BRPI0601807B1 - system and method for vaporizing cryogenic liquids using a naturally circulating intermediate refrigerant - Google Patents
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Abstract
sistema e um método para vaporizar líquidos criogênicos usando um refrigerante intermediário que circula de forma natural. um sistema e um método para vaporizar um líquido criogênico usando um refrigerante intermediário que circula de forma natural.system and method for vaporizing cryogenic liquids using a naturally circulating intermediate refrigerant. a system and method for vaporizing a cryogenic liquid using a naturally circulating intermediate refrigerant.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA E UM MÉTODO PARA VAPORIZAR LÍQUIDOS CRIOGÊNICOS USANDO UM REFRIGERANTE INTERMEDIÁRIO QUE CIRCULA DE FORMA NATURAL" A presente invenção refere-se a um sistema e a um método para vaporizar fluidos criogênicos usando um refrigerante intermediário que circula de forma natural num arranjo tipo sifão térmico em que um primeiro trocador de calor é posicionado acima de um segundo trocador de calor, de forma que o refrigerante intermediário é vaporizado no segundo trocador de calor com o vapor passando à montante dentro do primeiro trocador de calor para troca de calor com um líquido criogênico com um líquido refrigerante intermediário condensado sendo recuperado e passado de volta no segundo trocador de calor por fluxo de gravidade. ANTECEDENTES DA INVENÇÃOThis invention relates to a system and method for vaporizing cryogenic fluids using an intermediate refrigerant that circulates cryogenic fluids using an intermediate refrigerant that circulates cryogenic fluids using an intermediate refrigerant circulating. naturally in a thermal siphon arrangement where a first heat exchanger is positioned above a second heat exchanger, so that the intermediate refrigerant is vaporized in the second heat exchanger with steam rising upstream within the first heat exchanger to heat exchange with a cryogenic liquid with a condensed intermediate coolant being recovered and passed back to the second gravity flow heat exchanger. BACKGROUND OF THE INVENTION
Em muitas áreas do mundo, grandes depósitos de gás natural são descobertos, os quais são distantes de qualquer mercado comercial para os volumes de gás natural disponíveis. Consequentemente, métodos foram considerados para mover gás natural para mercados comerciais por meio de tubulações e pela liquefação do gás natural, seguido pelo transporte por navio e semelhantes. Quando o gás natural é liquefeito e transportado por navio ou semelhantes para um destino, é necessário revaporizar o gás natural liquefeito (GNL) para uso como gás natural.In many areas of the world, large deposits of natural gas are discovered, which are far from any commercial market for available natural gas volumes. Consequently, methods have been considered for moving natural gas to commercial markets by piping and liquefying natural gas, followed by ship-to-ship transportation and the like. When natural gas is liquefied and shipped or similar to a destination, it is necessary to revaporize liquefied natural gas (LNG) for use as natural gas.
Muitas tentativas foram utilizadas para tal vaporização ou revaporização. Por exemplo, água do mar é freqüentemente usada como meio de aquecimento para vaporizar o GNL, uma vez que a água do mar está normalmente presente na área de desembarque. Um problema persistente, no entanto, é a grande área superficial necessária nos trocadores de calor para a revaporização do GNL pela água do mar como meio de aquecimento. Além disso, o uso da água do mar resulta na contaminação das superfícies do trocador de calor em muitos exemplos, de forma que é necessária limpeza frequente. Além disso, quando níveis de fluxo mais baixos de água do mar ou níveis excessivamente mais altos de líquido criogênico são usados, a água do mar pode congelar no lado da água do mar do sistema trocador de calor utilizado. Isso pode resultar na danificação do sistema, assim como na interrupção da produção de material criogênico vaporizado. Concordantemente, um método melhorado foi procurado para efetuar a troca de calor desejada, de forma eficiente e numa área menor, a qual apresenta benefícios tremendos quando a regaseificação é feita a pouca distância da praia e semelhantes.Many attempts have been used for such vaporization or revaporization. For example, seawater is often used as a heating medium to vaporize LNG, as seawater is usually present in the landing area. A persistent problem, however, is the large surface area required in heat exchangers for LNG vaporization by seawater as a means of heating. In addition, the use of seawater results in contamination of heat exchanger surfaces in many instances, so frequent cleaning is required. In addition, when lower seawater flow levels or excessively higher levels of cryogenic liquid are used, seawater may freeze on the seawater side of the heat exchanger system used. This can result in system damage as well as disruption of production of vaporized cryogenic material. Accordingly, an improved method has been sought to efficiently effect the desired heat exchange in a smaller area, which has tremendous benefits when regasification is done offshore and the like.
