CN101558007B - 用于lng蒸发的蒸汽甲烷转化与lng再气化终端 - Google Patents

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Abstract

提供了再气化液化天然气(LNG)的系统和方法。通过由蒸汽甲烷转化反应向所述LNG传递热量再气化所述LNG。在一个实施方案中，热量由蒸汽甲烷转化反应产生的合成气传递给所述LNG。在另一个实施方案中，热量由加热蒸汽甲烷转化反应器的炉所提供的烟道气传递给所述LNG。通过使用来自蒸汽甲烷转化过程的余热，可以消耗较少的能量来再气化LNG。

Description

用于LNG蒸发的蒸汽甲烷转化与LNG再气化终端
背景
天然气(NG)通常是指地层中发现的气体烃(例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)。NG一般用作燃料或用作工业原料。
经常将NG在一个地方中提取出来并输送到另一个地方。在NG必须经过水路运输的情况下，经常将其冷冻以便将其转化为液化天然气(LNG)，这需要比等量的NG少的多的体积。然后，一般在油轮中运输所述LNG。
一旦LNG被输送并卸载在LNG终端设备中，可以将其再气化为NG。一旦被再气化，所述NG可以用于多种用途，例如经过气体管道网络进行分配。
概述
本发明的实施方案通常涉及再气化液化天然气(LNG)。在一个实施方案中，提供了再气化LNG的方法。所述方法包括：从蒸汽甲烷转化装置中接收包含氢气和一氧化碳的混合物的合成气；和通过与所述合成气换热(直接或间接)加热所述LNG，以使得至少一部分LNG被再气化为天然气(NG)。
在另一个实施方案中，提供了再气化LNG的方法。所述方法包括：从气化装置中接收包含氢气和一氧化碳的混合物的合成气；和通过与所述合成气换热加热所述LNG，以使得至少一部分LNG被再气化为天然气(NG)。
在又一个实施方案中，提供了再气化LNG的方法。所述方法包括：从部分氧化装置中接收包含氢气和一氧化碳的混合物的合成气；和通过与所述合成气换热加热所述LNG，以使得至少一部分LNG被再气化为天然气(NG)。
在又一个实施方案中，提供了再气化液化天然气(LNG)的集成系统。所述集成系统包括：为产生合成气而配置的蒸汽甲烷转化装置；和为所述合成气与LNG供应之间换热而配置的换热器，以使得至少一部分LNG供应被再气化为NG。
在又一个实施方案中，提供了再气化液化天然气(LNG)的集成系统。所述集成系统包括：为产生合成气而配置的蒸汽甲烷转化装置；加热所述蒸汽甲烷转化装置的炉，其中所述炉产生烟道气；和为所述烟道气与LNG供应之间换热而配置的换热器，以使得至少一部分LNG供应被再气化为NG。
附图简述
为进一步理解本发明的性质和目的，应当结合所附的附图对以下详述进行评述，在附图中相同的装置给出相同的或类似的附图标记，并且其中：
图1是根据本发明的一个实施方案的再气化液化天然气的集成系统的工艺流程图。
图2A-2D是说明根据本发明的一个实施方案的再气化液化天然气的集成系统的各方面的示意图。
图3是根据本发明的一个实施方案的再气化液化天然气的方法的流程图。
优选实施方案描述
