CN101865357A - 低排放的液化天然气蒸发方法 - Google Patents

低排放的液化天然气蒸发方法 Download PDF

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Abstract

一种低排放的液化天然气蒸发方法，所述方法包括：提供第一热源，其中所述第一热源是从工业过程吸收废热的循环导热介质；提供第二热源，其中所述第二热源是在热交换器中从所述第一热源除去热量的循环导热流体；将所述循环导热介质热力地暴露至所述循环导热流体；在热交换后使所述循环导热介质返回到所述工业过程；在热交换后在冷却单元中冷却所述循环导热流体；将所述第二热源的所述循环导热流体传输至蒸发器；在所述蒸发器处接收液化天然气；和利用所述第二热源蒸发液化天然气。

Description

低排放的液化天然气蒸发方法
本申请是申请人于2006年4月26日提交的名称为“低排放的天然气蒸发系统”的第200680020060.3号(PCT/US2006/015622)专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种天然气蒸发系统和方法，更具体地说，涉及一种低排放的天然气蒸发系统和方法。
背景技术
天然气一般以液态在海上运输。液体天然气(LNG)在接收端蒸发以经由管路分配。LNG接收端一般使用两种类型的LNG蒸发器中的一种。一种类型是海水开架式蒸发器(ORV)，另一种类型是浸没燃烧式蒸发器(SCV)。
开架式蒸发器(ORV)利用环境温度下的海水在一种开口、降膜型的装置中作为热源，在所述开口、降膜型的装置中，海水流过管子以便使穿过所述管子的LNG蒸发。ORV系统由铝合金集管(header)和导热盘管组成，其中所述导热盘管具有许多带翅片的热交换器管子，这些管子像隔板一样排成一排。ORV包含几个被称为盘管的隔板。所述盘管被组合成独立的盘管组。所述盘管外部涂有锌合金以抵抗海水的腐蚀。
从ORV的高架的分配器注入海水以便使海水落到所述盘管的上面。然后，在所述盘管下面的槽中收集海水，并把收集的海水从所述ORV排放回海中。当海水流过所述盘管的长翅片管的热交换器的外表面，就给流到所述盘管内部的LNG提供了热量以便在冷却海水的同时使所述LNG蒸发。海水的温度优选一直高于8℃以便使ORV可有效地工作并获得有效地控制。
ORV中的带翅片的热交换器管子的表面必需保持清洁以便维持高效的热交换。海水质量是保持带翅片的热交换器管子清洁的重要因素。一般地，海水要经过氯化以便保护管盘的表面免于生物毁损并防止海生物在ORV的管道内部生长。海水中不应包含直径大于规定最大值的固体以确保均匀的水流量且在所述水槽和所述管盘顶部之间不会发生固体堵塞。并且，沉淀在用于ORV的海水中的沙子和淤泥应该是可忽略不计的。
ORV需要大量的海水。因此，就需要进行环境研究来估计和评估被ORV的进口系统所摄取的水中的鱼和植物生物的量。如上所述，氯化水处理可防止ORV管道内部的海生物生长。然而排水中剩余的氯化物质对海洋生物环境有负面影响。
浸没燃烧蒸发器燃烧天然气作为热源并需要电力驱动助燃鼓风机。更特别地是，所述SCV使包含在不锈钢管中的LNG蒸发，其中所述不锈钢管浸没在用天然气燃烧器加热的水浴器中。在基底负载终端SCV中，被用作燃气的天然气是在巨大的单个燃烧器中燃烧而不是在多个小燃烧器中燃烧。单个巨大的燃烧器更为经济。而且，单个燃烧器NOx和CO的排放等级较低。所述SCV一般设计成使用设备汽化(boil off)气体的低压燃气和/或排放气体的无用(let-down)气体。所述SCV也可使用LNG终端处从LNG中提取的较重的燃气(C2以上)。
在SCV中，所述水浴器的热容量是很高的。这样，即使突然的开启/关闭和快速的载荷波动，SCV也可维持稳定的运行。SCV为关闭之后的快速起动提供了很大的灵活性并为需求变化提供了快速反应能力。
由燃烧器而来的热烟道气体被喷射到布置有LNG蒸发盘管的水浴器中以便更经济地加热所述水浴器。这样，由于燃烧产物被吸收于其中，所以浴水就变成酸性的。必需在浴水中加入碱性化学物质(例如稀释的苛性碱、碳酸钠和碳酸氢钠)以便控制PH值，因此在排放到环境之前，必需中和过多的燃烧水(combustion water)。
