CN101245892B - 液化天然气储存罐及使用液化天然气处理挥发气体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种液化天然气(LNG)储存罐以及使用LNG储存罐来处理挥发气体的方法。所述LNG储存罐以及处理挥发气体的方法使得LNG储存罐的压力保持在稳定状态，而无需将LNG储存罐中生成的挥发气体作为推进燃料而消耗掉，或者无需再液化挥发气体。该储存罐包括热绝缘墙，以及具有加固结构以允许热量进入LNG罐以及挥发气体生成所引起的压力增加。所述方法包括允许挥发气体生成所引起的压力增加以及储存罐中LNG货物温度增加，而无需处理储存罐中生成的挥发气体，从而挥发气体被蓄积，而无需从储存罐中提取挥发气体或者消耗挥发气体。

Description

液化天然气储存罐及使用液化天然气处理挥发气体的方法
技术领域
本发明涉及一种液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)储存罐以及使用其处理挥发气体的方法，特别是涉及一种能够储存液体状态的天然气的LNG储存罐以及使用LNG储存罐处理挥发气体的方法。 
背景技术
通常情况下，借由在生产地冷却天然气(Natural Gas，NG)至低温液体状态可以产生液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)，并借由LNG运输船将其运输到远方的目的地。在目的地，经过浮式储存以及再气化单元(Floating Storage and Regasification Unit，FSRU)或者陆地上的卸货港口(unloading terminal)，可以再气化LNG，然后将其供应给消费者。 
在借由LNG再气化船舶(LNG Regasification Vessel，LNG-RV)来运输LNG的情况下，LNG-RV本身就可以再气化LNG，而无需通过FSRU或者卸货港口。 
因为在约为-163℃的低温和周围压力下，可以液化天然气，所以，如果在周围压力下LNG的温度略微增加并超过-163℃，则LNG有可能被蒸发。例如，在LNG运输船的情况下，尽管LNG储存罐配置有热绝缘结构，也不可能完全防止热量经由储存罐进入LNG，从而在借由LNG运输船运输LNG的期间，LNG会被不断地蒸发，并在LNG储存罐中生成挥发气体。 
如上所述，当LNG储存罐中生成了挥发气体时，LNG储存罐中的压力就会增加，并变得危险。 
在传统情况下，为了保持LNG储存罐中的压力在稳定的状态，LNG储存罐中所生成的挥发气体将作为推进LNG船舶的燃料而被消耗。 
借由燃烧挥发气体以及重燃料油而在锅炉中产生蒸汽以驱动的汽轮机推进系统具有低推进效率的问题。 
在另一方面，存在双燃料柴油电气推进系统，其采用压缩的挥发气体作为柴油发动机的燃料，以及该系统具有比汽轮机推进系统更高的推进效率。但是，由于系统中的电气推进单元以及媒介速度柴油发动机存在复杂的集成度，会造成在维护方面存在许多困难。此外，因为挥发气体必须被供应为燃料，该系统使用了气体压缩方法，该方法相较于液体压缩具有更昂贵的初始成本并具有更高的操作成本。 
此外，采用挥发气体作为燃料的传统方法不能达到一般作为船用的两冲程慢速柴油发动机的最高效率。 
另外一种方法是再次液化来自于LNG罐中的挥发气体并将其返回该罐中。然而，对于系统而言，必须安装复杂而又昂贵的再液化装置。 
此外，当挥发气体量超过推进系统或者再液化装置的容量时，则必需借由气体燃烧单元等燃烧过剩的气体。因此，必须安装诸如气体燃烧单元之类的辅助单元，以使有价值的气体通过燃烧而被消耗掉。 
根据韩国专利申请早期公开第2001-0014021号、2001-0014033号、2001-0083920号、2001-0082235号以及2004-0015249号等所揭露的技术，借由将LNG储存罐保持在约200巴(bar)的高压下，并无需在LNG储存罐上安装绝缘墙，可以抑制在LNG储存罐中挥发气体生成。然而，因为LNG储存罐必须具有相当大的厚度，以受住约200巴的高压，所以，存在高制造成本的问题并需要附加的组件，诸如高压压缩机。 
发明内容
因此，考虑到以上问题提出了本发明，以及本发明的一个目的是提供一种LNG储存罐，为了保持LNG储存罐在安全水平，而无需单独处理挥发气体；以及提供一种使用LNG储存罐处理挥发气体的方法。 
