用于压缩蒸发气体的设备及方法与流程

本发明涉及用于压缩蒸发或闪蒸气体的设备及方法，且具体地涉及用于压缩且随后使用来自液化气体储存器的蒸发或闪蒸气体的设备及方法。
背景技术：
：天然气是用作能量源的化石燃料，用于加热、烹饪和发电。其还用作车辆的燃料，以及塑料和其它商业上重要的有机化学物质的制造中的化学原料。为了允许储存和运输，可液化天然气，从而将其占据的容积减小到相同量的气态天然气的体积的大约1/600。气体然后在大约大气压和大约-162℃的温度下储存在绝热罐中。大量此类液化天然气(lng)可在货船上在绝热罐中运输。将认识到，这些罐上的绝热的有效性由于成本和技术限制而受限。因此，尽管可减少引入罐中的热，但其不可完全避免。随着时间过去，这样逐渐引入热引起一些lng蒸发或汽化。为了防止罐中的压力提高到不安全的水平，这些汽化的气体必须从罐除去，且这可通过使罐排放到大气来实现。然而，lng是有经济价值的产品，且由此排至大气而产生的这样大量损失在经济上是非期望的。此外，天然气主要由甲烷构成，甲烷是温室气体，且所以将其排至大气从环境观点看也是非期望的。备选地，有可能再液化闪蒸气体，且使液化的天然气回到罐。然而，这可在技术上很复杂，且可导致较大的运营成本，这将不是期望的。技术实现要素：本发明源自发明人试图克服与现有技术相关联的问题的成果。在本发明的第一方面，提供了一种设备，其包括：构造成将液化气储存在其中的储存罐；设置在储存罐下游且与其流体连通，且构造成从储存罐接收闪蒸气体且压缩气体的液体活塞式压缩机；以及设置在液体活塞式压缩机下游且与其流体连通的供有气体装置，其中供有气体装置构造成从液体活塞式压缩机接收压缩气体。如上文所述，不可避免的是一些热引入储存罐中。因此，当液化气设置在其中时，这些热可引起一些液化气蒸发。用语"闪蒸气体"因此可理解为表示由于储存罐中的液化气蒸发而产生的气体。有利地，设备构造成将所有汽化损失供给至供有气体装置。有利地，这防止了在其它情况下由排至大气的汽化损失引起的环境污染，且还使用了在其它情况下浪费的供有气体装置中的汽化。优选地，储存罐构造成储存易燃液化气。易燃液化气可包括任何易燃液化气体，其蒸汽/液体平衡以低于10bara的储存压力低于环境温度，更优选低于9bara、8bara、7bara或6bara，且最优选低于5bara、4bara、3bara或2bara。易燃液化气可包括液化氢、液化天然气(lng)、液化甲烷、液化乙烷和/或液化丙烷。优选地，储存罐构造成储存液化天然气(lng)。因此，将认识到，如果储存罐构造成储存液化天然气(lng)，则闪蒸气体包括天然气。优选地，储存罐构造成以小于10bara的压力储存液化气，更优选小于9bara、8bara、7bara或6bara，且更优选小于5bara、4bara、3bara或2bara。在最优选的实施例中，储存罐构造成储存在大约大气压下的液化气。设备可包括多个储存罐。多个储存罐可平行于彼此布置。优选地，设备包括预压缩机。优选地，预压缩机设置在储存罐下游且与储存罐流体连通。优选地，预压缩机设置在液体活塞式压缩机上游且与其流体连通。优选地，预压缩机构造成从储存罐接收闪蒸气体。优选地，导管在储存罐与预压缩机之间延伸。优选地，导管构造成将闪蒸气体从储存罐输送至预压缩机。优选地，预压缩机构造成将闪蒸气体的压力提到2bara到20bara之间。更优选地，预压缩机构造成将闪蒸气体的压力提到3bara到15bara之间。最优选地，预压缩机构造成将闪蒸气体的压力提到4bara到10bara之间。有利地，预压缩机可将气体压力从大约大气压力升高至比液体活塞式压缩机的更有效的更高压力。预压缩机可包括压缩机涡轮、多级离心压缩机、螺杆压缩机、压力波机械增压器，或正排量压缩机。优选地，预压缩机包括压缩机涡轮。优选地，在存在预压缩机的实施例中，液体活塞式压缩机构造成从预压缩机接收闪蒸气体。