De acordo com a presente invenção, descobriu-se que líquidos criogênicos são prontamente vaporizados por um método para vaporizar um fluido criogênico usando um refrigerante intermediário circulante de forma natural, método compreendendo: passar o 1íquido criogênico num trocador de calor em contato com um refrigerante intermediário vaporoso num primeiro trocador de calor com uma entrada de refrigerante intermediário vaporoso e uma saída dé refrigerante intermediário líquido para aquecer o fluido criogênico para produzir um fluído criogênico gasoso e um refrigerante intermediário líquido; passar o refrigerante intermediário líquido num trocador de calor em contato com um fluido de aquecimento num segundo trocador de calor com uma entrada de refrigerante intermediário líquido e uma saída de refrigerante intermediário vaporoso para aquecer o refrigerante intermediário para produzir o refrigerante intermediário vaporoso, o primeiro trocador de calor estando acima do segundo trocador de calor; permitir o refrigerante intermediário vaporoso subir para dentro do primeiro trocador de calor; e, permitir que o refrigerante intermediário líquido flua de forma â jusante para dentro do segundo trocador de calor. A invenção ainda compreende um sistema para vaporizar um líquido criogênico usando um refrigerante intermediário circulante de forma natural, o sistema compreendendo: um primeiro trocador de calor com uma entrada de fluido criogênico líquido, uma saída de fluido criogênico vaporizado, uma entrada de refrigerante intermediário vaporizado e uma saída de refrigerante intermediário líquido; e um segundo trocador de calor com uma entrada de refrigerante líquido, uma saída de refrigerante vaporizado, uma entrada de fluido de aquecimento e uma saída de fluido de aquecimento, o primeiro trocador de calor estando posicionado acima do segundo trocador de calor com a entrada de refrigerante intermediário vaporizado ao primeiro trocador de calor estando em comunicação fluida com a saída de refrigerante intermediário vaporizado do segundo trocador de calor e com a saída de refrigerante intermediário líquido do primeiro trocador de calor estando em comunicação fluida com a entrada de refrigerante intermediário líquido para o segundo trocador de calor. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSIn accordance with the present invention, it has been found that cryogenic liquids are readily vaporized by a method for vaporizing a cryogenic fluid using a naturally circulating intermediate refrigerant, a method comprising: passing the cryogenic liquid in a heat exchanger in contact with an intermediate refrigerant vapor in a first heat exchanger with a vapor intermediate refrigerant inlet and a liquid intermediate refrigerant outlet to heat the cryogenic fluid to produce a gaseous cryogenic fluid and a liquid intermediate refrigerant; passing the liquid intermediate refrigerant on a heat exchanger in contact with a heating fluid on a second heat exchanger with a liquid intermediate refrigerant inlet and a vapor intermediate refrigerant outlet to heat the intermediate refrigerant to produce the vapor intermediate intermediate, the first exchanger heat being above the second heat exchanger; permitting the vapor intermediate to rise into the first heat exchanger; and, allowing the liquid intermediate refrigerant to flow downstream into the second heat exchanger. The invention further comprises a system for vaporizing a cryogenic liquid using a naturally circulating intermediate refrigerant, the system comprising: a first heat exchanger with a liquid cryogenic fluid inlet, a vaporized cryogenic fluid outlet, a vaporized intermediate refrigerant inlet and a liquid intermediate refrigerant outlet; and a second heat exchanger with a liquid refrigerant inlet, a vaporized refrigerant outlet, a heating fluid inlet and a heating fluid outlet, the first heat exchanger being positioned above the second heat exchanger with the vaporized intermediate refrigerant to the first heat exchanger being in fluid communication with the vaporized intermediate refrigerant output of the second heat exchanger and the liquid intermediate refrigerant output of the first heat exchanger being in fluid communication with the liquid intermediate refrigerant input to the second heat exchanger. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Fig. 1 é uma modalidade esquemática da presente invenção e compreende um trocador de calor compreendendo dois feixes de tubos numa posição vertical dentro de um recipiente de baixa pressão com um trocador de calor do tipo de placa soldada como um reebulidor de refrigerante intermediário;Fig. 1 is a schematic embodiment of the present invention and comprises a heat exchanger comprising two tube bundles in an upright position within a low pressure container with a plate-type heat exchanger welded as an intermediate refrigerant refill;
Fig. 2 é um diagrama esquemático de uma outra modalidade da presente invenção usando um trocador de calor do tipo de placa tanto para a vaporização do líquido criogênico como para a vaporização do refrigerante intermediário;Fig. 2 is a schematic diagram of another embodiment of the present invention using a plate type heat exchanger for both cryogenic liquid vaporization and intermediate refrigerant vaporization;
Fig 3 é um diagrama esquemático de uma outra modalidade da presente invenção, em que um superaquecedor é fornecido para superaquecer o vapor refrigerante;Fig. 3 is a schematic diagram of another embodiment of the present invention, wherein a superheater is provided for overheating the refrigerant vapor;
Na Fig. 4 um superaquecedor é usado para superaquecer o gás natural vaporizado; e Na Fig. 5 um recipiente de separação intermediário é usado entre a saída de vapor refrigerante intermediário do aquecedor refrigerante intermediário e a saída de refrigerante intermediário líquida da seção vaporizadora do líquido criogênico.In Fig. 4 a superheater is used to overheat the vaporized natural gas; and In Fig. 5 an intermediate separation vessel is used between the intermediate refrigerant vapor outlet of the intermediate refrigerant heater and the liquid intermediate refrigerant outlet of the cryogenic liquid vaporizer section.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDASDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Na descrição das Figs, os mesmos números serão usados em toda a parte para se referir ao mesmo ou a componentes similares.In the description of Figs, the same numbers will be used everywhere to refer to the same or similar components.
