一种新型LNG冷能回收利用方法及装置与流程

本发明涉及冷能的转换利用领域，具体是一种新型的LNG冷能回收利用方法及装置。

背景技术：

目前，随着节能环保意识的逐渐提高天然气行业发展迅猛，LNG冷能的利用得到了快速的发展。LNG的主要成分是甲烷其燃烧后的产物是水和二氧化碳，所以是一种洁净的能源。LNG通常存储在-141℃的储罐中(压力为0.2～0.4MPa)，必须经过汽化后以气态的形式才能有效被利用，在汽化的过程中释放了大量的冷能，如果这部分冷量不能被充分利用将会造成很大的能源浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述的问题，特别是能源的浪费问题。提供一种充分利用LNG汽化过程中所产生的冷能的方法，从而实现节约能源的目的。

本发明的另一个目的在于提供一种新型的换热装置。

由于LNG常压下温度很低，如果直接和空气进行热交换会导致空气中的CO2和水蒸气结冰，直接影响换热效果。因此为提高LNG冷量的利用效率，对储冷液和取冷液都具有较高的要求。本发明采用65号航空冷却液(冰点为-65℃)作为储冷液，将LNG释放的冷量进行储存。采用浓度为55％的乙二醇溶液(冰点-41℃)为取冷液，以便将LNG的冷量通过储冷液间接的提取，再通过换热器与空气换热将其输送到相应的设备中，实现了LNG冷量的利用。

LNG冷能回收利用的实现过程是：液化天然气(LNG)从低温储罐中通过管道进入一级换热器与储冷液进行充分换热后汽化，汽化后的天然气进入储气罐中供发动机使用。同时储冷液(65号航空液)在换热器中将液化天然气(LNG)汽化过程释放出的冷能加以储存。随后利用泵将浓度为55％的乙二醇溶液注入换热器中使其与储冷液(65号航空液)充分换热，从而将储冷液中的冷量转换到取冷液中。取冷液从一级换热器中流出后进入二级换热器与空气进行换热，换热后由泵再次注入一级换热器实现循环使用。空气经换热后降温实现了冷能的转化供用冷设备使用，从而实现了LNG冷能的转化与利用。

在整个LNG冷能回收利用方法中，LNG的流量为50kg/h,其汽化潜热为515kj/kg。通过热负荷计算公式Q＝(r+C_pΔt)*G_m*η得LNG中冷能为11.48KW，其中r代表汽化潜热，C_p代表比热容为2.4kj/kg.k,Δt代表温差为70，G_m代表流量，η为效率取0.8.储冷液的溶解潜热为246kj/kg，通过计算可得储存11.48KW的冷能需要100L储冷液。系统中取冷液的流量为1000L/h，起始温度为7.2℃通过换热计算可得取冷液的出口温度为3.2℃，即温度差为4.利用换热器计算及雷诺数计算公式R_e＝ρ*v*L/μ得取冷液的流速为0.167m/s，其中R_e代表雷诺数，ρ代表密度，L代表流道长度，μ代表粘度。

一级换热器在整个冷能利用系统中占有重要地位，是本发明的另一个目的即提供一种新型换热设备。该设备由3个基本层组成即LNG层，储冷液、取冷层。在每层中又分布有若干个加强板，其作用是在加强结构强度的同时兼顾流体的导流。不同流体层之间用隔板隔开，以防止流体间混合而影响换热效果。每一个LNG层两边各有一个储冷层，储冷层的另一边则是取冷层。这样的结构便于不同流体间的换热，同时又不妨碍各流体的正常流动。此外，若将此设备看做是单元模块，则可根据LNG的冷量的多少，通过热(冷)负荷的相关计算确定基本单元模块的数量。

本发明具有以下优点：

冷能利用系统中通过一级换热器和二级换热器的换热作用，实现了不同流体之间的能量转化，最终将冷能传递给空气供设备使用。整个过程中不需要任何的机械制冷设备，大大降低了成本。

一级换热器采用多股流体同时换热的结构，在提高换热效率的同时减小了设备的体积。同时，该结构采用模块化设计，大大增加了结构的灵活性和可操作性。

附图说明

图1是本发明LNG取冷结构示意图,其中LNG的流向从左至右，取冷剂的流向从右至左，波浪线为蓄冷。

图2是本发明一级换热器结构示意图，其中从上至下依次为取冷层、储冷层、LNG层、储冷层、取冷层、储冷层、LNG层、储冷层、取冷层、储冷层、LNG层、储冷层、取冷层。

具体实施方式

如图1所示，液化天燃气在压力作用下从蓄冷罐进入换热器中换热进而汽化，冷能由逆流的取冷液带走，在出口处完全汽化为气体。在取冷液和LNG之间由储冷液将其隔开，这样LNG的冷量先被储存在储冷液中然后被取冷液带走。为了保证汽化的完全，进一步在其他层换热器与取冷液进行热交换，使之温度再次升高，随之进入压力储气罐中。从而实现了LNG冷量的利用及汽化后天然气的储存。

如图2所示，本发明中换热器由取冷层，储冷层和LNG层构成。每一层都有两片隔板和若干个加强板组成，从而形成了不同的流体流道。由于每一层LNG两边都有储冷层，这样最大限度的实现了LNG冷量的储存。类似于管壳式换热器中折流板的结构，每层流道中的加强板呈弓形排列，使流体在换热器里流动时也呈弓形流动，起到了导流的作用。