优选地，导管在预压缩机与液体活塞式压缩机之间延伸。优选地，导管构造成将闪蒸气体从预压缩机输送至液体活塞式压缩机。设备可包括冷却装置，其构造成冷却预压缩闪蒸气体。优选地，冷却装置设置在预压缩机与液体活塞式压缩机之间。冷却装置可包括换热器。液体活塞式压缩机可包括一个压缩机级。然而，优选地，液体活塞式压缩机包括液体活塞多级压缩机，其包括串联连接的多个压缩机级。优选地，液体活塞式压缩机包括一个到二十个之间的压缩机级。更优选地，液体活塞式压缩机包括两个到十个之间的压缩机级。最优选地，液体活塞式压缩机包括三个到五个之间的压缩机级。在最优选的实施例中，液体活塞式压缩机包括串联连接的四个压缩机级。液体活塞式压缩机可包括液体活塞式多级压缩机，其包括并联连接的多个压缩机级。有利地，这将提高压缩机的吞吐量。因此，在一个实施例中，液体活塞式多级压缩机可为多个串，其中每个串包括串联连接的多个压缩机级，且多个串并联连接。优选地，每个压缩机级包括室，其包括构造成允许闪蒸气体流入室中的气体入口，以及构造成允许闪蒸气体从其流动的气体出口。优选地，气体入口包括单向阀。优选地，气体出口包括单向阀。室可包括缸。优选地，液体活塞式多级压缩机包括至少一个中间导管，其中该或每个中间导管在两个压缩机级之间延伸。优选地，该或每个中间导管在一个压缩机出口的气体出口与另一个压缩机级的气体入口之间延伸。构造成冷却闪蒸气体的冷却装置可设置在串联连接的每个压缩机级之间。因此，冷却装置可设置在该或每个中间导管上。冷却装置可包括换热器。优选地，多个压缩机中的每个构造成提高接收到其中的闪蒸气体的压力。优选地，每个室流体地连接到液体高压供应装置上，其构造成增大和减小设置在室中的驱动液体的量。每个室可连接到单独的液体高压供应装置上。备选地，多个室可连接到公共液体高压供应装置上。在优选实施例中，一系列室中的每个室连接到公共液体高压供应装置上。驱动液体可包括离子液体。每个室可包括构造成分离驱动液体和闪蒸气体的固体平衡活塞。优选地，平衡活塞构造成在设置在其中的驱动液体的量变化时在室内移动。每个室可包括v形活塞环，其构造成提供平衡活塞的外周表面与室的内表面之间的密封。优选地，v形活塞环构造成与平衡活塞一起移动，且由此在平衡活塞移动时保持密封件。备选地或此外，每个室可包括一定量的附加液体，其构造成提供平衡活塞的外周表面与室的内表面之间的密封。优选地，附加液体构造成与平衡活塞一起移动，且由此在平衡活塞移动时保持密封件。附加液体可包括离子液体。优选地，液体活塞式压缩机构造成将闪蒸气体的压力提到100bara到1500bara之间。更优选地，液体活塞式压缩机构造成将闪蒸气体的压力提到150bara到1250bara之间。最优选地，液体活塞式压缩机构造成将闪蒸气体的压力提到300bara到1000bara之间。可认识到，闪蒸气体的期望压力取决于闪蒸气体变化。因此，当闪蒸气体是氢时，液体活塞式压缩机可构造成将闪蒸气体的压力增大到500bara到1500bara之间，更优选是700bara到1400bara之间，且最优选在800bara到1300bara之间。备选地，当闪蒸气体是天然气时，液体活塞式压缩机可构造成将闪蒸气体的压力增大到100bara到700bara之间，更优选是200bara到600bara之间，且最优选在300bara到500bara之间。设备可包括液体分离装置，其构造成分离闪蒸气体和驱动液体。液体分离装置可设置在液体活塞式压缩机下游且与其流体连通。优选地，导管在液体活塞式压缩机与液体分离装置之间延伸。优选地，导管构造成将闪蒸气体从液体活塞式压缩机输送至液体分离装置。液体分离装置可设置在供有气体装置上游且与其流体连通。优选地，导管在液体分离装置与供有气体装置之间延伸。优选地，导管构造成将闪蒸气体从液体分离装置输送至供有气体装置。