下面，对本发明的实施方案进行评述。然而，应当理解的是，本发明不限于具体描述的实施方案。相反，打算用以下特征和要素的任意组合，不管是否涉及不同的实施方案，来实施和实践本发明。此外，在多个实施方案中，本发明提供了超过现有技术的许多优势。然而，尽管本发明的实施方案可以获得超过其它可能的方案和/或超过现有技术的优势，是否由给定的实施方案获得特定的优势不是对本发明的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅仅是说明性的，并且不认为是所附的权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确叙述。类似地，提到的“本发明”不应该被认为是本文公开的任何发明性的主题的概括，并且不应该被认为是所附的权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确叙述。
一般地，通过使用热来使液化天然气(LNG)再气化为天然气(NG)。产生此类热的一种方法是通过该NG的一部分作为燃料燃烧。例如，所述LNG可以在浸没燃烧式蒸发器(SCV)中被再次气化，该浸没燃烧式蒸发器使用浸没在水浴中的管束来蒸发所述LNG。在SCV中，通过燃烧NG生产量的一部分来维持水的温度。
然而，此类再气化方法会消耗很大一部分可用的NG。例如，特定的SCV会消耗大约1.3％的NG生产量作为燃料。此类NG消耗可能代表巨大的操作成本，并且因此可能降低操作LNG终端设备的收益率。还有，燃烧NG用来再气化产生废物，例如污染物和温室气体(例如CO2)。逐渐地，环境考虑希望减少此类废物的排放，这可以根据本文公开的实施方案来实现。
本发明的实施方案将来自蒸汽甲烷转化(SMR)的余热传递给LNG以便再气化所述LNG。在一个实施方案中，经由通过SMR法产生的合成气传递该余热。在另一个实施方案中，通过由所述SMR系统的炉输出的烟道气传递该余热。在另一个实施方案中，经由所述合成气和烟道气的组合来传递该余热。本领域的技术人员会意识到本发明的范围之内的其它实施方案。
在一个实施方案中，使用NG作为蒸汽甲烷转化(SMR)法的原料。所述SMR法一般涉及使来自NG的甲烷与蒸汽反应以产生合成气(“合成气”)，其主要由氢气和一氧化碳组成。所述SMR反应按下式进行：
CH4+H2O＝＞CO+3H2
该反应可以在SMR装置中在高温(例如700-1100℃)和高压下进行。所述反应受平衡限制并且是强吸热的。用于该反应的热可以由周围燃烧一部分NG原料的炉提供。
本发明的实施方案有利地利用由SMR法产生的余热来再气化LNG。此外，通过将余热从所述SMR法的输出物流传递给LNG，本发明的实施方案再气化LNG，同时还冷却所述输出物流。通过这种方式，本发明的实施方案避免了必须通过其它方法冷却所述输出物流(否则其它方法是必须的)。在多个实施方案中，所述输出物流可以是所述SMR装置中产生的合成气和/或离开所述SMR装置的炉的一种或多种烟道气(即燃烧后剩余的气体)。
图1是根据本发明的一个实施方案的用于再气化液化天然气(LNG)的集成系统100的工艺流程图。所述集成系统100包括LNG源110，LNG再气化器120，天然气(NG)目的地130，蒸汽甲烷转化(SMR)装置140，合成气冷却器150，以及合成气目的地160。
如所示，所述LNG源110可以向LNG再气化器120提供LNG供应115。可以配置LNG再气化器120以加热所述LNG供应115以便它被再次气化，得到NG供应122。所述NG供应122可以被分成NG原料124和SMR原料126。所述NG原料124可以被分配到多个目的地，这里用NG目的地130代表。一些NG目的地130的实例可包括贮存容器、分配管线、油罐卡车等。
通常，NG是烃类气体的混合物，主要由甲烷组成。在一个实施方案中，所述SMR原料126可以向SMR装置140提供甲烷，其中SMR装置140是为实施SMR反应而配置的。在SMR反应中，甲烷和蒸汽在加热下在金属基催化剂(例如Ni)存在下反应，产生合成气(“合成气”)142。所述合成气142是主要由氢气和一氧化碳组成的气体混合物。
