜能。这些工艺中的某一些应用LNG气化工艺来产生副产品能量，作为使用可得到的LNG低温的一种方式。可得到的低温是通过使用一热阱能量源，如海水，大气，低压蒸气以及烟气来利用的。阱之间的热传导是通过将一单一成份或多成份热传导介质用作热交换介质而实现的。例如美国专利第4，320，303号将丙烷作为一闭环工艺中的热传导介质来发电。LNG液体通过液化丙烷而被气化，该液体丙烷然后通过海水气化，而气化的丙烷用于驱动一涡轮机，该涡轮机驱动一发电机。从涡轮机排出的气化丙烷然后加热LNG，使LNG气化而丙烷液化。由LNG低温潜能发电的原理以兰金循环为基础，这与常规热电厂的原理类似。
在本发明的实践之前，所有关于使用LNG低温潜能的方案都涉及LNG的再气化。但现有技术中没有认识到将处于一压力下的液化天然气转换成处于一更高压力下的液化天然气并应用低压LNG的低温潜能的好处。
概述本发明的实践提供了一种能量源，以满足将常规LNG转换成加压LNG所需的压缩功率。
在本发明的方法中，液化天然气从一处于或接近大气压的压力泵压到一大于1379千帕(200磅/平方英寸)的压力。该加压的液化天然气然后被输送通过一第一热交换器从而将该加压液化天然气加热到一高于-112℃(-170°F)的温度，同时使液化天然气处于或低于其始沸点。本发明的方法同时还通过将一第一热交换介质在一封闭能量环路中循环通过第一和和第二热交换器而产生能量，包括以下步骤(1)将第一热交换介质输送到第一热交换器，与液化气体进行热交换，以至少部分地液化该第一热交换介质；(2)通过泵压对至少部分液化的第一热交换介质进行加压；(3)将步骤(2)中加压的第一热交换介质输送通过该第一热交换装置，以至少部分地对液化的第一热交换介质进行气化；(4)将步骤(3)中的第一热交换介质输送到第二热交换器，以进一步加热该第一热交换介质，从而产生加压蒸气；(5)将步骤(3)中气化的第一热交换介质输送通过一膨胀装置，将第一热交换介质膨胀到一低压，从而产生能量；(6)将步骤(4)中膨胀的第一热交换介质输送到第一热交换器；及(7)重复步骤(1)至(5)。
附图
简介通过参照下面的详细说明以及附图，本发明及其优点将得到更好的理解，该附图是本发明一实施例的示意性流程图，该实施例中将处于一温度和压力下的LNG转换成处于一更高温度和压力下的LNG并作为副产品回收能量，该附图并不试图将此处列出的其它实施例排除在本发明的范围之外，这些其它实施例是对附图中公开的实施例的正常和期望改进的结果。
发明详述本发明的方法使用处于或接近大气压的液化天然气的低温来生产液化天然气产品并提供一能量循环，该能量循环最好提供能量，该能量的一部分最好用于该方法中。
参照附图，参考数字10表示一用于将处于或接近大气压且温度为约-160℃(-256°F)的液化天然气(LNG)输送到一绝缘储存容器11中的管道。该储存容器11可以是一岸上静止储存容器或者可以是一船上容器。管道10可以是一用于卸载船上储存容器的管道，或者可以是一从一船上容器延伸到岸上储存容器的管道。
尽管在储存过程中以及储存容器卸载过程中容器11中LNG的一部分将气化为蒸气，但容器11中LNG的主要部分还是通过管道12输送到一适当的泵13。泵13将PLNG的压力提高到大于约1，380千帕(200磅/平方英寸)，最好是大于约2，400千帕(350磅/平方英寸)。
从泵13排出的液化天然气由管道14导引通过热交换器15，将LNG加热到高于约-112℃(-170°F)。该加压的天然气(PLNG)然后由管道16导引到一适当的运输和处理系统。
一热传导介质或致冷剂在一封闭环路中循环。该热传导介质从第一热交换器15由管道17导引到一泵18，热传导介质在泵18中的压力上升到一升高的压力。环路介质的压力取决于所期望的环路性质以及所使用的介质的类型。从泵18出来，处于液态及一升高的压力下的热传导介质被输送通过管道19而到达热交换器15，热传导介质在该热交换器15中被加热。从热交换器15出来，热交换介质由管道20输送到热交换器26，热交换介质在该热交换器26中被进一步加热。
从一些适当的热源出来的热量通过管道21进入热交换器26，而冷却的热源介质通过管道22从该热交换器出来。可使用任何低成本热源，例如大气，地表水，海水，河水，或废弃的热水或蒸气。来自热源的热量穿过热交换器26传给热传导介质。该热传导导致热传导介质的气化，因而它以一具有升高压力的气体离开热交换器26。该气体穿过管道23到达一适当的加工设备24。设备24最好是一涡轮机，但也可以是通过气化热传导介质的膨胀来工作的发动机的任何其它形式。热传导介质通过加工设备24后压力被减小，产生的能量可以任何期望的形式回收，如涡轮机的旋转，该涡轮机的旋转可用于驱动发电机，或驱动再气化过程中使用的泵(如泵13和18)。