Na Fig 1 uma modalidade do processo é mostrada, a qual usa uma típica parte externa e um tubo de trocador de calor na configuração vertical. O sistema de vaporização 10 compreende um condensador refrigerante e um vaporizador de líquido criogênico tendo um topo 11. O condensador refrigerante (primeiro trocador de calor) 12 inclui uma entrada de líquido criogênico 14 e uma saída de fluido criogênico vaporizado 16. Conforme mostrado, o caminho 14 passa o material criogênico líquido numa região estabelecida por um divisor 21 e uma junção 20 e dentro de uma entrada dos feixes de tubos 18. 0 material criogênico vaporizado é recuperado através de uma saída dos tubos 18 através da junção 22 e passado ao caminho 16. Duas junções para os dois feixes de tubos 18 são apresentadas. 0 segundo feixe de tubos é mostrado como recebendo o fluido criogênico através de uma junção 24 dentro dos feixes de tubos 18 e recuperando o material criogênico vaporizado através da junção 26 a partir de uma saída dos feixes de tubos 18 na junção 26. Uma variedade de arranjos pode ser usada para passar o material criogênico através de junções dentro dos tubos trocadores de calor, conforme é bem conhecido aos indivíduos versados na técnica. A modalidade mostrada é meramente ilustrativa. 0 primeiro trocador de calor 12 também inclui uma entrada de vapor refrigerante 38, através da qual vapor refrigerante é introduzido e passa â montante através de uma plataforma 30 e vai para fora, para dentro de um espaço para vapor refrigerante 28, conforme mostrado pelas setas 50. 0 vapor, então, troca calor com o fluido criogênico nos feixes de tubos 18 e condensa em um material refrigerante intermediário líquido. Um nível de líquido representativo 32 é mostrado num fundo 34 do trocador de calor 12. 0 refrigerante intermediário líquido passa pela saída 36 através do caminho 45 e para dentro de uma entrada 44 para dento de um segundo trocador de calor 40. No segundo trocador de calor 40, o refrigerante intermediário é aquecido pelo contato do trocador de calor com um fluido trocador de calor que passa dentro do trocador de calor 40 através da entrada 46 e do caminho 47. O refrigerante intermediário é vaporizado no segundo trocador de calor 40 por troca de calor com o fluido trocador de calor o qual é então descarregado através da saída 48 e do caminho 49. Vapor refrigerante é descarregado através do caminho 42 e passa à mont ant e at r avé s do caminho 43 na ent rada de refrigerante vaporoso 38 para dentro do primeiro trocador de calor 12. Na operação do sistema trocador de calor, a junção líquida no fundo 34 do primeiro trocador de calor 12 fornece a força motriz para fluir o refrigerante intermediário líquido de volta pelo caminho 45 para dentro da entrada 44 no segundo trocador de calor 40. 0 fluido trocador de calor vaporizado é, então, passado de forma à montante para dentro do primeiro trocador de calor 12 como vapor. Èsse ciclo é um ciclo que se repete e produz um fornecimento de calor ao primeiro trocador de calor 12 a partir de um segundo trocador de calor 40 sem a necessidade de bombas mecânicas ou semelhantes.In Fig. 1 a process embodiment is shown which uses a typical outer part and a vertical heat exchanger tube. The vaporization system 10 comprises a refrigerant condenser and a cryogenic liquid vaporizer having a top 11. The refrigerant condenser (first heat exchanger) 12 includes a cryogenic liquid inlet 14 and a vaporized cryogenic fluid outlet 16. As shown, the path 14 passes the liquid cryogenic material into a region established by a divider 21 and a junction 20 and within an inlet of the tube bundles 18. Vaporized cryogenic material is recovered through an outlet of the tubes 18 through junction 22 and passed to the pathway. 16. Two junctions for the two tube bundles 18 are presented. The second tube bundle is shown as receiving cryogenic fluid through a junction 24 within tube bundles 18 and recovering vaporized cryogenic material through junction 26 from an outlet of tube bundles 18 at junction 26. A variety of Arrangements can be used to pass cryogenic material through joints within the heat exchanger tubes, as is well known to those skilled in the art. The embodiment shown is merely illustrative. The first heat exchanger 12 also includes a refrigerant vapor inlet 38, through which refrigerant vapor is introduced and passes upstream through a platform 30 and outwards into a refrigerant vapor space 28, as shown by the arrows. 