CN100334387C - 用于使液化天然气汽化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于使液化天然气汽化的方法(10)，包括将水通入一个水塔(12)中以便升高水的温度，泵送升温的水通过一第一热交换器(14)，使循环流体通过第一热交换器(14)以便将升温的水中热量传递到循环流体中，将液化天然气通入一第二热交换器(16)中，泵送第一热交换器(14)中经过加热的循环流体到第二热交换器(16)中，以便将循环流体中的热量传递到液化天然气上，和从第二热交换器(16)中排出汽化的天然气。

Description

用于使液化天然气汽化的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于使液化天然气汽化的系统和方法。更具体地说，本发明涉及利用通过经过加热的水传到循环流体上的热交换作用使液化天然气汽化的方法和系统。更具体地说，本发明涉及一种用于使液化天然气汽化的方法和系统，其中经过加热的水通过水塔的鼓风机作用升高温度。
背景技术
天然气常常可用于远离它最终使用的地区。经常，这种天然气的装运包括海洋运输，这要求通过将天然气液化来用货舱运输天然气，以便大大减小它的体积来在基本上是大气压下运输。在这些条件下，液化天然气是在大约-162℃的温度下，不过较重的烃类(如，例如乙烷、丙烷、丁烷、等)常常稍微改变液化天然气的沸点。此前，已提出了各种各样的传热流体、系统和方法，用于再气化或汽化液化天然气。
在许多情况下，利用热水或蒸汽来加热液化气用于汽化。遗憾的是，这种热水和蒸汽常常冻结，以致产生堵塞汽化器的危险。此前已对这种方法作了各种改进。目前所用的汽化器主要是开架式、中间流体式和浸没燃烧式。
开架式汽化器利用海水作为热源来与液化天然气进行逆流热交换。这种类型的汽化器没有由于冻结而引起的堵塞、便于操作和保持，并因此广泛使用。然而，它们不可避免地包括在传热管下面部分的表面上结冰的问题。这样因此产生增加了的传热阻力，以致必需将汽化器设计成具有增加的传热面积，增加传热面积必然带来较高的设备费用。为了保证改善的热效率，这种类型的汽化器包括一种特殊构造的铝合金传热管。这些类型汽化器在经济上是不利的。
通过用热水或蒸汽直接加热代替使液化天然气汽化，中间流体式汽化器使用具有低冰点的丙烷、氟代烃等致冷剂。致冷剂首先用热水或蒸汽加热，以便利用致冷剂的汽化和冷凝来使液化天然气汽化。这种类型汽化器建造费用比开架式汽化器低，但需要加热装置如一个燃烧器用于制备热水或蒸汽，并因此由于燃料消耗而运行成本高。
浸没燃料式汽化器包括一个浸没在水中的管道，所述水用一种从燃烧器注入其中的燃烧气体加热。象中间流体式一样，浸没燃烧式汽化器包括燃料费并且运行成本高。
在过去，已提出了各种专利用于使液化天然气汽化的方法和设备。例如，申请在1979年10月9日授予Ooka等人的美国专利No.4,170,115描述了一种利用港湾水来使液化天然气汽化的设备。这个系统安装在一系列间接加热的中间流体式热交换器中。也利用多管式顺流热交换器与多管式逆流热交换器结合。结果，将盐水用于汽化过程。在1980年9月30日授予同一申请人的美国专利No.4,224,802描述了这种类型的一个变体，并且在多管式热交换器中也使用港湾水。
在1982年5月25日授予Hong等人的美国专利No.4,331,129说明了利用太阳能来用于LNG(液化天然气)汽化。利用太阳能来加热一种第二流体如水。这种第二流体成为与液化天然气成热交换关系。水含有防冻添加剂以防水在汽化过程中冻结。
在1983年8月23日授予Vogler，Jr.等人的美国专利No.4,399,660描述了一种大气汽化器，所述大气汽化器适合用于在连续基础上使低温液体汽化。这种装置应用从周围空气中所吸收的热量。至少三个基本上是垂直的通道在一起形成管道。每个通道都包括一个中心管，所述中心管具有多个围绕该管基本上等距间隔开的散热片。
在1993年10月12日授予L.Z.Widder等人的美国专利No.5,251,452也描述了一种用于低温液体的大气汽化器和加热器。这种设备利用多个垂直安装和平行连接的热交换管。每个热交换管都具有多个外部散热片和多个对称安排的内部周边通道，这些通道与一个中心开口成流体连通。一个实心杆在中心开口内延伸每个管的预定长度，以便增加其气相中的低温流体与周围空气之间的供热速率。流体在热交换管的底部处从它的沸点升高到在适合于制造操作和其它操作的顶部处的一个温度。
