專利名稱：從液化天然氣中產(chǎn)生能量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常地涉及一種方法，該方法將處于一個壓力下的液化天然氣轉(zhuǎn)換成處于一更高壓力下的液化天然氣，并通過對可得到的液化天然氣冷阱的經(jīng)濟(jì)使用而產(chǎn)生副產(chǎn)品能量。
背景技術(shù)：
天然氣經(jīng)常在遠(yuǎn)離其最終使用地的區(qū)域得到。很常見的情況是，這種燃料的產(chǎn)地與使用地之間被一巨大的水體分隔開，從而有必要用為這種運(yùn)輸設(shè)計的大型容器運(yùn)輸天然氣。天然氣通常以低溫液體在運(yùn)載容器中跨海運(yùn)輸。在接收終點，這種在常規(guī)實踐中壓力接近大氣壓而溫度約為-160℃(-256°F)的低溫液體必須在環(huán)境溫度和適當(dāng)升高的壓力，一般為80大氣壓的壓力下被再氣化并輸送到一分配系統(tǒng)。這就需要增加實質(zhì)的熱量以及用于處理在卸載過程中產(chǎn)生的LNG(液化天然氣)蒸氣的工藝。這些蒸氣有時稱為氣化氣體。
提出了許多建議并已經(jīng)建造了一些設(shè)備用于利用LNG巨大的低溫潛能。這些工藝中的某一些應(yīng)用LNG氣化工藝來產(chǎn)生副產(chǎn)品能量，作為使用可得到的LNG低溫的一種方式。可得到的低溫是通過使用一熱阱能量源，如海水，大氣，低壓蒸氣以及煙氣來利用的。阱之間的熱傳導(dǎo)是通過將一單一成份或多成份熱傳導(dǎo)介質(zhì)用作熱交換介質(zhì)而實現(xiàn)的。例如美國專利第4，320，303號將丙烷作為一閉環(huán)工藝中的熱傳導(dǎo)介質(zhì)來發(fā)電。LNG液體通過液化丙烷而被氣化，該液體丙烷然后通過海水氣化，而氣化的丙烷用于驅(qū)動一渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)驅(qū)動一發(fā)電機(jī)。從渦輪機(jī)排出的氣化丙烷然后加熱LNG，使LNG氣化而丙烷液化。由LNG低溫潛能發(fā)電的原理以蘭金循環(huán)為基礎(chǔ)，這與常規(guī)熱電廠的原理類似。
在本發(fā)明的實踐之前，所有關(guān)于使用LNG低溫潛能的方案都涉及LNG的再氣化。但現(xiàn)有技術(shù)中沒有認(rèn)識到將處于一壓力下的液化天然氣轉(zhuǎn)換成處于一更高壓力下的液化天然氣并應(yīng)用低壓LNG的低溫潛能的好處。
概述本發(fā)明的實踐提供了一種能量源，以滿足將常規(guī)LNG轉(zhuǎn)換成加壓LNG所需的壓縮功率。
在本發(fā)明的方法中，液化天然氣從一處于或接近大氣壓的壓力泵壓到一大于1379千帕(200磅/平方英寸)的壓力。該加壓的液化天然氣然后被輸送通過一第一熱交換器從而將該加壓液化天然氣加熱到一高于-112℃(-170°F)的溫度，同時使液化天然氣處于或低于其始沸點。本發(fā)明的方法同時還通過將一第一熱交換介質(zhì)在一封閉能量環(huán)路中循環(huán)通過第一和和第二熱交換器而產(chǎn)生能量，包括以下步驟(1)將第一熱交換介質(zhì)輸送到第一熱交換器，與液化氣體進(jìn)行熱交換，以至少部分地液化該第一熱交換介質(zhì)；(2)通過泵壓對至少部分液化的第一熱交換介質(zhì)進(jìn)行加壓；(3)將步驟(2)中加壓的第一熱交換介質(zhì)輸送通過該第一熱交換裝置，以至少部分地對液化的第一熱交換介質(zhì)進(jìn)行氣化；(4)將步驟(3)中的第一熱交換介質(zhì)輸送到第二熱交換器，以進(jìn)一步加熱該第一熱交換介質(zhì)，從而產(chǎn)生加壓蒸氣；(5)將步驟(3)中氣化的第一熱交換介質(zhì)輸送通過一膨脹裝置，將第一熱交換介質(zhì)膨脹到一低壓，從而產(chǎn)生能量；(6)將步驟(4)中膨脹的第一熱交換介質(zhì)輸送到第一熱交換器；及(7)重復(fù)步驟(1)至(5)。
附圖
簡介通過參照下面的詳細(xì)說明以及附圖，本發(fā)明及其優(yōu)點將得到更好的理解，該附圖是本發(fā)明一實施例的示意性流程圖，該實施例中將處于一溫度和壓力下的LNG轉(zhuǎn)換成處于一更高溫度和壓力下的LNG并作為副產(chǎn)品回收能量，該附圖并不試圖將此處列出的其它實施例排除在本發(fā)明的范圍之外，這些其它實施例是對附圖中公開的實施例的正常和期望改進(jìn)的結(jié)果。
發(fā)明詳述本發(fā)明的方法使用處于或接近大氣壓的液化天然氣的低溫來生產(chǎn)液化天然氣產(chǎn)品并提供一能量循環(huán)，該能量循環(huán)最好提供能量，該能量的一部分最好用于該方法中。