如上所述，SCV和ORV都具有影响环境的排放物。虽然已经为两个系统研制出处理方法以便使其对环境的影响减到最小，但是这些处理方法增加了成本。因此，需要一种成本更低廉的方法以便减小对环境影响。
发明内容
因此，本发明就致力于一种液体天然气蒸发系统，所述系统基本上消除由于相关技术的限制和缺点所带来的一个或多个问题。
本发明的一个目的是要减小液体天然气蒸发系统对环境的影响。
本发明的另一个目的是提供用于液体天然气蒸发系统的热源。
本发明的另一个目的是要提供一种液体天然气蒸发系统作为热交换器的冷源，其中所述热交换器可冷却用在生产系统中的介质。
在下面的描述中将对本发明的其他特征或优点进行阐述，从所描述中，本发明的其他特征或优点将部分地变得很明显，或通过实践本发明而了解本发明的其他特征或优点。通过在书面描述及其权利要求以及附图中所特别指出的结构可实现和获得本发明的目的和其他优点。
为了实现这些和其他的优点，据本发明的目的，如实施和广泛描述的那样，低排放的蒸发系统包括：热交换器，所述热交换器用于冷却使用在生产过程中的介质；散热器，所述散热器用于带走热量；蒸发器，所述蒸发器用于把液态天然气变为气态天然气；冷却液供给通道，所述冷却液供给通道用于从散热器给热交换器提供冷却的流体；冷却液回路，所述冷却液回路用于从热交换器给散热器提供加热的流体；加热流体供给通道，所述加热流体供给通道从热交换器给蒸发器提供加热的流体；和加热流体回路，所述加热流体回路用于从蒸发器给热交换器提供冷却的流体。
另一方面，低排放的气体蒸发系统包括：使用介质的生产过程；热交换器，所述热交换器从生产过程接收输入介质并把输出介质送回到生产过程以便在生产过程中重新使用；散热器，所述散热器用于带走容量；蒸发器，所述蒸发器用于把液态天然气变为气态天然气；冷却液供给通道，所述冷却液供给通道用于从散热器给热交换器提供冷却的流体；冷却液回路，所述冷却液回路用于从热交换器给散热器提供加热的流体；加热流体供给通道，所述加热流体供给通道从热交换器给蒸发器提供加热的流体；加热流体回路，所述加热流体回路用于从蒸发器给热交换器提供冷却的流体。
仍在另一方面，低排放天然气蒸发系统包括：发电过程，所述发电过程用水驱动蒸汽涡轮发电机；冷凝器，所述冷凝器用于凝结从蒸汽涡轮发电机输出的蒸汽；散热器，所述散热器用于带走热量；蒸发器，所述蒸发器用于把液态天然气变为气态天然气；冷却液供给通道，所述冷却液供给通道用于从散热器给热交换器提供冷却的流体；冷却液回路，所述冷却液回路用于从冷凝器给散热器提供加热的流体；加热流体供给通道，所述加热流体供给通道从冷凝器给蒸发器提供加热的流体；加热流体回路，所述加热流体回路用于从蒸发器给冷凝器提供冷却的流体。
应该理解前面的一般描述和以下的详细描述都是示例性和解释性的，目的在于提供对要求保护的所述发明的更一步的解释。
附图说明
所包括的附图用于提供对本发明的更进一步的了解，所述附图被并入说明书中并作为说明书的一部分，所述附图图示了本发明的实施例并和所述描述一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明的流程图。
图2是低排放天然气蒸发系统的示例性实施例的代表性示意图。
具体实施方式
现在将详细地讨论本发明的优选实施例，其例子图示在附图中。
通过使用来自生产过程例如电厂或其他工业生产过程中的废热，本发明的示例性实施例减少从蒸发终端的排放。图1是本发明的流程图。如图1所示，用于气体蒸发且具有低排放的系统1包括生产系统10和终端20。
生产系统10包括热交换器11，所述热交换器用于冷却生产系统的生产过程所使用的介质。更确切地说，所述热交换器11接收来自生产过程的输入介质12，冷却生产过程所使用的介质，并把输出介质13排放回所述生产过程这样介质就可被生产过程重新使用。所述输入介质12具有比输出介质13高的温度。所述生产过程10还包括除热的散热器14。通过冷却液供应通道P1接收被冷却的流体，除去生产过程所使用的介质中的热并经由冷却液回路P2将加热的流体送回散热器14，热交换器11就可冷却生产过程使用的介质。
所述终端20包括把液态变成气态的蒸发器21。更确切地说，蒸发器21接收液体输入22并把液体加热而生成气态输出23。通过加热流体供给通道P3接收来自热交换器11的被加热的流体，蒸发器21就使液体蒸发，其中所述加热流体供给通道P3给流体加热并经由加热流体回路P4使被冷却的流体返回所述热交换器11。
