專利名稱：天然氣供應方法和裝置的制作方法
天然氣供應方法和裝置本發(fā)明涉及一種用于加熱M電目的而供應天然^i然料的方法和裝置。依據 本發(fā)明的方法和裝置特別適用于船上船舶用于將燃料提供^^舶發(fā)動機的目的。EP 1 291 576A涉^J于供應天然氣燃料(其主要組分為甲;^的裝置，以加熱 運輸LNG的遠洋4^f亍油輪的鍋爐。該裝置包括具有與至少一個LNG儲存罐的缺 量空間相通的入口 、和與從壓縮機通向與鍋爐相連的燃料燃燒器的導管相通的出 口的壓縮才幾，和具有與所述罐的液體儲存區(qū)i射目通的入口、和與相同或不同的通 向與導管相連的燃料燃燒器的導管相通的出口的強制LNG蒸發(fā)器。該強制氣體蒸 發(fā)器能夠4W嘗由液化天然氣的自然汽化而提供的燃料。原則上，可以調節(jié)依據EP 1 291 576A的^置以^I^^燃4牛用于4&J^&舶上的 任意需求。 一些3EiM戈的LNG油輪采用了可以以柴油或天然^dl轉的發(fā)動機。但 是，天然氣中高級烴的存在可以導ltl動機震動。本發(fā)明涉及一種解決該問題的 方法和^置。依據本發(fā)明，提供了一種供應天然^B料的方法，包^#驟將從液化天然 氣儲存容器的缺量空間中取出的汽化天然氣的主要流壓縮，將從儲存容器中取 出的液化天然氣流部分且強制蒸發(fā)，由此形成含有未蒸發(fā)的液化天然氣的天然 氣的次要流，將未蒸發(fā)的液化天然氣從次要流中分離，和將次要流與壓縮的主 要流混合。本發(fā)明4炎供了一種用于供應天然^然料的裝置，包拾具有與至少一個液 化天然氣儲存容器的缺量空間相通的、用于天然氣的主要流的入口和與天然氣供 應管道相通的出口的壓縮機，強制液化天然氣部分蒸發(fā)器設備，具有與所述的或 不同的液化天然氣儲存容器的液體儲存區(qū)^N通的、用于天然氣的次要流的入口 和能夠置于與所述天然氣供應管道相通的出口 ，所述部分蒸發(fā)設備在才，上與用 于將未7蒸發(fā)的液化天然^/人蒸發(fā)的天然氣中分離的設備相關聯。<她也，該部分蒸狄通過4^蒸發(fā)和過熱所艦化天然氣流的第~~^分并將獲得的蒸汽與所ii^化天然氣流的第二部分;a^來實現的。^i4i也，控制天然氣的次要流的溫度、淨Li4和組成。同作這種方式，可以確保天然^i然料的供應速率和組成滿足將^^給到的發(fā)動才M多個;^動才幾的需求。 依據本發(fā)明的伏選設備包括才剩乍上與強制部分蒸發(fā)器設備相關聯的可編程的邏豐解空制器。該可編程的邏444空制H^i^也包括用于確定才^fH雖制部分蒸發(fā)器i更備時的溫yl算法。由此可以確定未液化天然氣與蒸發(fā)的天然氣的組成。伊Ci^i也，該強制部分蒸發(fā)設備包括具有熱交換設備的7蒸發(fā)室，到用于液4匕天然氣的7蒸發(fā)室的入口，蒸發(fā)室下游的';^^室，到與蒸發(fā)室中出口相通的混合室 的第一入口，到與液化天然氣的來源相通的〉'^^室的第二入口，和用于控制液化 天然^'J蒸發(fā)室和';給室的相對流動的閥設備。伊Ci^i也，在所述天然氣供應管道中存在氣體加熱器，其可以進行將天然氣升高到所選溫度的才^[乍。依據本發(fā)明的方法和裝置特別適用于船上船舶或用于將LNG從一個港口運輸 到另 一港口的遠^^f亍油輪上的操作?，F在將通過實施例的方式，參照附圖