50. The vapor then exchanges heat with the cryogenic fluid in the tube bundles 18 and condenses into a liquid intermediate refrigerant. A representative liquid level 32 is shown on a bottom 34 of heat exchanger 12. Liquid intermediate refrigerant passes through outlet 36 through path 45 and into an inlet 44 to within a second heat exchanger 40. In the second heat exchanger In heat 40, the intermediate refrigerant is heated by contacting the heat exchanger with a heat exchanger fluid passing inside the heat exchanger 40 through inlet 46 and path 47. The intermediate refrigerant is vaporized in the second heat exchanger 40 by exchange. heat exchanger fluid which is then discharged through outlet 48 and path 49. Refrigerant steam is discharged through path 42 and is mounted up and down path 43 at the vapor refrigerant inlet 38 into the first heat exchanger 12. In operating the heat exchanger system, the bottom liquid junction 34 of the first heat exchanger 12 provides the driving force for f flowing the liquid intermediate refrigerant back through the path 45 into the inlet 44 in the second heat exchanger 40. The vaporized heat exchanger fluid is then passed upstream into the first heat exchanger 12 as steam. This cycle is a cycle that repeats and produces a heat supply to the first heat exchanger 12 from a second heat exchanger 40 without the need for mechanical pumps or the like.
Será entendido que uma ampla variedade de tipos de trocadores de calor pode ser usada. Por exemplo, qualquer um ou tanto o primeiro quanto o segundo trocador de calor pode ser uma camada externa e um tubo trocador de calor de uma variedade de configurações, um trocador de calor núcleo-na-caldeira (core in kettle), um trocador de calor de placa de membrana, um trocador de calor do tipo de placa, múltiplos feixes de tubos num trocador de calor de camada e semelhantes, conforme é conhecido pelos indivíduos versados na técnica. Qualquer trocador de calor como esses é considerado adequado, embora seja preferido que trocadores de calor do tipo de placa sejam usados.It will be appreciated that a wide variety of heat exchanger types may be used. For example, either or both the first and second heat exchangers may be an outer layer and a heat exchanger tube of a variety of configurations, a core in kettle heat exchanger, a heat exchanger membrane plate heat, a plate type heat exchanger, multiple tube bundles in one layer heat exchanger and the like, as is known to those skilled in the art. Any such heat exchanger is considered suitable, although it is preferred that plate type heat exchangers be used.
Trocadores de calor do tipo de placa são comercializados por muitos fornecedores adequados.Plate type heat exchangers are marketed by many suitable suppliers.
Trocadores de calor de circuito impresso são um tipo de trocadores de calor de placa e são comercializados pela HEATRIC. Trocadores de calor de circuitos impressos são extremamente compactos, trocadores de calor de alta eficiência, os quais toleram prontamente alta pressão e têm capacidades de temperaturas extremas. Os trocadores de calor de circuito impresso basicamente são preparados pela gravura de um caminho de fluxo numa placa com um caminho de fluxo emparelhado sendo gravado em outra placa com as duas placas sendo, então, juntas, conforme é conhecido pelos indivíduos versados na técnica. As placas são empilhadas e podem ser ligadas por difusão e também soldadas, se desejado. Essas placas podem ter uma ampla variedade de vias trocadoras de calor e são consideradas como sendo bem conhecidas pelos indivíduos versados na técnica. Por causa de sua grande eficiência e configuração compacta, trocadores de calor de placas são preferidos para uso no processo da presente invenção. Eles também são configurados para fornecer certas vantagens em relação à sua limpeza e uso gerálmente quando água do mar é usada como material de troca de calor.Printed circuit heat exchangers are a type of plate heat exchangers and are marketed by HEATRIC. Printed circuit heat exchangers are extremely compact, high efficiency heat exchangers, which readily tolerate high pressure and have extreme temperature capabilities. Printed circuit heat exchangers are basically prepared by engraving a flow path on one plate with a paired flow path being engraved on another plate with the two plates being then together, as is known to those skilled in the art. The plates are stacked and can be diffusion bonded and also welded if desired. These plates can have a wide variety of heat exchanger pathways and are considered to be well known to those skilled in the art. Because of their high efficiency and compact configuration, plate heat exchangers are preferred for use in the process of the present invention. They are also configured to provide certain advantages over their cleanliness and general use when seawater is used as a heat exchange material.