压力减小的热传导介质通过管道25从加工设备24导引到第一热交换器15，热交换介质在该第一热交换器15中被至少部分冷凝，最好是全部冷凝，而LNG通过热量从热传导介质向LNG的传导而被加热。冷凝的热传导介质从热交换器15排出经过管道17到达泵18，从而冷凝的热交换介质的压力被大大降低。
热传导介质可以是任何冰点在加压液化天然气的沸点温度之下的流体，不会在热交换器15和26中形成固体，且在通过热交换器15和26时具有高于热源冰点温度而低于热源实际温度的温度。因此热传导介质在它循环通过热交换器15和26过程中可以是液态，以交替地将显热传导到和传导出热传导介质。但优选的是，所用的热传导介质在循环通过热交换器15和26过程中经历至少部分的相变，而导致潜热的传导。
优选的热传导介质具有中等的蒸气压力，其温度介于热源实际温度和热源冰点温度之间，在通过热交换器15和26过程中使热传导介质气化。同样，为了进行相变，热传导介质必须可在一高于加压液化天然气的沸点温度的温度下液化，这样热传导介质在通过热交换器15过程中将被冷凝。热传导介质可以是一单纯化合物，也可以是具有这样的成份的化合物的混合，即热传导介质在高于液化天然气的气化温度范围的一个温度范围内冷凝。
尽管在本发明的实践中商业致冷剂可用作热传导介质，但优选的热传导介质是每个分子中含1至6个碳原子的碳氢化合物，如丙烷、乙烷和甲烷，及它们的混合物，特别是因为它们一般以至少最小量存在于天然气中，并因而容易得到。
示例完成一模拟的质量和能量平衡来表示附图中所示的本发明优选实施例，其结果在下面的表中列出。表中的数据设定PLNG生产率为约753MMSCFD(37，520千克摩尔/小时)，热传导介质包含50％-50％甲烷-乙烷二元混合物。表中的数据是用称作HYSYSTM的商业上可得到的工艺模拟程序来获得的。但是，也可以使用其它商业上可得到的工艺模拟程序来开发数据，包括例如本领域技术人员熟悉的HYSIMTM，PROIITM，及ASPEN PLUSTM。提供表中所列的数据是为了更好地理解本发明，但本发明并不解释为必须局限于此。温度和流速不认为是对本发明的限制，从此处的教导的观点看，本发明在温度和流速上可以有许多变化。
表 *每天百万标准立方英尺本领域技术人员，特别是受到本专利教导的人将认识到对于上面公开的具体方法的许多改进和变形。如上所述，具体公开的实施例和示例不能用来限制和局限本发明的范围，本发明的范围由下面的权利要求及它们的等同物确定。
权利要求
1．一种用于回收能量的方法，包括以下步骤(a)将液化天然气从一处于或接近大气压的压力泵压到一高于1379千帕(200磅/平方英寸)的压力；(b)将该加压液化天然气输送通过一第一热交换器，从而将加压液化天然气加热到一高于-112℃(-170°F)的温度，且液化天然气持续处于或低于其始沸点；及(c)将一作为工作流体的致冷剂在一封闭回路中进行循环，通过该第一热交换器以冷凝该致冷剂并提供加热该液化气的热量，通过一泵以对冷凝的致冷剂进行加压，通过一第二热交换器，在该第二热交换器中从热源吸收热量以气化该加压的致冷剂，并通过一加工设备来产生能量。
2．如权利要求1所述的方法，其中用于第二热交换器的热源是水。
3．如权利要求1所述的方法，其中用于第二热交换器的热源是从主要包含下列各项的组中选择的一种热流体空气，地表水，海水，河水，废弃的热水和蒸气。
4．如权利要求1所述的方法，其中致冷剂包括甲烷和乙烷的混合物。
5．如权利要求1所述的方法，其中致冷剂包括每个分子中含有1至6个碳原子的碳氢化合物的混合物。
6．如权利要求1所述的方法，其中一发电机与该加工设备相联用于发电。
7．如权利要求1所述，并基本上如此处参照或不参照示例和/或附图所描述的方法。
全文摘要
公开了一种方法,该方法用于将温度约为－162℃(－260°F)而压力接近大气压的液化天然气(LNG),转换成具有高于－112℃(－170°F)的温度和足够使液体处于或接近其始沸点的压力的加压液化天然气(PLNG),同时从LNG的低温中产生能量。LNG被泵压到一大于1,380千帕(200磅/平方英寸)的压力并被输送通过一热交换器(15)。在封闭环路中作为工作流体的致冷剂被输送通过该热交换器以冷凝该致冷剂并提供用于加热加压 LNG的热量。该致冷剂然后被一外部热源(21)加压并气化,然后通过一加工设备以产生能量。
文档编号F17C9/02GK1295647SQ99804548
公开日2001年5月16日 申请日期1999年3月26日 优先权日1998年3月27日
发明者摩西·明塔, 罗纳德·R·鲍恩 申请人:埃克森美孚上游研究公司