，描述依據本發(fā)明的方法和裝置，該 附圖為LNG儲存罐和用于從罐中供應天然氣的相關設備的示意流程圖。參照附圖，LNG儲存容器或罐2位于船上遠洋航行的油輪(未顯示)上。該 儲存罐2是絕熱的，以控制其內^4勿，LNG，從周圍環(huán)境中吸收熱量的速率。圖 1中所示的儲存罐填充了體積4的LNG。在儲存罐2中液面之上自然i44在缺量 空間6。由于LNG在大大低于環(huán)境的溫度下沸騰，盡管罐2是絕熱的，因》b4 在LNG從體積4到缺量空間6的連續(xù)蒸發(fā)。該蒸發(fā)的天然^i&^作油輪發(fā)動機 或者另外船上船舶中的燃料。為此，存在通過壓縮機12將蒸發(fā)的天然氣從罐2 的缺量空間6中沿導管IO連續(xù)取出。壓縮機12通過電動機14驅動，例如，通 過齒輪箱(未顯示)。電動機14典型地具有單一i^l且不能采用變頻器。壓縮機 12包括串聯的兩個壓縮段16和18。下游壓縮段18的出口壓力為5~6bar的等 級和出口溫度為3(TC的等級。由于LNG在大大低于(TC的溫度下沸騰，所以壓 縮機12的入口通常在低溫溫度例如-140°C ~-180。C下接收汽化天然氣。盡管是 這樣的低溫溫度，仍期望在上游壓縮l爻16和下游壓縮l殳18冷卻壓縮的天然氣 中間體。該冷卻可以在熱交換器(未顯示)中進行，其具有上游壓縮段16中出口 下游的入口和下游壓縮段18入口上游的出口 。在主要的零下溫度溫度下,0卩基交換器下^i奪冷:p劑返回到罐'『中或者引入到相i離器容器22中。替換地，該冷卻可以簡單地通過將液化或蒸發(fā)天然氣的低溫流引入到上游壓縮段16和下 游壓縮段18中間區(qū)域的壓縮天然氣中來進行。采用適當冷卻速率，通常可以保 持下游壓縮l殳18中出口處的壓力處于或者接近期望的值。期望保持壓縮機12入口處的溫度通常恒定。但是，天然氣汽化的溫度可以且確實在任意特定時間依##中儲存的LNG的量和依據外部溫度而波動。為了 彌補這種自然的溫度波動，將-~#分或者全部通過導管10的天然氣流動借助于 流動控制閥(U示)導向靜態(tài)混合室20,其中將其與所選量的LNG (如下所述， 其是從儲存罐2中LNG的體積4中取出的)';t給。典型地，^給室20出口處的 溫度使得并非全部LNG蒸發(fā)。獲得的含液化天然氣液滴的冷天然氣濕4^勿通到 相分離器容器22中，其中將液體從氣體中分離。借助導管24將液M回到儲 存罐2的區(qū)域中，優(yōu)選地低于液面。作為返回到液面之下的替換方式，可以在 導管24上安裝適宜的虹吸管(未顯示)。該天然氣通過容器22頂部的出口 26流 動且在導管10中與迂回通過靜態(tài)混合器20的任意汽化天然氣流再混合，該再 >、^^是在#1爭態(tài)';^^室20的進料取出地方的下^f立置進行。如果期望的話，可 以將相分離器22安絲靠近其頂部的區(qū)域，具有吸附材料或者金屬絲網的襯墊 25，其可以/M目分離器22中的氣體中吸附任意殘留的LNG液滴。在一些瞬變才^f乍務降期間，蒸發(fā)天然氣的流中可能是湍流(surge)的。為了 迎合這種湍流，抗湍流導管17在壓縮段18的出口和靜態(tài)';t給器20的入口之間 延伸。閥19位于導管17中。出現湍流時，閥19開啟且氣流從中迂回通過壓縮 機12。在蒸發(fā)天然氣的流動中存在湍流時，在瞬變操作條件期間可以操作';^^ 器20和相分離器22以除去壓縮熱量和保持壓縮機12的吸入壓力恒定。通常，發(fā)動機80要求燃料時的速率大于通過儲存罐2中LNG的自然蒸發(fā)可 以滿足的速率。