Deve-se notar que não somente água do mar, como também outro líquido ou vapor adequado, o qual é aquecido em relação ao líquido criogênico, e a uma temperatura suficiente para vaporizar o refrigerante intermediário, pode ser usado como um fluido trocador de calor no segundo trocador de calor. Alguns desses materiais são água fresca, água do mar, hidrocarbonetos leves, vapor, ar, água fria e jatos quentes dissipados de refinaria e semelhantes.It should be noted that not only seawater, but also other suitable liquid or vapor, which is heated relative to the cryogenic liquid, and at a temperature sufficient to vaporize the intermediate refrigerant, may be used as a heat exchanger in the second heat exchanger. Some of these materials are fresh water, seawater, light hydrocarbons, steam, air, cold water, and hot dissipated jet jets and the like.
Desejavelmente, o refrigerante intermediário é um material tal como propano, refrigerantes misturados, refrigerantes de fluorcarbono, refrigerantes de clorofluorcarbono, tal como a família de refrigerantes de FREON produzidos pela DuPont e semelhantes, os quais não congelam em temperaturas criogênicas, isto é, abaixo de -100 °F. Um critério primário no refrigerante intermediário é que ele é prontamente vaporizado pelo fluido trocador de calor disponível e que ele é eficaz para transportar calor para o primeiro trocador de calor e condensa em contato com o trocador de calor com o líquido criogênico. Uma vez que a maioria dos refrigerantes intermediários irá prontamente condensar na temperatura do líquido criogênico, uma consideração primária é a pronta vaporização do refrigerante intermediário pela fonte de calor disponível. E ainda desejável que o refrigerante intermediário permaneça líquido em contato com as superfícies do trocador de calor em contato com o fluido criogênico líquido no primeiro trocador de calor. Os refrigerantes nomeados são considerados como atendendo a esses critérios. Alguns desses refrigerantes podem ser mais desejáveis do que outros para certas aplicações.Desirably, the intermediate refrigerant is a material such as propane, mixed refrigerants, fluorocarbon refrigerants, chlorofluorocarbon refrigerants, such as the DuPont family of FREON refrigerants and the like, which do not freeze at cryogenic temperatures, i.e. below -100 ° F. A primary criterion in the intermediate refrigerant is that it is readily vaporized by the available heat exchanger fluid and that it is effective in conveying heat to the first heat exchanger and condenses in contact with the heat exchanger with the cryogenic liquid. Since most intermediate refrigerants will readily condense at cryogenic liquid temperature, a primary consideration is the prompt vaporization of the intermediate refrigerant by the available heat source. It is further desirable that the intermediate refrigerant remain liquid in contact with the heat exchanger surfaces in contact with the liquid cryogenic fluid in the first heat exchanger. Named soft drinks are considered to meet these criteria. Some of these refrigerants may be more desirable than others for certain applications.
Em modalidades alternativas da presente invenção, mostrada, por exemplo, na Fig. 2, um trocador de calor do tipo de placa pode ser usado tanto para o primeiro trocador de calor 12 como para o segundo trocador de calor 40. O fluxo através desses trocadores de calor de placa é conforme discutido anteriormente. Por exemplo, o vapor refrigerante intermediário é produzido a partir da saída de vapor refrigerante intermediário 42, a partir do segundo trocador de calor, e passado através do caminho 43 para a entrada 38 para o primeiro trocador 12, onde um fluido criogênico é introduzido através do caminho 14 e recuperado através do caminho 16 numa forma revaporizada ou parcialmente revaporizada. 0 refrigerante intermediário condensado é recuperado através da saída 36, a partir do primeiro, trocador de calor 12 e passado através do caminho 45 para um segundo trocador de calor 40.In alternative embodiments of the present invention, shown for example in Fig. 2, a plate type heat exchanger may be used for both the first heat exchanger 12 and the second heat exchanger 40. The flow through these heat exchangers plate heat is as discussed earlier. For example, intermediate refrigerant vapor is produced from intermediate refrigerant vapor output 42 from the second heat exchanger and passed through path 43 to inlet 38 to first exchanger 12 where a cryogenic fluid is introduced through from path 14 and recovered through path 16 in a revaporized or partially revaporized form. The condensed intermediate refrigerant is recovered through outlet 36 from the first heat exchanger 12 and passed through path 45 to a second heat exchanger 40.