參照附圖，參考數(shù)字10表示一用于將處于或接近大氣壓且溫度為約-160℃(-256°F)的液化天然氣(LNG)輸送到一絕緣儲存容器11中的管道。該儲存容器11可以是一岸上靜止儲存容器或者可以是一船上容器。管道10可以是一用于卸載船上儲存容器的管道，或者可以是一從一船上容器延伸到岸上儲存容器的管道。
盡管在儲存過程中以及儲存容器卸載過程中容器11中LNG的一部分將氣化為蒸氣，但容器11中LNG的主要部分還是通過管道12輸送到一適當(dāng)?shù)谋?3。泵13將PLNG的壓力提高到大于約1，380千帕(200磅/平方英寸)，最好是大于約2，400千帕(350磅/平方英寸)。
從泵13排出的液化天然氣由管道14導(dǎo)引通過熱交換器15，將LNG加熱到高于約-112℃(-170°F)。該加壓的天然氣(PLNG)然后由管道16導(dǎo)引到一適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸和處理系統(tǒng)。
一熱傳導(dǎo)介質(zhì)或致冷劑在一封閉環(huán)路中循環(huán)。該熱傳導(dǎo)介質(zhì)從第一熱交換器15由管道17導(dǎo)引到一泵18，熱傳導(dǎo)介質(zhì)在泵18中的壓力上升到一升高的壓力。環(huán)路介質(zhì)的壓力取決于所期望的環(huán)路性質(zhì)以及所使用的介質(zhì)的類型。從泵18出來，處于液態(tài)及一升高的壓力下的熱傳導(dǎo)介質(zhì)被輸送通過管道19而到達(dá)熱交換器15，熱傳導(dǎo)介質(zhì)在該熱交換器15中被加熱。從熱交換器15出來，熱交換介質(zhì)由管道20輸送到熱交換器26，熱交換介質(zhì)在該熱交換器26中被進(jìn)一步加熱。
從一些適當(dāng)?shù)臒嵩闯鰜淼臒崃客ㄟ^管道21進(jìn)入熱交換器26，而冷卻的熱源介質(zhì)通過管道22從該熱交換器出來?？墒褂萌魏蔚统杀緹嵩?，例如大氣，地表水，海水，河水，或廢棄的熱水或蒸氣。來自熱源的熱量穿過熱交換器26傳給熱傳導(dǎo)介質(zhì)。該熱傳導(dǎo)導(dǎo)致熱傳導(dǎo)介質(zhì)的氣化，因而它以一具有升高壓力的氣體離開熱交換器26。該氣體穿過管道23到達(dá)一適當(dāng)?shù)募庸ぴO(shè)備24。設(shè)備24最好是一渦輪機(jī)，但也可以是通過氣化熱傳導(dǎo)介質(zhì)的膨脹來工作的發(fā)動機(jī)的任何其它形式。熱傳導(dǎo)介質(zhì)通過加工設(shè)備24后壓力被減小，產(chǎn)生的能量可以任何期望的形式回收，如渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)，該渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)可用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)，或驅(qū)動再氣化過程中使用的泵(如泵13和18)。
壓力減小的熱傳導(dǎo)介質(zhì)通過管道25從加工設(shè)備24導(dǎo)引到第一熱交換器15，熱交換介質(zhì)在該第一熱交換器15中被至少部分冷凝，最好是全部冷凝，而LNG通過熱量從熱傳導(dǎo)介質(zhì)向LNG的傳導(dǎo)而被加熱。冷凝的熱傳導(dǎo)介質(zhì)從熱交換器15排出經(jīng)過管道17到達(dá)泵18，從而冷凝的熱交換介質(zhì)的壓力被大大降低。
熱傳導(dǎo)介質(zhì)可以是任何冰點在加壓液化天然氣的沸點溫度之下的流體，不會在熱交換器15和26中形成固體，且在通過熱交換器15和26時具有高于熱源冰點溫度而低于熱源實際溫度的溫度。因此熱傳導(dǎo)介質(zhì)在它循環(huán)通過熱交換器15和26過程中可以是液態(tài)，以交替地將顯熱傳導(dǎo)到和傳導(dǎo)出熱傳導(dǎo)介質(zhì)。但優(yōu)選的是，所用的熱傳導(dǎo)介質(zhì)在循環(huán)通過熱交換器15和26過程中經(jīng)歷至少部分的相變，而導(dǎo)致潛熱的傳導(dǎo)。
優(yōu)選的熱傳導(dǎo)介質(zhì)具有中等的蒸氣壓力，其溫度介于熱源實際溫度和熱源冰點溫度之間，在通過熱交換器15和26過程中使熱傳導(dǎo)介質(zhì)氣化。同樣，為了進(jìn)行相變，熱傳導(dǎo)介質(zhì)必須可在一高于加壓液化天然氣的沸點溫度的溫度下液化，這樣熱傳導(dǎo)介質(zhì)在通過熱交換器15過程中將被冷凝。熱傳導(dǎo)介質(zhì)可以是一單純化合物，也可以是具有這樣的成份的化合物的混合，即熱傳導(dǎo)介質(zhì)在高于液化天然氣的氣化溫度范圍的一個溫度范圍內(nèi)冷凝。