通ii^人儲存罐2中或者從另一類似的這種罐中取出的LNG的強 制蒸發(fā)來彌補該不足。浸沒的LNG燃料泵30以恒定速率從儲存罐2中的體積4 中連續(xù)取出LNG?？梢詫@得的LNG流分為四個分支流。借助于導管32將一個 返回到儲存罐2中。第二個借助于導管34《uJij靜態(tài)混合室22中且由此作為用 于該室的LNG源。第三個，為LNG的主要流，流到強制蒸發(fā)器36中。該強制蒸 發(fā)器36典型地為采用蒸汽加熱以升高從其蒸發(fā)室37中流動的流體的溫;l且由 此4射然料泵30提供的LNG蒸發(fā)的類型。采用一套39熱交換管來實現蒸汽到LNG 的熱^f專遞。強制蒸發(fā)器36上纟是4^有旁絲^管線，其從蒸發(fā)器36的上游延伸到強制蒸發(fā) 器36下游的靜態(tài)混合室40。由此，將未蒸發(fā)的LNG與蒸發(fā)的天然氣在〉V^室 40中混合。由此可以依據迂回通過蒸發(fā)器36的LNG的量來控制蒸發(fā)的天然氣 的溫度。選#^溫度，使得脫離靜態(tài)混合室40的天然氣流攜帶細霧形式或者其 它細分散形式的未蒸發(fā)的LNG。在下游位置將該LNG從載氣中分離。由此，液 體和蒸汽的';t^^從室40^JiJ相分離器42中，其中將液體從蒸汽中分離。該相分離器42典型地^L供有吸附劑或穿^^r屬元件等的襯墊43，由jJ:M人中吸附 任意殘留的液體顆粒?？梢酝∕部出口 44連續(xù)》線者定期/A^器42中取出 液體，JLit過出口 44中閥(絲示)的適宜才斜乍和控制將其返回到罐2中。獲得 的天然氣，無液體顆粒，擬目分離器42的頂部出來，iL^低溫或制冷溫度下將 其與壓縮機12中的天然氣在氣體加熱器50上游區(qū)域混合。需要確保供給發(fā)動機80的燃料的組成經常不^i吏得導致這些發(fā)動機震 動。本質上，該要求迫使需要P艮制燃料高級烴的量。天然M氮氣、曱烷和高 級烴的可變、;^^;。通常，曱烷是主要組分，通常占總組^;的大于S0mo10/。。 曱烷也是天然氣的最大揮發(fā)性組分。由此，當LNG自然蒸發(fā)時，獲得的蒸汽(汽 化)J^上全部由甲烷和一些氮氣組成，取決于LNG中氮氣的比例。但是，LNG 流的強制蒸發(fā)不會導致組成的^f可變化。由此強制蒸發(fā)的產物將含有C2和高級 烴，比例與LNG中相同。由此，對于強制蒸發(fā)以使總的燃料^i4接近于發(fā)動機 80所要求的^it的需求越大，對于具有更高比例的、將由自然汽化和強制氣體 的濕合物形成的高級烴的趨勢更大。依據本發(fā)明，該趨勢與有步i^ii行強制蒸 發(fā)使得相分離器42接收的流體僅僅部分蒸發(fā)且由此含有液體顆沖封目抵消。由于 曱烷比其它烴更容易揮發(fā)，所以液體顆粒含有摩爾分數高于M目中的C2和高級 烴。相分離器42中^目和'斜目的各自組^決于流體溫度。該溫度越低，乂M目 分離器42中供應的氣體中C2和高級烴的比例越低。 一種實例中，采用含有 3. 85mol。/。的C3 C5烴的LNG鎦分，在-90°C (也就是說，相分離器42入口處的 溫度為-9(TC)下的強制蒸發(fā)產生含有小于0. 5moiy。的C3 ~ C5烴的蒸汽餾分。由 此，在液相中除去大批的高級烴。強制蒸發(fā)器36期望具有與其相聯的可編程的邏輯控制器52。該控制器52 可以是工藝控制領域中通常使用的類型。其典型地采用算法來編程，該算法確 定釋放到相分離器42的氣體的流速和溫度。