在合成气142离开SMR装置140时，由于所述SMR反应的热量，它一般处于高温下(例如1000℃)。在一些实施方案中，所述合成气142在使用之前必须被冷却。因此将合成气142进料到为了将合成气142冷却至接近环境温度而配置的合成气冷却器150。然后可以将冷却的合成气144输送至其目的地，这里由合成气目的地160代表。一些合成气目的地160的实例可以包括贮存容器、提纯过程、加氢裂化过程、加氢处理过程、氨生产过程、甲醇生产过程等。
如所示，通过合成器冷却器150从合成气142中移出的热量用回收的热量146进行举例说明。所述回收的热量146可以被LNG再气化器120利用。所述LNG再气化器120代表通过应用热能蒸发LNG而配置的设备。更具体地，所述LNG再气化器120可以代表换热器，该换热器是为了从热气体向LNG原料传热而配置的，从而将LNG转化为NG。
在一个实施方案中，所述LNG 115可以接收来自合成气142的热能。例如，所述LNG再气化器120和合成气冷却器150可以配置成单个换热器，从而用来同时冷却合成气142并加热LNG 115。在另一个实施方案中，可以将所述合成气冷却器150配置成生产用于在LNG再气化器120中使用的蒸汽。下面参考附图2A-B进一步讨论这些实施方案。
通常，所述SMR反应是吸热的，并且因此需要输入热能。该热量一般由包括在所述SMR装置140中的炉提供。在一个实施方案中，所述炉可以围绕包括在所述SMR装置140中的SMR反应室周围，并且可以配置成使用SMR原料126的一部分作为燃料。该炉的燃烧气体，由烟道气148代表，在高温下离开该炉。在一个实施方案中，可以在LNG再气化器120中使用烟道气148以向LNG 115提供热量。在另一个实施方案中，所述烟道气148中包含的热量可以用来产生蒸汽。所产生的蒸汽然后可以用来向LNG再气化器120提供热量。下面参考附图2C-D进一步讨论这些实施方案。
在一个实施方案中，所述SMR装置140在集成系统100中被通过不同于SMR的方法产生合成气而配置的装置代替。例如合成气可以由气化法产生。气化是将碳质物料例如煤、石油、石油焦或生物质转化为合成气的方法。此外，可以通过部分氧化法例如热部分氧化(TPOX)或催化部分氧化(CPOX)来产生合成气。部分氧化法涉及燃料-空气混合物在转化器中的部分燃烧。在气化法和部分氧化法中，合成气都在高温下产生。因此，可考虑向集成系统200配置气化装置或部分氧化装置来代替SMR装置140，配置向所述LNG再气化器120提供合成气的任何类型的装置。
图2A-2D是根据本发明的一个实施方案的用于再气化液化天然气的集成系统200的示意图。如图2A所示，所述集成系统200包括由SMR室210和炉220组成的SMR装置140。所述SMR室210可以接收蒸汽与NG的混合物，并且可以被炉220加热。所述NG中包含的甲烷在加热时与蒸汽反应产生合成气。所述SMR室210可以包含金属基催化剂(例如Ni)以催化SMR反应。所述炉220接收空气和NG的混合物，燃烧所述混合物，并排出烟道气物流。
所述集成系统200还包括LNG再气化器120，该再气化器120加热LNG以产生NG。注意在该实施方案中，所述LNG再气化器120所使用的热量由离开所述SMR室210的热合成气提供。当在所述LNG再气化器120中冷却之后，所述合成气可以用于其它应用，或者可以分配到其它地方。