在1998年10月13日授予Christiansen等人的美国专利No.5,819,542说明了一种热交换装置，所述热交换装置具有一个第一热交换器和一个第二热交换器，所述第一热交换器用于汽化LNG，而所述第二热交换器用于使气态天然气过热。各热交换器安装用于通过一种加热介质来加热这些流体并具有一个出口，所述出口连接到一个混合装置上用于将经过加热的流体与相应的未经加热的流体混合。各热交换器包括一个公共的外壳，在所述外壳中它们设置分开的流体用通道。混合装置与外壳一起构成一个单元并具有一个混合室，该混合室带有一个流体出口。在分开的通道中，都设置了阀用于在外壳中和在混合室中供应LNG。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以用最少费用汽化液化气的方法和系统。
本发明的另一个目的是提供可以利用周围空气来为LNG汽化法提供热量的方法和设备。
本发明还有另一个目的是提供一种为汽化液化天然气提供热交换法的系统和方法，所述系统和方法比较便宜、容易实施和容易使用。
本发明的这些和其它的目的和优点从看了附图和所附权利要求将变得显而易见。
本发明提供了一种用于供液化天然气汽化的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将水通入一个水塔以便升高水的温度；(2)泵送升温的水通过一第一热交换器；(3)使循环流体通过第一热交换器以便将升温水中的热量传递到循环流体中；(4)使液化天然气通入一第二热交换器中；(5)将第一热交换器中经过加热的循环流体泵送到第二热交换器中，以便将循环流体中的热量传递到液化天然气；和(6)从第二热交换器中排出经过汽化的天然气。
在本发明的方法中，将水通入水塔的步骤包括将水分布在水塔的内表面上和抽吸周围空气穿过水塔穿过分布的水，以便将周围空气中的热量传递到水中。在本发明的优选实施例中，周围空气具有干球空气温度为超过73。空气中的水分在水塔内部冷凝，和然后从水塔中排出这种冷凝的水分。在周围空气被抽吸越过分布的水之后，将经过冷却的空气从水塔的顶部排出。水塔中设有多个折流板。一个鼓风机设置在水塔的顶部处。水塔在其壁中相应的多个折流板附近形成多个开口。吸入周围空气的步骤包括使周围空气通过多个开口，以便十分接近分布在多个折流板上的水。将一个水槽固定到水塔的底部上。这个水槽设置成收集经过加热的分布的水。水槽中经过加热的分布的水泵送到第一热交换器。
在本发明的方法中，第一热交换器中的水在热量传递到循环流体中之后，泵送到水塔中。
第二热交换器是壳管式热交换器。经过加热的循环流体在壳体内并围绕第二热交换器的列管通过。液化天然气通过第二热交换器中的列管。第二热交换器中的循环流体在热量从循环流体传递到液化天然气中之后泵送到第一热交换器。
在本发明的方法中，在周围的空气温度低于73的情况下，设置一个辅助热源用于加热循环流体。尤其是，通过一个与水塔不同的热源来加热另外量的循环流体。然后将这种经过加热的循环流体通入第二热交换器中。在本发明的优选实施例中，辅助加热源是一种烧气的锅炉。一小部分排出的天然气必需通向锅炉，以便燃烧来加热循环流体。
本发明也提供了一种用于使液化天然气汽化的系统，所述系统包括一个水塔装置，一个第一热交换装置，和一个第二热交换装置，所述水塔装置具有一个进水管路和一个出水管路，所述第一热交换装置连接到出水管路上以使经过加热的水由其通过，和所述第二热交换装置其中具有液化天然气。水塔装置用来加热从进水管路通入其中的水，以及经过加热的水通到出水管路中。第一热交换装置具有一个在其中延伸的循环流体管路，该循环流体管路与出水管路成热交换关系。第一热交换装置用来将出水管路中经过加热的水中热量传递到循环流体管路内的循环流体中。循环流体管路在第二热交换装置中延伸，它与液化天然气管路成热交换关系。第二热交换装置用来将经过加热的循环流体中的热量传递到液化天然器管路内的液化天然气中。第二热交换装置具有一个由其延伸出的汽化气出口。
附图说明