根据本发明的一个方面，借由提供一种LNG储存罐，可以达到以上和其它的目的，该LNG储存罐包括热绝缘墙，并具有强度以受住由于LNG储存罐中生成的挥发气体所引起的压力增加，以允许在LNG储存罐中生成挥发气体所导致的压力增加，所述液化天然气储存罐是借由在现有的一般的液化天然气储存罐中增加加固钢结构而制造的。 
根据本发明的另一方面，提供了一种处理挥发气体的方法，该方法包括：允许LNG储存罐中生成挥发气体所引起的压力增加，而无需处理LNG储存罐中生成的挥发气体，从而挥发气体被蓄积于LNG储存罐中，其中，该液化天然气储存罐包括：热绝缘墙以及具有强度以受住由所述液化天然气储存罐中挥发气体生成所引起的压力增加，所述液化天然气储存罐是借由在现有的一般的液化天然气储存罐中增加加固钢结构而制造的。 
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 
附图说明
图1是根据本发明，用于LNG运输船的LNG储存罐中的热进入和热吸收的原理的示意图。 
图2是根据本发明的示例实施例，用于LNG运输船的LNG储存罐的示意图。 
图3是根据本发明，借由采用LNG运输船的LNG储存罐，在卸货港口的LNG卸货方法的示意图。 
具体实施方式
下面将参看附图，详细说明本发明的示例实施例。 
本发明的LNG储存罐用于LNG运输船、浮式储存以及再气化单元(Floating Storage and Regasification Unit，FSRU)、陆地上的卸货港口以及LNG再气化船舶(LNG Regasification Vessel，LNG-RV)等等。 
在下文中，将以LNG运输船的LNG储存罐作为示例来描述。 
图1是根据本发明，用于LNG运输船的LNG储存罐中的热进入和热吸收的原理的示意图。在先前技术中，用于LNG运输船的LNG储存罐的压力被保持在预定的范围，从而使得进入LNG储存罐的大部分热量用于生成挥发气体，而所有挥发气体应该在LNG运输船中被处理。在另一方面，根据本发明，用于LNG运输船的LNG储存罐被构造为允许在其中增加压力，使得饱和温度增加，从而大多数进入热量被储存罐中大热容量的LNG以及天然气(Natural Gas，NG)蒸汽所吸收，从而显着减少了挥发气体的生成。例如，根据示例实施例，当LNG运输船的LNG储存罐的压力从0.06巴的初始压力变为0.7巴时，饱和温度增加了约6℃。 
图2是根据本发明的示例实施例，用于LNG运输船的LNG储存罐的示意图。用于LNG运输船的LNG储存罐1包括配置于其上的绝缘墙，并在LNG被装入LNG生产港口时的启航点，具有约0.06巴(表计压力)的内部压力。然后，因为在LNG运输船的航行期间，在LNG储存罐中将生成挥发气体，所以LNG储存罐中的压力会逐渐增加。例如，当LNG在生产LNG的地方被装入LNG运输船的LNG储存罐1中时，LNG储存罐1具有0.06巴的内部压力，以及在经过约15至20天的航行后，当LNG运输船到达目的地时，LNG储存罐1的内部压力能够增加到0.7巴(表计压力)。 
根据本发明，用于LNG运输船的LNG储存罐1包括绝缘墙，并在设计时考虑到由于挥发气体生成所引起的压力增加，也就是说，具有足够的强度以受住由于挥发气体生成而引起的压力增加。因此，LNG储存罐1中所生成的挥发气体被蓄积于其中，而无需在LNG运输船的航行期间消耗任何挥发气体或者从LNG罐中提取任何挥发气体。 
例如，根据本发明实施例，用于LNG运输船的LNG储存罐1包括绝缘墙，以及优选地具有能够受住0.4至2巴(表计压力)的压力的结构，更优选地具有能够受住0.6至1.5巴(表计压力)的压力的结构。借由将储存罐1构造为具有高厚度，或者借由通过添加加固钢结构于其中而无须显着改变传统LNG储存罐的设计和构造，以适当加固用于LNG运输船的传统的LNG储存罐，本发明的LNG储存罐1可以充分地实施，所以从制造成本来考虑是非常经济的。 
在相关技术中，具有配置于储存罐上的热绝缘(热耗散)墙的传统LNG 运输船的LNG储存罐是公知的，下面将描述该相关技术。在图1中，没有显示热绝缘墙。 
首先，用于LNG运输船的LNG储存罐可以分为独立式罐和隔膜式罐。LNG储存罐的分类是基于装载的货物是否直接作用于热绝缘层来进行的，以及在下文中将详细说明。 