如图2B所示，所述集成系统200还可包括为了使用合成气的热量将水转化为蒸汽而配置的蒸汽发生器240。然后可以将产生的蒸汽提供给LNG再气化器120。注意在该实施方案中，离开所述SMR室210的合成气的热量由产生的蒸汽传递到LNG再气化器120中。即，所述LNG再气化器120和蒸汽发生器240可以被配置为换热系统以从合成气向LNG传热。此外，可以考虑将任何多余的蒸汽(即未被LNG再气化器120使用的任何蒸汽)用于其它有益的用途(在经过LNG再气化器120之前或之后)。在一个实施例中，所述多余的蒸汽可以用作SMR室210的原料。在另一个实施例中，所述多余的蒸汽可以用来预热进料到所述炉220的空气和/或NG，从而提高炉的效率。在又一个实施例中，所述多余的蒸汽可以进料到与发电机(未标明)连接的蒸汽轮机用来发电。在本发明的一个实施方案中，蒸汽在蒸汽发生器240中在相对高的压力(例如200～2000psig)下产生并且通过涡轮机发电。根据一个实施方案，在经过所述涡轮机以后，所述蒸汽通过与LNG再气化器120换热而被冷却和冷凝，并且作为液态水在例如1-4psia下被回收。通过使用蒸汽的冷凝热来蒸发LNG，虽然用来发电的热负荷可能低于当通过水冷却来消耗冷凝热时以其它形式所产生的电能，但有利地利用了蒸汽冷凝的能量。
现在参照图2C，可以配置所述集成系统200以便将离开所述炉220的烟道气进料到LNG再气化器120。因此在该实施方案中，通过热的烟道气来提供用来再气化所述LNG的热量。在离开所述LNG再气化器120之后，所述烟道气可以被排放到大气中。如附图2D中所示，可以任选地配置蒸汽发生器240以利用烟道气的热量来煮沸水，并从而产生蒸汽。可以将产生的蒸汽提供给LNG再气化器120。注意在该实施方案中，所述烟道气中包含的热量通过产生的蒸汽传递到LNG再气化器120中。
当然，附图2A-2D是出于说明的目的而提供的，并且不想限制本发明的范围。广泛地设计了其它实施方案。例如，虽然集成系统200在上面被描述为由分开的组件组成，认为多种组件的功能可以由单一的组件来提供。
还有，本领域中的技术人员会认识到针对附图2A-D描述的各种实施方案可以结合成集成的实施方案。所述集成的实施方案可以包括在控制器的控制下的阀门系统和其它设备，其中控制器是为将所述集成的实施方案选择性地放到多种配置中而操作的，每一种配置提供对应于图2A-D的每一个实施方案(或实施方案的组合)的不同的传热机理。例如，在第一种配置中，余热经由换热器(例如LNG再气化器120)从合成气和烟道气中传出。在控制器的操作下，所述系统还可以置入第二种配置中，在该第二种配置中，余热从合成气和烟道气中传递到蒸汽中，然后蒸汽向LNG传热(对应于附图2B和2D中表明的系统的组合)。
本发明的其他实施方案可以利用从NG中分离出的重质烃作为蒸汽转化器的原料。一些来源的天然气包含大量的重质烃，例如乙烷、丙烷和丁烷。来自此类来源的天然气可以具有高于规定值的热值(例如1000btu/scf的更高的热值)。为了产生符合合意的发热规格的NG，可以从NG中分馏出重质烃。在一个实施方案中，可以配置LNG再气化配置以便从NG中分馏出重质烃。从所述NG中分馏出的重质烃可以用作用于合成气生产的SMR的原料。其余的NG物流，该物流现在符合合意的发热规格，可以输出到NG管线中，可以用来加热所述SMR炉等。因此，对于重质烃的此类方法可以应用到本文公开的提供蒸汽转化器与LNG再气化的集成的实施方案中。
图3是根据本发明的一个实施方案的用于再气化液化天然气(LNG)的方法300的流程图。所述方法300通过在炉中燃烧燃料与空气混合物以加热蒸汽甲烷转化装置在步骤310开始。例如，通过在炉220内燃烧空气和天然气(NG)来加热SMR室210，如附图2A-2D所示。该步骤还导致产生烟道气，即所述燃烧过程的废气。