图1是示出本发明优选实施例的系统和方法的示意图。
具体实施方式
参见图1，示出了按照本发明的优选实施例的用于使液化天然气汽化的方法。方法10包括一个水塔12，一个第一热交换器14和第二热交换器16。水塔12具有一个进水管路18和一个出水管路20。进水管路18将经过冷却的水输送到水塔12的内部中。出水管路20将经过加热的水从水塔12的内部向外传送。一个泵22用来从水塔12的室26底部处的水槽24中抽出经过加热的水。泵22使经过中热的水从出水口28传到第一热交换器14。经过加热的水通过第一热交换器14中合适的散热片、盘管、和其它通道，以便将经过加热的水中热量传递到通向第二热交换器16的循环流体中。在第一热交换器14中通过盘管30的经过加热的水中的热量已传送到盘管32中的循环流体之后，经过冷却的水传递通过第一热交换器14的出口34。然后来自出口34的经过冷却的水沿着进水管路18返回到水塔12用于加热。
在本发明中，水塔12具有一种“冷却塔”的性质。然而，在本发明中重要的是水塔12在高温环境下操作。例如，在得克萨斯海湾，周围空气温度经常会超过100。照这样，当这种热空气被抽吸通过水塔12时，它将接触通入的经过冷却的水，以致大大升高水的温度。一个鼓风机36设置在水塔12的室26的顶部处。鼓风机36将抽吸热空气通过在水塔12的室26的侧面上形成的开口38。同样，经过加热的水将分布在水塔12的室26内部上所形成的折流板40上。结果，由进水管路18所输送的经过冷却的水将分布在室26内部上的一个比较大的表面积上。随着热空气抽吸通过开口38，空气将接近通过在室26内部上广泛分布的水。照这样，将发生热交换效应，所述热交换效应将大大升高水塔12内水的温度。鼓风机36最终将使冷空气传到水塔12顶部的外面。因为进水管路18中冷的水温将空气冷却到低于水的露点，所以空气中的水分将以可变的量冷凝。结果，这种水分将必需通过管道42从系统中排出。最后，当鼓风机36抽吸热的周围空气通过水塔12的室26时，水将变热并作为热水缓慢地梯流到调压水槽24中。泵22将水槽24中的热水抽回到第一热交换器14中。
第一热交换器14由常用类型交换器形成，其中通过盘管30的经过加热的水与通过盘管32的循环流体是传热关系。盘管32被导引到出口管路44朝向泵46的抽吸侧。然后泵46将把经过加热的循环流体转入第二热交换器16的内部。第二热交换器16是一个已知结构的壳和管组成的热交换器。液化天然气沿着管道48传入第二热交换器16的底部。一个合适的支管把液化天然气分布到第二热交换器内部上的列管52中。经过加热的循环流体被泵送穿过一循环流体入口58并转入第二热交换器16壳体60的内部。照这样，经过加热的循环流体将与列管52成热交换关系用于升高列管52内液化天然气的温度。最后，液化天然气的温度将是这种程度，使得汽化的天然气将穿过汽化气出口62通向第二热交换器16的外部。
由于热循环流体和液化天然气之间的热传递，所以冷的循环流体将从第二热交换器16通过冷循环流体出口62。热的循环流体将以横向流被导引到在第二热交换器16的列管52的外部上流动。冷的循环流体将通过管道64离开第二热交换器16的壳体60并被导到第一热交换器14。冷循环流体将通过冷循环流体管路66导入第一热交换器14。这样，冷循环流体管道64再次被通过第一热交换器14中的盘管30经过加热的水加热。调压水槽68如此设置，以便需要时供应、接收或存储循环流体。在一定程度上需要额外的循环流体来操作本发明的方法10，当需要时，泵46将从调压水槽68抽吸所需量的循环流体。
如本文所用的，循环流体可以是一种水/乙二醇混合物或溶液。水应是淡水。
即使是在热带气候下，如美国南部的气候下，本发明的方法也不能全年工作。在头年11月到第二年3月的几个月里，周围空气太冷，以致不能提供经济的方式来加热水。因此，在冬季，需要至少局部补充烧锅炉70，以便保证整年连续操作。锅炉70是一种已知技术并且在过去已普遍用于加热循环流体。如图1中可以看出的，冷循环流体将经由管路64通到锅炉70的入口72。可以利用一种合适的气体如来自第二热交换器16中的小部分汽化气，以便用天然气烧锅炉70来加热循环流体。然后使经过加热的循环流体通过锅炉70的出口74，并且直接和单独地或是当用水塔12中经过加热的水加热时与循环流体相结合通向第二热交换器16的入口侧。