Conforme mostrado na Fig. 2, um fluido de aquecimento é introduzido através da entrada 46 e do caminho 47 e descarregado através da saída 48 através do caminho 49. A operação do primeiro e do segundo trocador de calor, em combinação, é conforme discutido anteriormente com o refrigerante intermediário líquido condensado descarregado através da saída 36, fornecendo a necessária junção do fluido para movimento do refrigerante intermediário através do caminho 45 pra a entrada 44 para o segundo trocador de calor 40. O vapor é descarregado através do caminho 42 e do caminho 43 para a entrada 3 8 com a operação do fluxo refrigerante sendo completamente por gravidade por um tipo de processo de sifão térmico. Esse tipo de processo apresenta vantagens significativas pelo fato de que não são necessárias bombas para a circulação do refrigerante intermediário, embora uma bomba possa ser usada, se dese j ado. Uma vez que o refrigerante é um material não prontamente congelável em contato com as superfícies do trocador de calor contendo o liquido criogênico e é prontamente vaporizado no segundo trocador de calor, uma eficiente transferência de calor é feita sem expor o fluido de aquecimento no caminho 47 ao contato direto com as superfícies do trocador de calor contendo o líquido criogênico. Essa é uma vantagem significativa, no que diz respeito ao congelamento do fluido trocador de calor durante períodos de baixo fluxo de fluido trocador de calor ou altos fluxos de fluido criogênico.As shown in Fig. 2, a heating fluid is introduced through inlet 46 and path 47 and discharged through outlet 48 through path 49. Operation of the first and second heat exchangers, in combination, is as discussed above. with the condensed liquid intermediate refrigerant discharged through outlet 36, providing the necessary fluid junction for intermediate refrigerant movement through path 45 to inlet 44 to the second heat exchanger 40. Steam is discharged through path 42 and path 43 for inlet 38 with the refrigerant flow operation being completely by gravity by a type of thermal siphon process. This type of process has significant advantages in that no pumps are required for intermediate refrigerant circulation, although a pump can be used if desired. Since refrigerant is a material not readily freezable in contact with the heat exchanger surfaces containing the cryogenic liquid and is readily vaporized in the second heat exchanger, efficient heat transfer is achieved without exposing the heating fluid in the path. direct contact with the heat exchanger surfaces containing the cryogenic liquid. This is a significant advantage when it comes to freezing the heat exchanger fluid during periods of low heat exchanger flow or high cryogenic fluid flow.
Desejavelmente, a saída 36 é colocada suficientemente acima da, entrada 44 para fornecer o calor necessário para o fluxo desejado. A altura é tipicamente cerca de dois pés e é preferencialmente de cerca de duas a cerca de dez pés. Mais preferencialmente, a altura é pelo menos cerca de seis pés e, desejavelmente, cerca de seis até cerca de dez pés.Desirably, outlet 36 is placed sufficiently above inlet 44 to provide the heat required for the desired flow. The height is typically about two feet and is preferably from about two to about ten feet. More preferably, the height is at least about six feet and desirably about six to about ten feet.
Na Fig. 3, outra modalidade é apresentada. Nessa modalidade, um superaquecedor 54 é usado com um segundo meio de aquecimento fornecido através do caminho 56 e recuperado através do caminho 58 para superaquecer o vapor refrigerante intermediário, o qual é então passado através da saída 42 do superaquecedor 54 através do caminho 43 para dentro da entrada 38 para o primeiro aquecedor 12. 0 líquido refrigerante é retornado conforme discutido anteriormente através do caminho 44 para o segundo aquecedor 40.In Fig. 3, another embodiment is presented. In this embodiment, a superheater 54 is used with a second heating medium supplied through path 56 and recovered through path 58 to overheat the intermediate refrigerant vapor, which is then passed through outlet 42 of superheater 54 through path 43 inwards. from inlet 38 to first heater 12. Coolant is returned as previously discussed via path 44 to second heater 40.