液体分离装置可包括聚结过滤器、分子筛、离心分离器，或金属氢化物分离器。优选地，分离器包括聚结过滤器。有利地，液体分离装置除去存在于压缩闪蒸气体中的任何驱动液体。这提高由供有气体装置接收到的闪蒸气体的纯度。液体分离装置可与液体高压供应装置流体连通。优选地，导管在液体分离装置与液体高压供应装置之间延伸。优选地，导管构造成将从液体分离装置回收的驱动液体输送至液体高压供应装置。构造成冷却压缩的闪蒸气体的冷却装置可设置在液体活塞式压缩机与供有气体装置之间。在其存在的实施例中，冷却装置可设置在液体活塞式压缩机与液体分离装置之间。冷却装置可包括换热器。供有气体装置可包括发动机或燃料电池。优选地，供有气体装置包括发动机。发动机可包括气体燃料发动机或混合燃料发动机。发动机可包括四冲程发动机或二冲程发动机。优选地，发动机包括二冲程发动机。发动机可构造成产生推进力。备选地，发动机可包括发电机。第一方面的设备可设在液化气运载工具上。因此，根据第二方面，提供了包括第一方面的设备的液化气运载工具。优选地，液化气运载工具是在陆地、空中或水中移动的任何运输工具，如，船舶、飞机、汽车、火车、齐柏林飞艇或卡车。优选地，运输工具是船舶。优选地，供有气体装置是发动机，其构造成产生推进力，且从而移动液化气运载工具。有利地，设备在液化气输送的过程中提高液化气运载工具的效率。根据第三方面，提供了使用第一方面的设备来向供有气体装置提供压缩气体。根据第四方面，提供了一种向供有气体装置提供压缩气体的方法，该方法包括：-将闪蒸气体从液化气储存罐供给至包括一个或多个液体活塞的压缩机；-使用一个或多个液体活塞压缩闪蒸气体；以及-将压缩气体供给至供有气体装置。优选地，第四方面的方法使用第一方面的设备。优选地，在使用一个或多个液体活塞压缩闪蒸气体之前，该方法包括将气体预压缩到2bara到20bara之间的压力，更优选至3bara到15bara之间，且更优选在4bara到10bara之间。预压缩闪蒸气体可包括在压缩机涡轮、多级离心压缩机、螺杆压缩机、压力波机械增压器或正排量压缩机中压缩闪蒸气体。优选地，预压缩气体的步骤包括在压缩机涡轮中压缩气体。该方法可包括冷却预压缩的气体。冷却预压缩气体可包括使预压缩气体穿过换热器。优选地，预压缩气体然后进一步由一个或多个液体活塞压缩。优选地，用液体活塞压缩闪蒸气体包括将闪蒸气体供给到室中，且将驱动液体供给到室中，从而压缩气体。优选地，使用一个或多个液体活塞压缩闪蒸气体包括用一系列液体活塞压缩气体，其中每个液体活塞构造成进一步压缩闪蒸气体。该方法可包括冷却一系列液体活塞中的每个液体活塞之间的气体。冷却气体可包括使预压缩气体穿过换热器。该方法可包括将气流分流成一个或多个液体活塞上游的多股流。多股流中的每股然后可通过一个或多个液体活塞并行地压缩。优选地，多股流中的每股由一系列液体活塞压缩，其中每个液体活塞构造成进一步压缩闪蒸气体。优选地，用一个或多个液体活塞压缩闪蒸气体包括用串联的一个到二十个之间的液体活塞压缩闪蒸气体，更优选是串联的两个到十个之间的液体活塞，最优选是串联的三个到五个之间的液体活塞。该方法可包括在用一个或多个液体活塞压缩闪蒸气体的步奏之后冷却气体。冷却压缩的气体可包括使预压缩气体穿过换热器。优选地，用一个或多个液体活塞压缩闪蒸气体包括将闪蒸气体压缩到100bara到1500bara之间的压力，更优选150bara到1250bara之间，最优选是300bara到1000bara之间。在闪蒸气体是氢的实施例中，该方法可包括将闪蒸气体压缩到500bara到1500bara之间的压力，更优选700bara到1400bara之间，最优选是800bara到1300bara之间。在闪蒸气体是天然气的实施例中，该方法可包括将闪蒸气体压缩到100bara到700bara之间的压力，更优选200bara到600bara之间，最优选是300bara到500bara之间。