本发明尤其新颖的是通常用水塔12来冷却许多设施中的循环冷却水。相信这些塔还没有用于加热冷水的目的。与应用水塔作为冷却水塔相反，在所述应用中由于使循环水蒸发而连续发生水损耗，而在本发明的方法10中没有水损耗。相反，由于水比周围空气冷，所以空气水分中的水冷凝并连续地增加水的存量。水必需作为一种溢流量连续地排除，并可经很少的水处理工作之后作淡水用。
如下面所示，表1是示出本发明操作的能量和工艺流程图。正如从表1可以看出的，周围空气用于升高液化天然气温度的目的相当有益。
本发明达到超过先有技术的重要优点。尤其是，在热的天气环境中，本发明利用周围空气用于升高水温的目的。结果，本发明避免使用天然气用于温度升高的目的。这比现有系统有相当大的能量成本效益。
所述本发明的公开和说明是示例性和说明性的。在不脱离本发明的实际精神情况下，在所附权利要求范围内，在所示系统的细节上和所述方法的步骤上可以进行各种改变。本发明应只受下面权利要求和它们的合法的等同物限制。
表1
    说明     单位     实例1    实例2     实例3    实例4
    LNG汽化器     操作单元     6
    传递的热量     MMBTU/hr     617.4    930     823    847
    LNG流速     磅/hr     2213200    3018000     2937500    3018000
    天然气流速     MMSCF/天     1100    1500     1460    1500
    LNG进入的温度          -244    -244     -244    -244
    天然气出来的温度          29    59     29    29
    水/乙二醇流速     加仑/分     90300    90300     90300    90300
    水/乙二醇进入的温度          44    64     49    44
    水/乙二醇出来的温度          29    42     29    29
    中间交换器     操作单元     8    8     8    8
    传递的热量     MMBTU/hr     617.4    930     823    351
    水/乙二醇流速     加仑/分     90300    90300     90300    51100
    水/乙二醇进入的温度          29    42     29    29
    水/乙二醇出来的温度          44    64     49    44
    循环水流速     加仑/份     82700    85600     82700    46800
    循环水进入的温度          50    70     55    50
    循环水出来的温度          35    48     35    35
    水塔     操作单元     1    1     1    1
    水塔槽/风扇数     12    12     12    12
    水塔高度     英尺     54    54     54    54
    空气温度，湿球          59    75     65    53
    空气温度，干球          65    68     72    58
    空气温度，出来          44    48     46    44
    循环水流速     加仑/分     82700    85600     82700    46800
    循环水进入的温度          35    42     35    35
循环水出来的温度 50 70 55 50
    传递的热量     MMBTU/hr     617.4    930     823    351
    水分冷凝     加仑/hr     28270    52300     48900    10300