所述生产过程可以是发电厂中的发电过程，其中，生产过程中的介质是处于热循环所使用的水以便驱动蒸汽涡轮发电机。在另一个例子中，所述生产系统可以是使用冷却水的化工厂或精炼厂。仍在另一个例子中，所述生产系统可以是钢厂的钢制造过程，其中的介质是用于淬硬钢的冷却介质。一般而言，生产过程可以是任何的把热从介质带走的工业过程。
被蒸发的液体是液态天然气。所述散热器14可以是例如冷却塔或其他类型的大型散热器。所述蒸发器可以是ORV，其中所述ORV仅使用来自热交换器的被加热的流体使天然气蒸发。在替代方案中，所述蒸发器可以是SCV，其中所述SCV使用穿过SCV的浴锅而被加热的流体，该SCV带有燃烧器或不带燃烧器。换句话说，所述蒸发器可以是补充SCV，它使用被加热的流体和燃烧器作为蒸发的热源。然而，所述SCV没有燃烧器也可接收被加热的流体。在替代方案，可以使用其他类型的通过流体转移热的壳体和管子型的蒸发器。
图2是低排放天然气蒸发系统的示例性实施例的代表性示意图。如图2所示，用于气体蒸发且具有低排放的系统100包括电厂系统101和液态天然气(LNG)终端200。所述电厂使用基于水的介质，例如水或水/乙二醇混合物来驱动蒸汽涡轮发电机(未示出)。
所述电厂包括冷凝器110，所述冷凝器110冷却来自蒸汽涡轮发电机的蒸汽120。更确切地说，所述冷凝器110接收来自蒸汽涡轮发电机的废蒸气120，并冷却所述蒸汽以及把冷凝物130送回热循环以便驱动蒸汽涡轮发电机。所述电厂101还包括用于除热的冷凝塔140。通过冷却水供给通道P10接收冷却水，并除去来自所述蒸汽涡轮发电机的废蒸气中的热以及经由冷却水回路P20使被加热的水返回到所述冷却塔140，所述冷凝器110冷却来自蒸汽涡轮发电机的废蒸气。
所述液态天然气终端200包括把液态天然气变为气态天然气的蒸发器210。更确切地说，所述蒸发器210接收液态天然气220并把液态天然气加热以生成气态天然气230。通过加热水供给通道P30从冷凝器110接收被加热的流体以加热液态天然气并经由加热水回路P40使冷却的水回到所述冷凝器110，则所述蒸发器210使液态天然气蒸发。
如图2所示，被冷却的水从带有冷却塔泵141的冷却塔运动。所述冷却水供给通道P10包括冷却水供给阀，所述冷却水供给阀用于控制来自于冷却塔140的被冷却的水的供给。如果系统101中水的供给不足，那么通过冷却水吸水(take-up)装置143例如通过把水从蓄水池抽到系统101中来提供另外的水。如果系统101中的水太多，那么通过放水例如通过用泵把多余的水抽到蒸发池就可排除多余的水。所述加热水供给通道P30包括加热水供给阀，所述加热水供给阀用于控制从冷凝器110到蒸发器210的被加热的水流。在替代方案中，如图2中虚线部分所示，冷却水混合供给通道P50被连接在所述冷却水供给通道P10和所述加热水供给通道P30之间。冷却水混合供给阀243可控制有多少来自冷却塔的被冷却的水与来自所述冷凝器的被加热的水进行混合。被冷却的水和被加热的水的混合物提供给所述加热水供给通道P30。
通过把被加热的水转移到LNG蒸发器就可减轻所述冷却塔的负荷。例如，输出功率为390.8MW的GE 9FA Unit Combined Cycle系统在大约39℃的蒸汽温度下需要的冷却水负荷大约为5.36亿BTU/hr。此加热负荷可用来蒸发大约每天9.5亿标准立方英尺(或每年690万吨)的LNG。大约每分钟需要3万加仑的水被抽到电厂和LNG终端之间的系统中，基于LNG蒸发器使用20℃的水温降。而且，当在低压下凝结蒸汽涡轮废蒸气时由于使用了温度更低的冷却水，所以改善了电厂的效率。例如，如果冷凝温度降低10℃，那么蒸汽涡轮机的输出功率将会增加1.3MW。
以上所描述的LNG蒸发系统把废热从电厂或其他工业设备回收到SCV。而且，使用以上所描述的LNG蒸发系统，使得ORV具有更少的海水引入量/输出量。而且，从LNG蒸发终端回收废冷改善了电厂的热效率。
在不背离本发明的精髓或范围的情况下，可对本发明的低排放天然气蒸发系统进行修改和改变，这对本领域技术人员显然的。因此，目的是倘若对本发明的修改和改动在附带的权利要求及其等同物的范围内，那么本发明就涵盖对本发明的修改和变动。