在下面的表1中，当Gaz Transport(GT)公司和Technigaz(TGZ)公司于1999年更名为GTT(Gaz Transport&Technigaz)公司时，GTT No.96-2以及GTT Mark III分别由GT和TGZ更名而来。 
                        表1 
在美国专利第6035795号、6378722号以及5586513号，美国专利出版第2003-0000949号，韩国专利早期公开公告第2000-0011347号以及第2000-0011346号等之中，已揭露了GT型以及TGT型罐。 
韩国专利第499710以及064217号揭露了根据其它原理而实施的热绝缘墙。 
从而，用于LNG运输船的传统LNG储存罐具有许多各种形式热绝缘墙，所有这些LNG储存罐被设计为尽可能抑制挥发气体生成。 
本发明可以应用于传统LNG运输船的LNG储存罐，如上所述，该传统的LNG储存罐具有各种形式热绝缘墙。大多数用于LNG运输船的传统的LNG储存罐被构造为能够受住0.25巴或者更小的压力，以及允许在LNG储存罐中生成的挥发气体可以作为推进系统的燃料而被消耗，或者被再液化以保持LNG储存罐的压力在0.2巴或者更小，并当储存罐的压力增加到超过0.2巴至0.25巴时，则经由安全阀排出挥发气体。 
此外，根据本发明的LNG储存罐被构造为借由减小局部温度和压力增加，以减少LNG罐压力。借由从LNG储存罐的上面部分朝LNG储存罐下 面部分注射具有更高温度的挥发气体，以及借由从LNG储存罐的下面部分朝具有更高温度的LNG储存罐的上面部分喷射LNG，可以将LNG储存罐保持在均匀的温度分布。 
在图2中，LNG储存罐1具有位于下面部分的LNG泵11和挥发气体注射管嘴21，以及具有位于上面部分的LNG喷射器13和挥发气体压缩机23。借由挥发气体压缩机23，LNG储存罐1的上面部分中具有更高温度的挥发气体经由位于LNG储存罐1的下面部分的挥发气体管嘴21，被注射入LNG储存罐1的下面部分。因此，借由LNG泵11，LNG储存罐1的下面部分中具有更低温度的LNG可以经由位于LNG储存罐1的上面部分的LNG喷射器13，朝LNG储存罐1的上面部分喷射。结果，LNG储存罐1的温度分布可以保持均匀，这减少了挥发气体生成。 
此外，如果LNG在过冷状态下，在生产LNG的生产港口被装入LNG运输船中，则在LNG运输到目的地期间，有可能进一步减少挥发气体生成。为了防止在过冷状态下，在生产港口装入LNG之后，用于LNG运输船的LNG储存罐的压力降低到负压力(0物理大气压(atm)或者更小)，可以在LNG储存罐的蒸汽区域充入氮气。 
接着，根据本发明，将描述采用LNG运输船的LNG储存罐处理挥发气体的方法。 
在LNG运输船航行期间，根据本发明的LNG储存罐1允许由于热量进入以及挥发气体生成所引起的LNG储存罐1中的压力增加，而无需处理挥发气体，从而大多数进入LNG罐的热量可以被吸收为LNG储存罐1中的LNG和NG蒸汽的内部能量，所以，相应于借由增加内部能量而增加LNG温度时的饱和压力而言，LNG罐压力仅仅增加了一小部分。然后，当LNG运输船达到目的地时，蓄积在LNG储存罐中的挥发气体将在卸货港口被处理。 
图3是根据本发明的示例实施例，通过采用LNG运输船的LNG储存罐，在卸货港口处理挥发气体的结构示意图。 
卸货港口被安装了多个LNG储存罐2、多个压缩机3、再冷凝器4、高压LNG泵p以及蒸发器5。 
当LNG从LNG运输船的LNG储存罐卸货到卸货港口的LNG储存罐时，因为LNG运输船的LNG储存罐的压力高于卸货港口的LNG储存罐的压力，故有更高压力的LNG会流入到卸货港口的LNG储存罐，基于以上原因，可以生产额外的挥发气体。 
已生成的挥发气体在卸货港口借由压缩机3的高压模式而进行多级压缩后，将被供应给消费者。在此，借由压缩机3的低压模式而被压缩的挥发气体，借由再冷凝器4被再冷凝以及被蒸发后，可以被供应给消费者。 
LNG运输船的LNG储存罐1中的LNG可以被直接供应至再冷凝器4，而不是被供应至卸货港口的LNG储存罐2，由于LNG的压力高于卸货港口的LNG储存罐的压力，从而不会生成挥发气体。 
在另一方面，如果再冷凝器不是安装在卸货港口，则LNG可以直接被供应到高压泵p的吸引侧。 
如上所述，在多个LNG储存罐2被安装在卸货港口的情况下，当LNG被传送到卸货港口的多个LNG储存罐2时，由于将生成的挥发气体驱散到多个LNG储存罐2中，所以在各个LNG储存罐2中，可以最小化挥发气体的生成，从而在卸货港口，挥发气体可以被蓄积于各个LNG储存罐2中。 
