液化天然气蒸发气体的再液化流程制造技术

本发明专利技术是关于再液化由装在储存容器中的液化天然气蒸发产生的含氮气量达１０％的汽化天然气的一个改进工艺。在这个工艺中，利用了闭路致冷循环，其中等焓熵膨胀束流从初始被冷却的汽化天然气束流中吸热。汽化的液化天然气的初始冷却是通过与等熵膨胀的致冷束流的间接热交换达到的。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于储存容器中液化天然气(LNG)蒸发损耗的回收工艺。与陆基储存罐一样，在运输液化天然气货物的海洋油轮中，由于热量透过液化天然气储存容器周围的隔热层，导致一部分液化(对液化天然气来说通常数量为大约每天0.1%至0.25%)蒸发而损失。更严重的是，热量漏入海运和陆运液化天然气的储存容器，引起液相蒸发而增大了容器所受的压力。船上液化天然气储存罐的蒸发损耗常被用来作为辅助能源，为船上的锅炉和发电机提供动力。但是最近液化天然气油轮的设计采用了柴油发动机，而不是蒸汽发动机，这样就消除了由液化天然气的蒸发损耗提供补充能源的必要。最近通过的法律禁止油轮在城市及其附近地区通过排入大气或燃烧方式排放含碳氢化合物的物质，再加上节省能源支出越来越受重视，这使得新油轮的设计中装上了回收液化天然气蒸发损耗的再液化装置。人们已经在回收从储存罐中蒸发的含氮气的汽化天然气方面作出了努力。在典型的情况下，这些系统使用了闭路致冷系统，其中循环气体被压缩、冷却、膨胀而产生致冷，然后回到压缩机。下面的专利是有代表性的美国专利3，874，185号发表了一个利用闭路氮气致冷循环的再液化工艺，其中，使液化天然气凝聚的致冷最低度或最冷度是由一个等熵膨胀束流提供的，而其余的致冷是由致冷剂剩余的第二部分等焓膨胀提供的。在一个实施例中，等焓膨胀束流的剩余部分经过一个相分离过程，使液体和蒸汽部分分开。在致冷要求较低的阶段，液体部分中的一部分被储存，在致冷要求较高的阶段，储存的液体部分中的一部分被再循环进入致冷系统。本专利技术对大约含0至10%氮气的液化天然气提供了一个灵活的和高效率的再液化工艺。先有技术的工艺通常不能对有如此宽的氮气含量范围的液化天然气进行有效的再液化。它们的设计仅对窄的浓度范围发挥作用。当杂质含量偏离了设计标准时，再液化装置的效率就会变得很低。本专利技术的实施例消除了这个缺陷。由储存容器中的液化天然气蒸发产生的汽化天然气的再液化工艺流程利用了闭路氮气致冷循环，本专利技术是对该工艺流程的改进。在这个汽化天然气再液化流程中，闭路致冷系统包括以下步骤＊在压缩系统中压缩作为工作流体的氮气，形成压缩工作流体;＊将压缩工作流体分为第一和第二束流;＊等焓膨胀第一束流，从而产生一个冷第一束流，然后从汽化天然气和再循环压缩工作流体中吸热;＊等熵膨胀第二束流，从而形成一个冷膨胀束流，然后从汽化天然气中吸热，以形成至少部分凝聚的汽化天然气，再然后从工作流体中吸热;最后＊使所得到的已升温的等焓膨胀和等熵膨胀束流回到压缩系统。对再液化大约含0至10%氮气体积的汽化天然气的闭路致冷过程所做的改进包括(a)当氮气含量约为0-5%时，在一定条件下实现上述第一束流的等焓膨胀，该条件是使其在高于等熵膨胀束流的压强下至少产生一部分液体;(b)这部分液体在被送回压缩系统之前，从部分凝聚的汽化天然气和压缩工作流体中吸热。当氮气含量约从5-10%，该工艺流程包括以下步骤(a)在一定条件下实现上述第一束流的等焓膨胀，该条件是使其在高于等熵膨胀束流的压强下至少产生一部分液体;(b)这部分液体在被送回压缩系统之前，从部分凝聚的汽化天然气和压缩工作流体中吸热;(c)如果产生了蒸汽，则将这部分蒸汽与液体部分分开;(d)如果产生了蒸汽，则使这部分蒸汽从汽化天然气和再循环压缩工作流体中吸热;(e)将步骤(a)中形成的液体部分分为一个第一大部分和一个第二小部分;(f)液体部分的第一大部分从汽化天然气中吸热，与之平行进行的是所述等熵膨胀第二束流的吸热;同时(g)等焓膨胀第二小部分，以产生一个冷的第二液体部分和第二蒸汽部分，然后让冷的第二液体部分和所述的第二蒸汽部分从部分凝聚的汽化天然气中吸热，从而实现汽化天然气的最终凝聚。本专利技术具有若干优点，它们是(a)能够获得致冷循环气体的升温曲线和汽化的液化天然气束流的降温曲线之间更好的匹配，从而减小了实现再液化所要求的能量;而且(b)能够获得更高的效率，从而允许减小实现再液化所要求的热交换器的表面积。附图说明图1是表示被称为骤冷器J-T流程的闭路过程的工艺流程图。