    水锅炉     操作单元     1    0     2    7
    传递的热量     MMBTU/hr     59     85.9    579
    水/乙二醇流速     加仑/分     2300     2600    17500
    水/乙二醇进入的温度          110     110    110
    水/乙二醇出来的温度          180     180    180
例1：用于水塔，LNG汽化器和中间交换器的设计情况
例2：天热季节，没有锅炉工作
例3：空气温度比设计的热
例4：空气温度比设计的冷

Claims (17)

1.一种使液化天然气汽化的方法，包括：
将水通入水塔以便升高水的温度，所述将水通入水塔的步骤包括：
将水分布在水塔的内表面上；和
抽吸周围的空气通过水塔穿过分布的水以便将热量从周围空气传递到水中；
泵送升高温度的水通过第一热交换器；
使一种循环流体通过第一热交换器以便将升高温度的水中热量传递到所述循环流体中；
将液化天然气通入第二热交换器中；
将经过加热的循环流体从第一热交换器泵送到第二热交换器以便将循环流体中的热量传递到液化天然气中；和
从第二热交换器排出经过汽化的天然气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：
将空气中的水分冷凝到所述水塔中；和
排放所述水塔中的冷凝水。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：
在抽吸周围的空气穿过分布的水之后从所述水塔的顶部排出经过冷却的空气。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：
形成水塔，该水塔具有多个在其中形成的折流板，所述水塔在其顶部处具有一个鼓风机，所述水塔具有多个开口，所述多个开口设在水塔壁中分别与所述多个折流板邻近，所述抽吸周围空气的步骤包括使周围空气通过所述多个开口以便极接近分布在所述多个折流板上的水。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述形成水塔的步骤包括：
将一个水槽固定到所述水塔的底部，所述水槽如此设置以便收集经过加热的分布的水，所述泵送升高温度的水的步骤包括将经过加热的分布的水从所述水槽泵送到所述第一热交换器。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：
在热量传送到循环流体中后将水从所述第一热交换器泵送到所述水塔。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二热交换器是一种壳管式热交换器，所述热循环流体在壳体内通过并穿过所述第二热交换器的列管，所述液化天然气通过所述第二热交换器中的列管。
8.如权利要求1所述的方法，其特征还包括：
在热量从所述循环流体传递到液化天然气中后将循环流体从所述第二热交换器泵送到所述第一热交换器。
9.一种使液化天然气汽化的方法，包括：
将水通入水塔以便升高水的温度；
泵送升温的水通过一第一热交换器；
使循环流体通过第一热交换器以便将升温的水中热量传递到所述循环流体中；
使液化天然气通入一第二热交换器中；
将经过加热的循环流体从第一热交换器泵送到第二热交换器中以便将循环流体中的热量传递到液化天然气中；
从第二热交换器中排出汽化的天然气；
通过一个与水塔不同的加热源加热另外量的循环流体，所述加热源是一种烧气的锅炉；和
将经过加热的另外量的循环流体通入所述第二热交换器，所述排出汽化的天然气的步骤包括：
将一部分排出的天然气通入所述加热源中；和
使所述一部分排出的天然气点火燃烧以便加热所述另外量的循环流体。
10.一种用于使液化天然气汽化的方法，包括：
将水通入一个水塔以便升高水的温度，所述将水通入一个水塔的步骤包括：
将水分布在水塔的内表面上；和
抽吸周围空气通过水塔穿过分布的水以便将周围空气中的热量传递到水塔，周围空气具有干球空气温度为超过73；
泵送升温的水通过一第一热交换器；
使循环流体通过第一热交换器以便将升温的水中热量传递到所述循环流体中；