此外，根据本发明，因为LNG运输船的LNG储存罐是在高于现有设计压力下作业的，所以有可能省略填充挥发气体或者NG蒸汽的过程，而该过程是将LNG从LNG运输船卸货至卸货港口时，因为在LNG运输船的LNG罐中生成闪发气体(flash gas)，为了保持LNG运输船的LNG储存罐的内部压力所需要的过程。 
此外，如果改良卸货港口的传统的LNG储存罐或者浮式储存以及再气化单元(Floating Storage and Regasificaton Unit，FSRU)或者LNG再气化船舶(LNG regasification vessel，LNG-RV)，或者建立新的卸货港口的LNG储存罐或者浮式储存以及再气化单元(FSRU)或者LNG再气化船舶(LNG-RV)，使得LNG储存罐的储存压力相应于根据本发明的LNG运输船的LNG储存罐的压力，则由于在将LNG从LNG运输船卸货至任何一个卸货港口或者FSRV或者LNG-RV的LNG储存罐期间，没有生成额外的闪发气体，所以有可能将现有的卸载技术应用到这些LNG储存罐中。 
根据传统的操作方法，LNG运输船的LNG储存罐中生成的大多数挥发气体将作为推进系统的燃料而被消耗掉，或者被再液化以降低LNG储存罐的压力。然而，根据本发明，因为借由消耗或者再液化以保持LNG运输船的LNG储存罐的压力，仅降低容量或者部分挥发气体，所以有可能将本发明应用到传统的LNG运输船，以将挥发气体作为推进燃料使用或者具有船上再液化系统。 
根据本发明，因为在运输LNG期间会提高对LNG储存罐压力维持的限制，所以本发明的应用不限于没有任何挥发气体处理装置而操作LNG运输船的情况，其也可以应用于具有挥发气体处理装置的传统的LNG运输船。 
如果基于本发明而构造LNG-FSRU(浮式储存以及再气化单元)的储存罐，则用于LNG-FSRU的挥发气体管理可以更具有灵活性，以及可以不需要再冷凝单元。 
根据本发明，LNG-RV可以具有LNG运输船以及LNG-FSRU的上述优点。 
从以上可以看出，根据本发明，在LNG运输船的情况下，在航行期间，挥发气体可以蓄积于设计为经受住由于挥发气体生成而引起的增加的压力的LNG储存罐之中，以及当卸货时，在卸货港口可以处理该蓄积的挥发气体。这样，在选择推进系统时更具有弹性，以及借由推进系统的独立性可以使系统简化。 
此外，根据本发明，在LNG运输船的情况下，无需使用用于挥发气体相关设备以及推进系统的各种成分(诸如锅炉/汽轮机、再液化装置、汽油发动机、用于燃料气体供应的压缩机等等)，而该各种成分是处理挥发气体的先前技术所需要的。此外，根据本发明，有可能将高效率一般目的船用发动机作为推进系统。 
此外，在LNG运输船的情况下，本发明的LNG储存罐可以非常有效地与处理挥发气体的现有系统或者再液化装置一起使用。更具体地说，即使在生成的挥发气体超过推进系统或者再液化装置的容量，过剩的挥发气体可以保存在LNG储存罐中，而无需借由燃烧而被消耗。借此，可以在LNG运输船的操作中节约成本。 
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (18)

1.一种液化天然气储存罐，其特征在于包括热绝缘墙以及具有强度以受住由所述液化天然气储存罐中挥发气体生成所引起的压力增加，从而允许所述液化天然气储存罐中生成挥发气体所引起的压力增加，
所述液化天然气储存罐是借由在现有的一般的液化天然气储存罐中增加加固钢结构而制造的，
其中所述液化天然气储存罐被设计为能受住0.3至2巴表计压力。
2.根据权利要求1所述的液化天然气储存罐，其特征在于其中所述液化天然气储存罐被设计为能受住0.6至1.5巴表计压力。
3.根据权利要求1所述的液化天然气储存罐，其特征在于其中所述液化天然气储存罐中的温度分布是保持均匀的。
4.根据权利要求1至3中任何一个所述的液化天然气储存罐，其特征在于其中所述液化天然气储存罐的上面部分中具有更高温度的挥发气体被注射入所述液化天然气储存罐中具有更低温度的下面部分，以及所述液化天然气储存罐的所述下面部分中具有更低温度的液化天然气被喷射入所述液化天然气储存罐中具有更高温度的所述上面部分。
5.根据权利要求4所述的液化天然气储存罐，其特征在于还包括：
液化天然气泵以及用于液化天然气泵的液化天然气喷射器；以及