图2是被称为双J-T流程的闭路过程的工艺流程图。图3是回收汽化天然气的闭路过程的先有工艺流程图。对由装在储存容器中的液化天然气蒸发产生的汽化气体的再液化工艺的改进是通过闭路致冷系统的改进达到的。常规的闭路致冷系统用氮气作为致冷剂或工作流体，在常规工艺过程中，氮气通过一个多级压缩机系列(通常与后冷却器配合)被压缩到预先选定的压强。被压缩的氮束流被分为二部分，一部分被等焓膨胀，另一部分被等熵膨胀。一般情况下，等熵膨胀所做的功被用来驱动压缩的最后一级。通过这样的等焓和等熵膨胀实现致冷，并把致冷用来再液化汽化天然气。目标是使降温曲线和升温曲线匹配，避免这些曲线之间有显著的偏离。偏离表明致冷量有损失。为了便于了解本专利技术工艺流程的一个实施例，可参考图1。根据图1所示的被称为骤冷器-JT流程的实施例，有待于再液化的天然气(甲烷)通过管路1从储存罐(未画出)中被抽出并在汽化天然气压缩机100中被压缩到再液化过程中足够进行处理的压强。液化天然气蒸发损耗的再液化所要求的致冷是通过用氮气作为工作流体或循环气体的闭路致冷系统来提供的。在这个致冷系统中，氮气通过带后冷却器的多级压缩机系列102从常压压缩到足够高的压强，例如，600-900磅/平方吋。热力学效率通过在氮气循环中使用大的压强差得到提高。末级压缩机的排出物被分为第一束流10和第二束流30。这些束流在热交换器104和106中被冷却。第一束流10通过热交换器104、管路11和热交换器106后温度降低，然后经过管路13，通过焦耳-汤普森(JT)阀108等焓膨胀至压强约为200-300磅/平方吋，温度约从-240°F降到-265°F。液体和气体部分均形成。从焦耳-汤普森阀108排出的束流通过管路14、18和19在热交换器110，106和104中进行间接热交换而升温，然后通过管路20和21或20和22回到多级压缩机系统102的中间段。其余的致冷由下获得，第二束流30也在热交换器104中被冷却，然后通过管路31在热交换器106中达到-80至-120°F的温度，然后，通过管路32在骤冷器112中等熵膨胀。膨胀后的压强约从70-120磅/平方吋，温度约从-250°F到-280°F。与过去的工艺流程不同的是，等熵膨胀流体从骤冷器112中流出后，经过管路33，通过交换器106和104，这些交换器的工作温度高于凝聚的汽化天然气的最终温度。然后，变热的工作流体通过管路36和37返回或再循环到压缩系统102。在先有技术工艺流程中，从管路33流出的等熵膨胀流体被用来提供给液化天然气致冷的“最冷”度，而在骤冷器-JT流程中，通过管路14的等焓膨胀束流被用来提供其致冷的最冷度，从而将汽化天然气冷却到它的最冷度。汽化天然气的再液化是通过在热交换器106和110中对等焓膨胀束流和等熵膨胀束流放热而冷却来实现的。第一步，汽化天然气最初在压缩机100中从常压被压缩到约30磅/平方吋。然后在热交换器106中同时对等焓膨胀和等熵膨胀工作流体放热而冷却，形成部分凝聚的汽化天然气束流。然后在热交换器110中冷却到最终液化温度，例如，-244°F至-258°F。而使部分凝聚束流最终凝聚的热交换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
在对储存容器中的液化天然气蒸发所产生的汽化天然气的再液化工艺流程中，汽化天然气在一闭路致冷系统中被冷却并液化，然后送回上述的储存容器中，其中，所说的闭路致冷系统包括以下步骤：在压缩系统中压缩作为工作流体的氮气，形成压缩的工作流体；将 压缩的工作流体分为第一和第二束流；等焓膨胀所述第一束流，从而产生一个冷第一束流，然后从汽化天然气和压缩工作流体中吸热；等熵膨胀第二束流，从而形成一个冷膨胀束流，然后从汽化天然气中吸热以形成至少部分凝聚的汽化天然气，然后从工作流体中吸 热，最后回到压缩系统；对大约含０至５％氮气体积的汽化天然气再液化流程所做的改进包括：（ａ）当氮气含量约为０－５％时，在一定条件下实现所述第一束流的等焓膨胀，该条件使其在高于等熵膨胀束流的压强下至少产生一部分液体；（ｂ）该液体部分 在被送回压缩系统之前，从部分凝聚的汽化天然气和压缩工作流体中吸热。。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普约瑟夫库克，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]