該設置優(yōu)選地使得操作者可以簡單 :^餘入期望的供應天然 料到發(fā)動機50的速率，且控制者自動設置通過強制 蒸發(fā)器36的^i4和溫度。 一種實例中，該可編程控制器具有與其相聯的流動控 制閥54、 56和58。閥54設定通過泵將LNG供給強制蒸發(fā)器36的內部的速率。 閥56確定蒸發(fā)器36做為LNG的旁路的速率和由此確定獲得的氣體的溫度。當 燃料泵以超過期望的速率操作時，控制器52控制液體借助于管道32返回到罐 2,通過適當地設定流動控制閥58的位置。典型地存在操作上與靜態(tài)混合室20 相關聯的第4流動控制閥60，由此使得能夠實現必須的自然汽化氣體的冷卻。 該閥60可以通過閥控制器62的方式來控制，，收典型地位于壓縮機12入口處或附近的溫yl傳感器(^示)中的信號。由此，可以調節(jié)閥60的位置，由此 確保壓縮機12入口處獲得恒定的期望的速率。該可編程邏#4空制器52 ^i妻收關于罐2中自然汽化氣體的實時^it的信 息。利用該信息，該控制器52可以計算需要由強制蒸發(fā)來提供的天然氣的多少 和由此可以操作';^^室40的溫度，由此確〗呆^^會發(fā)動才幾80的氣體的分子里經 常低于容許的最大值和由眾IAt發(fā)動機震動。通itil種方式，可以調節(jié)供給發(fā) 動機的天然氣的甲烷數。典型地，i^A加熱器50的氣體的溫度大大^氐于(TC。操作該加熱器以將氣 體的溫^升高到大約室溫，即25。C。通過與蒸汽(或者其它加熱介質，例如， 熱水)的間接熱交換，在加熱器50中加熱氣體，由此將其溫度升高到期望的值。 典型地，采用恒定流速的加熱流體來操作該加熱器50, ilit過加熱器50周圍 所選量的冷氣體的支路來達到期望的溫度。為此，4^供了支5^導管72。另外， 在加熱器50出口處存在流動控制閥74和在M導管72中存在流動控制閥76。 提供閥控制器78,由此控制閥74和76的位置，使得加熱器50揭:供的氣體的 溫^f呆持在期望的值，即25匸。80。出^見;急情形時:閥82;以開啟且可以將氣##^氣體燃燒單元84一中。船上的常規(guī)設置是，相分離器22和42、壓縮機12、強制蒸發(fā)器36和氣體 加熱器36全部位于船的貨物機房(^示)內，但M動機80和閥82位于發(fā)動 機室(^示)內。發(fā)動機14可以位于發(fā)動機室(^示)中搶壁(扭示)#。 氣體燃燒單元84典型地位于船的煙囪(^示)，遠離貨物機房82和發(fā)動機室 84二者。下文描述圖中所示裝置的4斜乍的兩個典型實例， 一個為滿載才辦期間(所有罐2踏是滿的)且另一個為壓載才斜乍期間(所有罐;W是空的)。實^/f列1 (滿載力^f亍)罐2在106kPa (缺量空間中)壓力下儲存了液化氣^$。、。自然的汽^it^^近 于70%的給發(fā)動機80供應燃料所需的值。該實施例中，LNG具有如下組成氮氣 0. 35摩爾％曱烷 88. 00摩爾°/。C2烴 7. 80摩爾％C3烴 2.80摩爾°/。C4烴 C5烴1. 00摩爾％ 0. 05摩爾％由此，LNG的平均襯量為18.41。勝的天然氣的自然汽^i4率為 3489kg/h。假設該汽化具有90。/(#積甲烷和10°/ #^只氮氣的組成，財-14(TC的溫 度和106kPa的壓力下流向導管10。在該低溫下，沒有流必須借助靜態(tài)';t給室20 通對目分離器22 。該^/人導管10通到壓縮機12且在5 35kPa的壓力和-9 。