Na Fig. 4, uma outra modalidade é mostrada, em que um superaquecedor 60, aquecido pelo aquecimento do material fornecido pelo caminho 56 e recuperado pelo caminho 58, é usado para superaquecer o material criogênico recuperado, o qual foi liquefeito no trocador de calor 12 (à jusante). Em outros aspectos, o fluxo do material é conforme descrito anteriormente.In Fig. 4, another embodiment is shown, wherein a superheater 60, heated by heating the material supplied by path 56 and recovered by path 58, is used to overheat the recovered cryogenic material, which has been liquefied in the heat exchanger 12. (downstream). In other aspects, the material flow is as described above.
Na Fig. 5, uma outra modalidade é mostrada, em que o separador 62, com um nível de líquido 64, é usado para assegurar a separação do líquido e vapor dos fluxos das linhas 43 e 45. 0 líquido refrigerante que passou da saída 36 pelo caminho 45 para o separador 62 é desejavelmente todo líquido. Concordantemente, esse fluxo é introduzido no separador 62 abaixo do nível de líquido 64 no separador 62. Semelhantemente, o fluxo recuperado através da saída 42 e que passou pelo caminho 43 para o separador 62 é desejavelmente todo vapor. Esse fluxo é introduzido no separador 62 num nível acima do nível do líquido 64 r um fluxo de vapor é, então, passado adiante através do caminho 43' para a entrada 38 para o recipiente 12. Semelhantemente, um fluxo de líquido é recuperado através do separador 62 e passado através do caminho 45' para a entrada 44 para o trocador de calor 4 0. Essa modalidade assegura que o refrigerante intermediário vaporoso é passado como vapor para o primeiro trocador 12 e que o refrigerante intermediário líquido é passado para o segundo trocador de calor 40 como líquido.In Fig. 5, another embodiment is shown, wherein the separator 62, with a liquid level 64, is used to ensure the separation of liquid and vapor from the streams of lines 43 and 45. The refrigerant that has passed from outlet 36 by way 45 to separator 62 is desirably all liquid. Accordingly, such flow is fed into separator 62 below the liquid level 64 in separator 62. Similarly, the flow recovered through outlet 42 and which has passed path 43 to separator 62 is desirably all vapor. This flow is fed into the separator 62 at a level above liquid level 64. A vapor stream is then passed through the path 43 'to the inlet 38 to the container 12. Similarly, a liquid stream is recovered through the separator 62 and passed through path 45 'to inlet 44 for heat exchanger 40. This mode ensures that the vapor intermediate is refrigerated for the first heat exchanger 12 and that the liquid intermediate refrigerant is passed to the second heat exchanger. heat 40 as liquid.
Deve-se entender que se pode obter líquido com o vapor passado para o primeiro trocador de calor 12, e que vapor pode ser absorvido ou contido no fluxo de refrigeração intermediário que retorna para o segundo trocador de calor 40. Tal inclusão de líquido ou vapor não afeta a operação de qualquer recipiente significativamente, uma vez que cada um dos recipientes age substancialmente como um recipiente de separação por si só, assim como trocadores de calor.It should be understood that liquid may be obtained with steam passed to the first heat exchanger 12, and that steam may be absorbed or contained in the intermediate cooling flow returning to the second heat exchanger 40. Such inclusion of liquid or steam It does not affect the operation of any container significantly, since each container acts substantially as a separating container by itself, as do heat exchangers.
De acordo coma presente invenção, um refrigerante intermediário é usado, o qual não é predisposto a congelar nas superfícies trocadoras de calor em contato com os líquidos criogênicos. Claramente, quando um material, tal como água do mar é usada como um material trocador de calor, existe sempre um risco de que a água do mar em contato com superfícies trocadoras de calor em contato com materiais criogênicos pode congelar, obstruindo dessa forma a passagem de material trocador de calor adicional e resultando num congelamento ainda maior do recipiente. Uma vez que o congelamento pode ser relativamente brusco, considerando a diferença radical na temperatura entre a água do mar e os materiais criogênicos, isso pode resultar em dano substancial para as superfícies trocadoras de calor num período de tempo muito curto. Esses problemas são evitados pela presente invenção, em que um refrigerador intermediário resistente ao congelamento em contato com superfícies em contato com líquidos criogênicos é usado.In accordance with the present invention, an intermediate refrigerant is used which is not predisposed to freezing on heat exchanging surfaces in contact with cryogenic liquids. Clearly, when a material such as seawater is used as a heat exchanger, there is always a risk that seawater in contact with heat exchanger surfaces in contact with cryogenic materials may freeze, thereby blocking the passage. additional heat exchanger material and resulting in further freezing of the container. Since freezing can be relatively sudden, given the radical difference in temperature between seawater and cryogenic materials, this can result in substantial damage to heat exchange surfaces in a very short period of time. These problems are avoided by the present invention, wherein a freeze resistant intermediate cooler in contact with cryogenic liquid surfaces is used.