挥发气体压缩机以及用于挥发气体注射的挥发气体注射管嘴。
6.根据权利要求1所述的液化天然气储存罐，其特征在于其中所述液化天然气储存罐被用于液化天然气运输船、浮式储存和再气化单元、陆地上的卸货港口或者液化天然气再气化船舶。
7.一种处理挥发气体的方法，其特征在于包括允许液化天然气储存罐中的挥发气体生成所引起的压力增加，而无需处理在所述液化天然气储存罐中生成的所述挥发气体，从而所述挥发气体被蓄积于所述液化天然气储存罐中，
其中，该液化天然气储存罐包括：热绝缘墙以及具有强度以受住由所述液化天然气储存罐中挥发气体生成所引起的压力增加，所述液化天然气储存罐是借由在现有的一般的液化天然气储存罐中增加加固钢结构而制造的。
8.一种处理挥发气体的方法，其特征在于包括允许借由增加液化天然气储存罐中的液化天然气和天然气的内部热能，以吸收进入所述液化天然气储存罐中的大多数热量，而无需处理所述液化天然气储存罐中生成的所述挥发气体，从而所述挥发气体被被蓄积于所述液化天然气储存罐中，
其中，该液化天然气储存罐包括：热绝缘墙以及具有强度以受住由所述液化天然气储存罐中挥发气体生成所引起的压力增加，所述液化天然气储存罐是借由在现有的一般的液化天然气储存罐中增加加固钢结构而制造的。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于其中所述液化天然气储存罐被允许具有0.3至2巴表计压力。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于其中所述液化天然气储存罐被允许具有0.6至1.5巴表计压力。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于其中所述液化天然气储存罐中的温度分布是保持均匀的。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于其中所述液化天然气储存罐被用于液化天然气运输船、浮式储存和再气化单元、陆地上的卸货港口或者液化天然气再气化船舶。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于其中在所述液化天然气运输船到达目的地后，在卸货港口处理所述液化天然气运输船的所述液化天然气储存罐中蓄积的挥发气体。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于其中当将液化天然气从所述液化天然气运输船的所述液化天然气储存罐卸载时，在所述卸货港口的液化天然气储存罐中会生成挥发气体，所述挥发气体在被所述卸货港口的高压压缩机压缩后，才被供应给消费者。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于其中当将液化天然气从所述液化天然气运输船的所述液化天然气储存罐卸载时，在所述卸货港口的液化天然气储存罐中会生成挥发气体，所述挥发气体在所述卸货港口被所述卸货港口的低压挥发气体压缩机压缩，再冷凝以及蒸发后，才被供应给消费者。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于其中用于所述液化天然气运输船的所述液化天然气储存罐中的液化天然气在所述卸货港口会从所述液化天然气运输船的所述液化天然气储存罐直接被供应至再冷凝器的入口或者高压泵的吸引侧并被蒸发，然后才被供应给消费者。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于其中用于所述液化天然气运输船的所述液化天然气储存罐中的液化天然气会被供应至在所述卸货港口的多个液化天然气储存罐，以及从所述卸货港口的所述多个液化天然气储存罐输出，以减少所述卸货港口的闪发气体生成的影响。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于其中所述卸货港口的各所述液化天然气储存罐或者浮式储存和再气化单元或者液化天然气再气化船舶经构造，从而增加所述卸货港口的所述液化天然气储存罐或者所述浮式储存和再气化单元或者所述液化天然气再气化船舶的储存压力，以对应至所述运输船的所述液化天然气储存罐的储存压力。
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