C的溫度 下離開壓縮機12。扭縮段16和18之間無需段間;"HP，因為壓縮才;U非出溫狄 句ff氐。將壓縮氣體與強制蒸發(fā)器中的氣體';^^。在800kPa的壓力下將1923kg/h 的LNG供給強制蒸發(fā)器36, 1分旁路通過該蒸發(fā)器，依據閥54和56的iM。 蒸發(fā)器36入口處的LNG溫度為-163°C。供給相分離器42的氣體的溫度為-IO(TC。 其壓力為530kPa。婦目分離器42中分離322kg/h的重質烴。相分離下游的殘余強 制蒸發(fā)氣^^有下列組成在與從壓縮機12中供給的氣體';t給時，產生逸復5090kg/h、壓力530kPa和 溫度-39。C的天然氣流。該天然^J^有下列《且成氮氣 曱烷 C2烴 C3烴 C4烴 C5烴0. 38摩爾％ 94, 74摩爾％ 4. 66摩爾％ 0. 21摩爾％ 0. 01摩爾％ 0. 00摩爾％平均W量16. 80氮氣 曱烷 C2烴 C3烴 C4烴 C5烴7. 00摩爾％ 91. 43摩爾％ 1. 50摩爾％ 0. 07摩爾％ 0. 00摩爾％ 0. 00摩爾％平均M量17.11該組^4勿適用于在發(fā)動機80中使用，因為^"有足夠高度的甲^^t。 將〉'^^的氣體在加熱器50中加熱到25。C的溫度JL^該溫度下(和5090kg/h 的淨uil和470kPa的壓力下)供給發(fā)動機80?？删幊痰倪?#4空制器52操作，使#^#期望的氣體到發(fā)動機80的速率和確j呆該氣體的組^i可^妾受的。 實施例2 Ca載船亍)罐2在106kPa (缺量空間中)壓力下儲存了液化氣^i口、。自然的汽^ii^^近 于30%的給發(fā)動機80供應燃料所需的值。該實施例中，罐2中殘余LNG具有如下 組成氮氣 0. 16摩爾％曱烷 87. 86摩爾％C2烴 8. 02摩爾％C3烴 2. 88摩爾°/ C4烴 1. 03摩爾％C5烴 0. 05摩爾％由此，LNG的平均襯量為18. 46。處的天然氣的自然汽4bii率為 1570kg/h。假設該汽化具有95。/4材只曱烷和5。M科只氮氣的組成，iUt-100。C的溫 度和106kPa的壓力下流向導管10。 ^流借助靜態(tài)';t給室20 if^相分離器22中 以調節(jié)其溫度到更^7jc平。通ii^料泵30的操怍，將其與借助于流動控制閥60 從罐2中供應的78kg/h的LNG混合。雄縮機12入口處獲得溫度為-115。C和流 速為1646kg/h(2kg/h在分離器22中^紛離)的獲得的天然氣流,財531kPa的壓 力和69。C的溫度下離開壓縮機12。期望的話，可以扭縮段16和18之間施用段 間^H卩以F剩錄溫度。將壓縮氣體與強制蒸發(fā)器36中的氣體';^^。在800kPa的 壓力下卩奪4168kg/h的LNG供^ 雖制蒸發(fā)器36, "^分旁路通過該蒸發(fā)器36,依據 閥54和56的設置。蒸發(fā)器36入口處的LNG溫度為-163。C。供給相分離器的氣體 的溫^-IO(TC。其壓力為530kPa。擬目分離器42中分離724kg/h的重質烴。相 分離下游的強制蒸發(fā)氣體的^it^ 3444kg/h且具有下列組成氮氣 0.17摩爾％曱烷C2烴 C3烴 C4烴 C5烴94. 91摩爾°/。 4. 71摩爾％ 0. 21摩爾％ 0, 01摩爾％ 0. 00摩爾％平均M量16. 78在與/Xa縮機12中供給的氣體';t給時，產生逸復5090kg/h、壓力530kPa和 溫度-44 。