将液化天然气通入一第二热交换器中；
使经过加热的循环流体从第一热交换器泵送到第二热交换器以便将循环流体中的热量传递到液化天然气中；和
从第二热交换器中排出经过汽化的天然气。
11.一种用于使液化天然气汽化的方法，包括：
将水通入水塔以便升高水的温度，所述水是淡水；
泵送升温的水通过一第一热交换器；
泵送循环流体通过第一热交换器以便将升温的水中热量传递到所述循环流体，所述循环流体是乙二醇；
将液化天然气通入一第二热交换器中；
使经过加热的循环流体从第一热交换器泵送到第二热交换器以便将循环流体中的热量传递到液化天然气中；和
从第二热交换器中排出经过汽化的天然气。
12.一种用于液化天然气汽化的系统，包括：
一个水塔装置，该水塔装置具有一进水管路和一出水管路，所述水塔装置用于加热从所述进水管路通入其中的水，这样使经过加热的水通向所述出水管路，所述水塔装置包括：
一个室，该室中具有多个折流板，所述进水管路如此设置，以便将水分布到所述多个折流板上；
一个鼓风机装置，所述鼓风机装置固定到所述室的顶部用于抽吸周围空气穿过所述多个折流板上的水；和
一个水槽，所述水槽设置在所述室底部处，所述出水管路连接到所述水槽上；
一个第一热交换装置，所述第一热交换装置这样连接到所述出水管路上，以便经过加热的水穿过，所述第一热交换装置具有一个在其中延伸的循环流体管路，该循环流体管路与所述出水管路成热交换关系，所述第一热交换装置用于将所述出水管路内经过加热的水中热量传递到所述循环流体管路内的循环流体中；和
一个第二热交换装置，所述第二热交换装置其中具有一液化天然气管路，所述在第二热交换装置中延伸的循环流体管路与所述液化气管路成热交换关系，所述第二热交换装置用于将经过加热的循环流体中的热量传递到所述液化天然气管路内的液化天然气中，所述第二热交换装置具有一由其延伸出的汽化的气体出口。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述第一热交换装置具有一经过冷却的水出口，所述经过冷却的水出口与所述进水管路连通。
14.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述第二热交换装置具有一由其延伸出的循环流体出口，所述循环流体出口与所述第一热交换装置中的所述循环流体管路连通。
15.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述第二热交换系统包括一种壳管式热交换器，所述液化天然气管路是所述热交换器的列管，循环流体围绕壳体内部的列管通过，所述循环流体管路开口到所述壳体内部，所述汽化的气体出口设置在所述热交换器的上端处。
16.一种用于使液化天然器汽化的系统，包括：
一个水塔装置，所述水塔装置具有一个进水管路和一个出水管路，所述水塔装置用于加热从所述进水管路通入其中的水，以便经过加热的水通到所述出水管路；
一个第一热交换装置，所述第一热交换装置这样连接到所述出水管路上，以便经过加热的水通过，所述第一热交换装置具有一个在其中延伸的循环流体管路，该循环流体管路与所述出水管路成热交换关系，所述第一热交换装置用于将所述出水管路内经过加热的水中的热量传递到所述循环流体管路内的循环流体中；
一个第二热交换装置，该第二热交换装置其中具有一液化天然气管路，所述在第二热交换装置中延伸的循环流体管路与所述液化气管路成热交换关系，所述第二热交换装置用于将经过加热的循环流体中的热量传递到所述液化天然气管路内的液化天然气中，所述第二热交换装置具有由其延伸出的汽化气体出口，和
一个锅炉装置，所述锅炉装置具有一个由其延伸到所述第二热交换装置的循环流体管路，所述锅炉装置用于加热通向所述第二热交换装置的循环流体。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于所述第二热交换装置具有一个与其连接的气体管路，所述锅炉装置具有与其连接的所述气体管路，所述第二热交换装置用于使一部分汽化的气体通过所述气体管路到达锅炉装置，所述锅炉装置使汽化的气体燃烧以便加热所述循环流体管路中的循环流体。
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