Além disso, os trocadores de calor do tipo de placa usados na presente invenção são muito facilmente limpos, no evento de que a poluição das superfícies trocadoras de calor ocorre como resultado da passagem da água do mar. A ocorrência da poluição é minimizada porque a diferença de temperatura através das superfícies trocadoras de calor é muito menor. Além disso, os problemas ambientais resultantes da descarga de água do mar a uma temperatura muito baixa no mar são evitados. Pela presente invenção, a troca de calor pode ser uma temperatura mais baixa, uma vez que o calor de vaporização é fornecido pela água do mar, a qual pode ser usada prontamente em grandes volumes, uma vez que os trocadores de calor do tipo de placa são muito eficientes e ocupam uma área relativamente pequena. Uma vez que o calor de vaporização é transferido para o fluido criogênico, uma maior transferência de calor pode ser conseguida em relação a se somente calor sensível estivesse disponível para transferência para o líquido criogênico. Além disso, a presente invenção reduz a necessidade de bombear um refrigerante intermediário, tornando o processo, dessa forma, mais eficiente sob um ponto de vista energético.In addition, the plate-type heat exchangers used in the present invention are very easily cleaned in the event that pollution of the heat exchanger surfaces occurs as a result of seawater passage. Pollution is minimized because the temperature difference across heat exchangers is much smaller. In addition, environmental problems resulting from discharging seawater at a very low sea temperature are avoided. By the present invention, heat exchange can be a lower temperature, since vaporizing heat is supplied by seawater, which can be readily used in large volumes, since plate type heat exchangers They are very efficient and occupy a relatively small area. Since vaporization heat is transferred to cryogenic fluid, greater heat transfer can be achieved compared to if only sensitive heat is available for transfer to cryogenic fluid. Furthermore, the present invention reduces the need for pumping an intermediate refrigerant, thereby making the process more energy efficient.
Pelo posicionamento dos trocadores de calor de forma que o segundo trocador de calor esteja abaixo do primeiro trocador de calor, e de forma que os superaquecedores estejam acima do primeiro aquecedor e do segundo aquecedor, respectivamente, muito menos área é necessária para a instalação de um sistema de revaporização com capacidade suficiente para lidar com quantidades grandes de líquido criogênico. Além disso, sistemas desses tipos poderíam ser prontamente ser colocados lado a lado, de forma que o número apropriado de sistemas possa ser usado para vaporizar um fluido criogênico desejado numa taxa desejada. É claro que a entrada e a saída do segundo trocador de calor pode ser posicionada para retirar água de uma distância substancial da plataforma e descarregá-la a uma distância substancial da plataforma ou outra facilidade.By positioning the heat exchangers so that the second heat exchanger is below the first heat exchanger, and so that the superheaters are above the first heater and the second heater, respectively, much less area is required for installing a heat exchanger. revaporization system with sufficient capacity to handle large amounts of cryogenic liquid. In addition, systems of these types could readily be placed side by side, so that the appropriate number of systems can be used to vaporize a desired cryogenic fluid at a desired rate. Of course, the inlet and outlet of the second heat exchanger may be positioned to draw water from a substantial distance from the platform and discharge it at a substantial distance from the platform or other facility.
Em resumo, a presente invenção forneceu um método e um sistema altamente eficiente e altamente eficaz para revaporizar um líquido criogênico pelo uso de um refrigerante intermediário, o qual não é predisposto aos problemas associados com o uso de materiais trocadores de calor mais comumente usados para revaporizar líquidos criogênicos.In summary, the present invention has provided a highly efficient and highly effective method and system for revaporizing a cryogenic liquid by the use of an intermediate refrigerant, which is not predisposed to the problems associated with the use of heat exchanger materials most commonly used to revaporize. cryogenic liquids.
Enquanto a presente invenção foi descrita por referência a certas de suas modalidades preferidas, chama-se a atenção de que as modalidades descritas são ilustrativas, ao invés de limitantes em natureza e que muitas variações e modificações são possíveis dentro do escopo da presente invenção. Muitas de tais variações e modificações podem ser consideradas óbvias e desejáveis pelos indivíduos versados na técnica, baseando-se numa revisão da descrição precedente das modalidades preferidas. REIVINDICAÇÕESlWhile the present invention has been described by reference to certain of its preferred embodiments, it is noted that the embodiments described are illustrative rather than limiting in nature and that many variations and modifications are possible within the scope of the present invention. Many of such variations and modifications may be considered obvious and desirable by those skilled in the art based on a review of the foregoing description of preferred embodiments. CLAIMS
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