C的天然氣;充。該天然^^有下列組成平均^* 16. 75該組^4勿適用于在發(fā)動機中使用，因為其具有足夠高度的甲殿故。 將混合的氣體徊口熱器50中加熱到25。C的溫^JL^該溫度下(和5090kg/h的流速和470kPa的壓力下)供給發(fā)動機80?？删幊痰倪?44空制器52操作，使#^#期望的氣體到發(fā)動機80的速率和確4呆該氣體的纟且 _可接受的。氮氣 曱烷 C2烴 C3烴 C4烴 C5經1. 57摩爾％ 94. 94摩爾％ 3. 30摩爾％ 0.18摩爾％ 0. 01摩爾％ 0. 00摩爾％
權利要求
1、一種供應天然氣燃料的方法，包括步驟將從液化天然氣儲存容器的缺量空間中取出的汽化天然氣的主要流壓縮，將從儲存容器中取出的液化天然氣流部分且強制蒸發(fā)，由此形成含有未蒸發(fā)的液化天然氣的天然氣的次要流，將未蒸發(fā)的液化天然氣從次要流中分離，和將次要流與壓縮的主要流混合。
2、 權矛虔求l的方法，其中該部分蒸^^通過4^p蒸發(fā)和過熱所ii^化天然 氣流的第"^分并將獲得的蒸汽與所ii^化天然氣流的第二部分;^^來實現的。
3、 權利要求1或2的方法，其中控制天然氣的次要流的溫度、^it和組成。
4、 一種用于供應天然頓料的裝置，包括具有與至少一個液化天然氣儲存容器的缺量空間相通的、用于天然氣的主要 流的入口和與天然氣供應管道相通的出口的壓縮才幾，強制液化天然氣部分蒸發(fā)器 設備，具有與所述的或不同的液化天然氣儲存容器的液體儲存區(qū)^4目通的、用于 天然氣的次要流的入口和能夠置于與所ii^然氣供應管道相通的出口，所述部分 蒸發(fā)設備在才剩乍上與用于將未蒸發(fā)的液化天然^/人蒸發(fā)的天然氣中分離的設備相 關聯。
5、 權利要求4的裝置，其中該裝置包括操怍上與強制部分蒸發(fā)器設備相關聯 的可編程的邏4射空制器。
6、 權矛j^求5的裝置，其中該可編程的邏#^空制器包括用于確定操作強制部 法。 、、又 ^ 、 、' 、 一 A . 、 、 、 、 ^
7、 權矛J^求4-6中《—項的裝置，其中該強制部分蒸發(fā)設備包括具有熱 交換設備的蒸發(fā)室，到用于液化天然氣的蒸發(fā)室的入口，蒸發(fā)室下游的';t給室，到與蒸發(fā)室中出口相通的';e^室的第一入口 ，到與液化天然氣的來源相通的^e 室的第二入口，和用于控制液化天然^'J蒸發(fā)室和';^^室的相對流動的閥設備。
8、 權矛J^"求4 7中^"-項的裝置，其中在所&然氣供應管道中存在氣體 加熱器，其可以進行將天然氣升高到所選溫度的操怍。
全文摘要
通過壓縮機(12)將從液化天然氣儲存容器(2)的缺量空間(6)中取出的汽化天然氣的主要流壓縮。將從儲存容器(2)中取出的液化天然氣流在蒸發(fā)器(36)中部分且強制蒸發(fā)，由此形成含有未蒸發(fā)的液化天然氣的天然氣的次要流。在相分離器(42)中將未蒸發(fā)的液化天然氣從次要流中分離。將次要流與壓縮的主要流混合以形成天然氣的供應。該燃料供應可以形成和應用于船上遠洋航行的LNG油輪。
文檔編號F17C5/06GK101238321SQ200680009181
公開日2008年8月6日 申請日期2006年1月18日 優(yōu)先權日2005年1月21日
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