优选地，在用一个或多个液体活塞压缩闪蒸气体之后和在将压缩气体供给至供有气体装置之前，该方法包括分离闪蒸气体和驱动液体。分离闪蒸气体和驱动液体可包括经由聚结过滤器、分子筛、离心分离器或金属氢化物分离器供给闪蒸气体。优选地，分离闪蒸气体和驱动液体可包括经由聚结过滤器供给闪蒸气体。在将压缩气体供给到供有气体装置之后，该方法可包括燃烧压缩气体。该方法可包括使用通过燃烧气体产生的热能来产生推进力或电力。本文所述的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或工艺的所有步骤可以除了至少一些此类特征和/或步骤相互排斥的组合之外的任何组合来与上述任何方面组合。附图说明为了更好理解本发明且示出其实施例可如何在实施中执行，现在将参照作为实例的附图，在附图中：图1为根据本发明的气体储存和压缩设备的实施例的示意图；以及图2为包括平衡活塞的液体活塞式压缩机的示意图。具体实施方式实例1容纳液化天然气(lng)4的液化天然气(lng)罐2设置在运载工具上，例如，货船。尽管未示出，但将认识到，多个互连的罐2可设置在货船上。lng4储存在大约大气压力和大约-162℃的温度下。尽管罐2是绝热的，但一些热将传递至lng4，且这将引起一些lng4蒸发，产生闪蒸气体6，闪蒸气体6将设置在罐2的顶部空间8中。闪蒸气体6从顶部空间8沿其间延伸的导管10传递至压缩机涡轮12。尽管未示出，但将认识到，闪蒸气体6沿导管10的流动可由可调节装置控制，如，可调节控制阀。装置可构造成按照发动机38的需求增大沿导管10的闪蒸气体的流动。备选地，装置可构造成在传感器9检测到罐内的压力升高到高于预定最大压力时增大沿导管10的闪蒸气体的流动。有利地，这防止了罐内的压力超过最大压力。气体6在其到达压缩机涡轮12时将为大约大气压力。压缩机涡轮12是具有每级0.5-3:1的压缩比的多级涡轮。压缩机涡轮12将闪蒸气体6压缩到大约6bara的压力下(即，绝对压力是6bar)。压缩气体6然后沿在压缩涡轮12与液体活塞式液体活塞式多级压缩机16之间延伸的导管14供给。换热器15设置在导管14上，且构造成冷却闪蒸气体6。在所示实施例中，液体活塞式多级压缩机16包括四个压缩机级18,20,22,24，其中每个包括缸，缸由中间导管30串联连接成链。因此，第一压缩机级18压缩由涡轮压缩机12输出的气体6，且每个后续的压缩机级20,22,24压缩由链中之前的压缩机级输出的气体6。压缩机级18,20,22,24中的每个连接到高压驱动液体供应装置26上。在所示实施例中，所有压缩机级18,20,22,24共用一个供应装置26。然而，将认识到，在备选实施例中，设备可包括多个供应装置26。供应装置26构造成改变容纳在每个压缩机级18,20,22,24中的驱动液体28的量。液体活塞式压缩机级的结构是公知的。因此，将认识到，供应装置26引起驱动液体28的高度在每个压缩机级18,20,22,24内重复地改变，且这在下文中更详细描述。因此，多级压缩机16构造成使得气体6的压力在其穿过后续压缩机级18,20,22,24时增大。气体6压缩的程度取决于多种因素，包括缸内的驱动液体的高度变化的大小。如表1中所示，压缩机级18,20,22,24构造成提高气体6的压力。表1：每个压缩机级18,20,22,24的出口压力压缩机级出口压力(bara)1816.62045.72212624350驱动液体28包括非可压缩液体，如，离子液体。将认识到，当压缩气体6时，产生热。有利地，这些热将传递至驱动液体28，其可在换热器中冷却(未示出)。此外，换热器17还设在每个中间导管30上，以进一步冷却气体6。气体6可由驱动液体28污染。因此，导管32在链中的最后(即，第四)压缩机级24与聚结过滤器34之间延伸。最后的换热器19设在导管32上来冷却气体6。