盡管在本發(fā)明的實踐中商業(yè)致冷劑可用作熱傳導(dǎo)介質(zhì)，但優(yōu)選的熱傳導(dǎo)介質(zhì)是每個分子中含1至6個碳原子的碳?xì)浠衔?，如丙烷、乙烷和甲烷，及它們的混合物，特別是因為它們一般以至少最小量存在于天然氣中，并因而容易得到。
示例完成一模擬的質(zhì)量和能量平衡來表示附圖中所示的本發(fā)明優(yōu)選實施例，其結(jié)果在下面的表中列出。表中的數(shù)據(jù)設(shè)定PLNG生產(chǎn)率為約753MMSCFD(37，520千克摩爾/小時)，熱傳導(dǎo)介質(zhì)包含50％-50％甲烷-乙烷二元混合物。表中的數(shù)據(jù)是用稱作HYSYSTM的商業(yè)上可得到的工藝模擬程序來獲得的。但是，也可以使用其它商業(yè)上可得到的工藝模擬程序來開發(fā)數(shù)據(jù)，包括例如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的HYSIMTM，PROIITM，及ASPEN PLUSTM。提供表中所列的數(shù)據(jù)是為了更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不解釋為必須局限于此。溫度和流速不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制，從此處的教導(dǎo)的觀點看，本發(fā)明在溫度和流速上可以有許多變化。
表 *每天百萬標(biāo)準(zhǔn)立方英尺本領(lǐng)域技術(shù)人員，特別是受到本專利教導(dǎo)的人將認(rèn)識到對于上面公開的具體方法的許多改進(jìn)和變形。如上所述，具體公開的實施例和示例不能用來限制和局限本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求及它們的等同物確定。
權(quán)利要求
1．一種用于回收能量的方法，包括以下步驟(a)將液化天然氣從一處于或接近大氣壓的壓力泵壓到一高于1379千帕(200磅/平方英寸)的壓力；(b)將該加壓液化天然氣輸送通過一第一熱交換器，從而將加壓液化天然氣加熱到一高于-112℃(-170°F)的溫度，且液化天然氣持續(xù)處于或低于其始沸點；及(c)將一作為工作流體的致冷劑在一封閉回路中進(jìn)行循環(huán)，通過該第一熱交換器以冷凝該致冷劑并提供加熱該液化氣的熱量，通過一泵以對冷凝的致冷劑進(jìn)行加壓，通過一第二熱交換器，在該第二熱交換器中從熱源吸收熱量以氣化該加壓的致冷劑，并通過一加工設(shè)備來產(chǎn)生能量。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中用于第二熱交換器的熱源是水。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其中用于第二熱交換器的熱源是從主要包含下列各項的組中選擇的一種熱流體空氣，地表水，海水，河水，廢棄的熱水和蒸氣。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其中致冷劑包括甲烷和乙烷的混合物。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其中致冷劑包括每個分子中含有1至6個碳原子的碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩?br> 6．如權(quán)利要求1所述的方法，其中一發(fā)電機(jī)與該加工設(shè)備相聯(lián)用于發(fā)電。
7．如權(quán)利要求1所述，并基本上如此處參照或不參照示例和/或附圖所描述的方法。
全文摘要
公開了一種方法,該方法用于將溫度約為－162℃(－260°F)而壓力接近大氣壓的液化天然氣(LNG),轉(zhuǎn)換成具有高于－112℃(－170°F)的溫度和足夠使液體處于或接近其始沸點的壓力的加壓液化天然氣(PLNG),同時從LNG的低溫中產(chǎn)生能量。LNG被泵壓到一大于1,380千帕(200磅/平方英寸)的壓力并被輸送通過一熱交換器(15)。在封閉環(huán)路中作為工作流體的致冷劑被輸送通過該熱交換器以冷凝該致冷劑并提供用于加熱加壓 LNG的熱量。該致冷劑然后被一外部熱源(21)加壓并氣化,然后通過一加工設(shè)備以產(chǎn)生能量。
文檔編號F17C9/02GK1295647SQ99804548
公開日2001年5月16日 申請日期1999年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月27日
發(fā)明者摩西·明塔, 羅納德·R·鮑恩 申請人:埃克森美孚上游研究公司