Claims (15)

1.一种低排放的液化天然气蒸发方法，所述方法包括，
提供第一热源，其中所述第一热源是从工业过程吸收废热的循环导热介质；
提供第二热源，其中所述第二热源是在热交换器中从所述第一热源除去热量的循环导热流体；
将所述循环导热介质热力地暴露至所述循环导热流体；
在热交换后使所述循环导热介质返回到所述工业过程；
在热交换后在冷却单元中冷却所述循环导热流体；
将所述第二热源的所述循环导热流体传输至蒸发器；
在所述蒸发器处接收液化天然气；和
利用所述第二热源蒸发液化天然气。
2.根据权利要求1所述的方法，包括，
将所述循环导热流体从所述冷却单元传输至所述热交换器；和
降低所述热交换器的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，包括
将所述循环导热流体从所述蒸发器传输至所述热交换器；和
降低所述热交换器的温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述循环导热介质是水和乙二醇的混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述循环导热流体是水。
6.一种低排放的液化天然气蒸发方法，所述方法包括，
提供第一热源，其中所述第一热源是吸收由蒸汽涡轮电厂产生的废热的循环导热介质；
提供第二热源，其中所述第二热源是在冷凝器中从所述第一热源除去热量的循环导热流体；
将所述循环导热介质热力地暴露至所述循环导热流体；
在热交换后使所述循环导热介质返回到所述蒸汽涡轮电厂；
在热交换后在冷却塔中冷却循环导热流体；
将所述第二热源的所述循环导热流体传输至蒸发器；
在所述蒸发器处接收液化天然气；和
利用所述第二热源低排放地蒸发液化天然气。
7.根据权利要求6所述的方法，包括，
将所述循环导热流体从冷却单元传输至所述冷凝器；和
降低所述冷凝器的温度。
8.根据权利要求6所述的方法，包括
将所述循环导热流体从所述蒸发器传输至所述冷凝器；和
降低所述冷凝器的温度。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述循环导热介质是水和乙二醇的混合物。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述循环导热流体是水。
11.一种低排放的液化天然气蒸发方法，所述方法包括，
提供第一热源，其中所述第一热源是吸收由具有已知输出功率的蒸汽涡轮电厂产生的废热的循环导热介质；
提供第二热源，其中所述第二热源是在冷凝器中从所述第一热源除去热量的循环导热流体；
将所述循环导热介质热力地暴露至所述循环导热流体；
在热交换后使所述循环导热介质返回到所述蒸汽涡轮电厂；
在热交换后在冷却塔中冷却循环导热流体；
将所述第二热源的所述循环导热流体传输至蒸发器；
在所述蒸发器处接收液化天然气；
利用所述第二热源蒸发液化天然气；和
以每分钟3万加仑的速度将所述循环导热流体冷却20℃。
12.根据权利要求11所述的方法，包括，
将所述循环导热流体从所述冷却单元传输至所述冷凝器；和
降低所述冷凝器的温度。
13.根据权利要求11所述的方法，包括
将所述循环导热流体从所述蒸发器传输至所述冷凝器；和
降低所述冷凝器的温度。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述冷凝器的温度降低10℃使得输出功率将会增加约1.3MW。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述冷凝器的温度降低10℃使得输出功率将会增加约1.3MW。
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