在步骤320中，在蒸汽甲烷转化装置中产生合成气(“合成气”)。所产生的合成气是主要由氢气和一氧化碳组成的气体混合物。在步骤330中，所述烟道气和/或合成气的热量可以用来再气化LNG，即加热所述液体LNG以使其蒸发为气体NG。更具体地，根据一个实施方案，所述烟道气和/或合成气可以在为气化LNG而配置的换热器中用作热源。例如，可以配置附图2A和2C中表明的LNG再气化器120以从热烟道气和/或合成气向所述LNG传热。或者，所述烟道气和/或合成气可以用来产生蒸汽，并且所述蒸汽然后可以在为气化所述LNG而配置的换热器中用作热源。例如，所述蒸汽发生器240可以用来产生在LNG再气化器120中使用的蒸汽，如附图2B和2D所示。
在步骤340中，可以将在步骤330中再气化LNG所得到的NG进行分配用来使用和/或贮存。例如，所述NG可以用作所述炉的燃料，用作SMR法的原料，通过管线进行分配等。在步骤350中，可以分配步骤320中产生的合成气来使用和/或贮存。在一个实施例中，可以处理所述合成气以提纯和分离出任何组分气体(例如氢气、一氧化碳等等)。其它实施例包括用作加氢裂化过程、加氢处理过程的原料，以生产氨、生产甲醇等。
根据本发明的实施方案，通过集成SMR过程与LNG再气化过程可以提供几个益处。根据一个实施方案，可以获得的一个益处是减少(或消除)用于LNG再气化而燃烧的NG，从而使得LNG再气化更有效。根据一个实施方案，可以获得的另一个益处是减少(或消除)由LNG再气化所产生的燃烧气体，从而降低环境影响。可以获得的又一个益处是合成气的冷却，从而允许合成气被分配、贮存或用于其它过程中。这些益处可能来源于SMR法产生的合成气和/或烟道气中的余热的再次收集
已经描述了用于实践本发明的优选的方法和装置。本领域技术人员容易理解且显而易见的是，可以对上述实施方案进行很多变化和修改而不背离本发明的精神和范围。前文仅仅是说明性的，并且可以使用所述集成方法和装置的其它实施方案而不背离以下权利要求中定义的本发明真实范围。

Claims (26)

1.用于再气化液化天然气(LNG)的方法，包括：从蒸汽甲烷转化装置接收输出流体，所述输出流体选自(i)包含氢气和一氧化碳的混合物的合成气，或(ii)来自加热所述蒸汽甲烷转化装置的炉的烟道气；和
将热量从所述输出流体传递给所述LNG以加热所述LNG，以使得至少一部分所述LNG被再气化为天然气(NG)，其中从所述输出流体传递热量的步骤包括以下步骤：
通过与所述输出流体进行换热加热水，以使得至少一部分所述水蒸发为蒸汽；和
通过与至少一部分所述蒸汽进行换热加热所述LNG，以使得至少一部分所述LNG被再气化为NG。
2.权利要求1的方法，其中所述输出流体是所述合成气，并且其中传递所述热量包括：
使所述合成气和所述LNG流经换热器。
3.权利要求1的方法，其中所述输出流体是所述合成气。
4.权利要求3的方法，其中将所述蒸汽的第二部分进料到所述蒸汽甲烷转化装置。
5.权利要求3的方法，其中将所述蒸汽的第二部分进料到蒸汽轮机，并且还包括：
通过与所述蒸汽轮机连接的发电机发电，其中所述发电机接收的机械能由所述蒸汽轮机内剩余部分的所述蒸汽的膨胀提供。
6.权利要求1的方法，其中所述输出流体是所述烟道气，并且其中传递所述热量包括：
使所述烟道气和所述LNG流经换热器。
7.权利要求1的方法，其中所述输出流体是所述烟道气。
8.权利要求7的方法，其中将所述蒸汽的第二部分进料到所述蒸汽甲烷转化装置。
9.权利要求7的方法，其中将所述蒸汽的第二部分进料到蒸汽轮机，并且还包括：
通过与所述蒸汽轮机连接的发电机发电，其中所述发电机接收的机械能由所述蒸汽轮机内剩余部分的所述蒸汽的膨胀提供。