气体6在相对较高的速度下进入聚结过滤器34。气体6然后穿过具有大截面面积的元件33。这降低了气体6的速度，且引起驱动液体作为液滴沉积在元件33内。当气体6流过元件33时，迫使液滴流出元件，且它们由于重力排到聚结过滤器34的底部。因此，聚结过滤器34将气体6与驱动液体28分开。回收的驱动液体28可通过排水口35从聚结过滤器34除去。其然后可重新注入回液体活塞式多级压缩机16中。导管36在聚结过滤器34与发动机38之间延伸。发动机38可为气体燃料发动机或混合燃料发动机。发动机38构造成产生推进力，且从而驱动运载工具，在本例中是货船。发动机38从导管36供给气体，补充由发动机38接收到的任何其它燃料，因此允许货船更有效地起作用。实例2：备选实施例在图1中所示的实施例中，每个压缩机级18,20,22,24内的驱动液体28与气体6之间存在直接接触。然而，将认识到，如果没有直接接触，则这将避免由来自驱动液体28的蒸气污染压缩气体6。例如，参看图2，文献us2012/0134851提出了将平衡固体活塞40布置在驱动液体28与气体6之间。图2中示出了包括平衡活塞40的第一压缩机级18和第二压缩机级20的一个实例。在该实施例中，气体6经由包括单向阀39的气体入口41引入压缩机级18。由液压油46润滑的柱塞42从一侧移动到另一侧，且从而改变位于设置在每个压缩机级18,20下方的储存器44,45中的驱动液体28的量。因此，当柱塞42朝左侧移动时，储存器44中的驱动液体28将位移，且将流入第一压缩机级18中，从而引起设置在其中的平衡活塞40升高。这继而又将压缩设置在第一压缩机级18中的气体6，且引起其经由包括单向阀39的气体出口43流入中间导管30。同时，由于柱塞移出储存器45，故设置在第二压缩机级20中的驱动液体28将流入储存器45，从而引起设置在第二压缩机级20中的平衡活塞40降低。因此，设置在中间导管30中的气体6将经由气体入口41流入第二压缩机级20中。因此，将认识到，柱塞42和储存器44,45包括高压驱动液体供应装置26。在操作循环期间，平衡活塞40保持在驱动液体28的上方，且由于其高度的变化而向上和向下移动。如图2中所示，单独的压缩机级18,20内的平衡活塞40独立于彼此，而没有基于固体的互连。v形活塞环48用于提供平衡活塞40的外周表面与压缩机级18,20的内表面之间的密封。v形活塞48与平衡活塞40一起移动，以在平衡活塞40移动时保持密封。备选地或此外，固定量的附加液体可提供成用于在平衡活塞40与压缩机级18,20的内表面之间产生外周密封。通过与平衡活塞一起移动，该附加液体量将保持包括在平衡活塞40的外周表面与压缩机级18,20的内表面之间，而不论驱动液体28的高度。附加液体选择成不会产生污染蒸气，且使得气体6不会溶解在其中或与其反应。出于此目的实施了离子液体。将认识到，在该实施例中，设备将不需要包括聚结过滤器34，因为压缩气体6不可由来自驱动液体28的蒸气污染。在另一个备选实施例中，发动机38包括发电机。在以上实施例中，罐2构造成储存液化天然气(lng)。然而，将认识到，罐可储存任何易燃液化气，其在低于10bara的储存压力下具有低于环境温度的蒸气/液体平衡。因此，在备选实施例中，罐2可构造成储存液化氢、甲烷、乙烷和/或丙烷。最后，尽管实例1描述了货船上的设备，但将认识到，类似的设备可设置在备选的运载工具或载体上。备选地，设备可应用于储存lng的静止结构，如，发电站。概述本发明的设备构造成在内燃机中使用所有汽化损失。有利地，这防止了环境污染，否则将汽化损失排至大气将引起环境污染。此外，设备在lng运输过程中提高了货船的效率。液体活塞式压缩机的高效率可带来经济优点，因为压缩和燃烧气体的方法可比再液化气体成本效益更划算。此外，由于聚结过滤器在气体供给到发动机中时导致气体的低蒸气压力，故供给至发动机的气体将是高质量的。当前第1页12