10.权利要求7的方法，其中所述烟道气的第二部分用来预热进料到所述炉的空气供应。
11.权利要求1的方法，还包括：
将至少一部分所述NG与蒸汽混合；和
将所述NG与蒸汽的混合物进料到所述蒸汽甲烷转化装置。
12.权利要求11的方法，还包括：
将所述NG的第二部分进料到所述炉；和
在所述炉内燃烧所述NG的第二部分。
13.权利要求12的方法，其中将所述NG的剩余部分进料到NG供应管线。
14.用于再气化液化天然气(LNG)的方法，包括：
从气化装置和部分氧化装置之一接收合成气，其中所述合成气包含氢气与一氧化碳的混合物；和
将热量从所述合成气传递到所述LNG以加热所述LNG，以使得至少一部分所述LNG被再气化为天然气(NG)，其中将热量从所述合成气传递到所述LNG以加热所述LNG的步骤还包括以下步骤：
通过与所述合成气进行换热加热水，以使得至少一部分所述水被蒸发为蒸汽；和
通过与所述蒸汽进行换热加热所述LNG，以使得至少一部分所述LNG被再气化为NG。
15.权利要求14的方法，其中传递所述热量包括：
使所述合成气与所述LNG流经换热器。
16.用于再气化液化天然气(LNG)的集成系统，包括：
为产生合成气而配置的蒸汽甲烷转化装置；
用来加热所述蒸汽甲烷转化装置的炉，其中所述炉产生烟道气；和
为从(i)所述合成气和(ii)所述烟道气中的至少一种向LNG供应传递热量以使得至少一部分所述LNG供应被再气化为NG而配置的换热系统，其中所述换热系统包括：
为通过在(i)所述合成气和(ii)所述烟道气中的至少一种与水供应之间换热以产生蒸汽而配置的蒸汽发生器；和
为在所述蒸汽与LNG供应之间换热以使得至少一部分所述LNG供应被再气化为NG而配置的换热器。
17.权利要求16的集成系统，其中所述换热系统包括：
为在所述合成气与LNG供应之间换热以使得至少一部分所述LNG供应被再气化为NG而配置的换热器。
18.权利要求16的集成系统，其中所述蒸汽发生器配置为通过在所述合成气与水供应之间换热以产生蒸汽。
19.权利要求16的集成系统，其中所述换热系统包括：
为在所述烟道气与LNG供应之间换热以使得至少一部分所述LNG供应被再气化为NG而配置的换热器。
20.权利要求16的集成系统，其中所述蒸汽发生器配置为通过在所述烟道气与水供应之间换热以产生蒸汽。
21.权利要求16的集成系统，其中将至少一部分所述NG进料到所述蒸汽甲烷转化装置。
22.权利要求21的集成系统，其中将所述NG的第二部分进料到所述炉。
23.权利要求22的集成系统，其中将所述NG的剩余部分进料到NG供应管线。
24.用于再气化液化天然气(LNG)的方法，包括：
在再气化装置中再气化所述LNG以产生天然气(NG)；
将来自所述再气化装置的NG的至少一部分输入到蒸汽甲烷转化装置中；
接收来自所述蒸汽甲烷转化装置的输出物流；和
从所述输出物流向所述再气化装置中的LNG传递热量以便至少部分实施所述再气化，其中从所述输出物流向所述LNG传递热量的步骤包括以下步骤：
从所述输出物流向水传递热量，以使得至少一部分所述水蒸发为蒸汽；和
从所述蒸汽向所述LNG传递热量，以使得至少一部分所述LNG被再气化为NG。
25.权利要求24的方法，其中所述输出物流是(i)由所述甲烷转化装置产生的合成气和(ii)由所述甲烷转化装置产生的烟道气中的至少一种。
26.权利要求1的方法，还包括：
从所述NG中分馏出一种或多种重质烃；
将所述一种或多种重质烃的至少一部分与蒸汽混合；和
将所述重质烃与蒸汽的混合物进料到所述蒸汽甲烷转化装置。
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