CN102686931A - 蒸发低温介质的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增加介质焓的方法和装置，其中从由第一烟气(5)组成的第一热载体(W)和包括水与烟气的第二热载体(W)获取能量，并且每种情况所述能量都通过间接热交换传递给介质，其中第二烟气(3)注入含水物质系统中以形成第二热载体(W)。被介质冷却的第一热载体(9)用于形成第二热载体(W)。

Description

蒸发低温介质的方法和装置
本发明涉及一种增加介质焓的方法，其中从由第一烟气组成的第一热载体和包括水与烟气的第二热载体获取能量，并且每种情况下所述能量都通过间接热交换传递给所述介质，其中将第二烟气注入含水物质系统中以形成第二热载体。
另外，本发明还涉及一种实施该方法的装置。
由水和烟气形成的热介质用于增加介质焓的装置已经成为现有技术很多年，本领域技术人员知道TX LNG蒸发器和Sub-X
Figure BPA00001571259600011
热交换器。特别地，该技术用于加热和/或蒸发低温介质，例如二氧化碳、液态天然气和液态氮。
待加热和/或蒸发的介质被传送通过安装在容器内的管束热交换器的管道，并被由水和烟气组成的热载体完全包围。来自燃烧器的热烟气通入容器并注入到热交换器下面的热载体中。这种情况下形成的气泡由于其浮力确保形成湍流，这样热载体以高流速围绕热交换器的管道流动。由于气泡的大表面积，烟气被有效地冷却，因此其温度迅速降到可冷凝物质—特别是水—冷凝的值。除焓外，储存在烟气中的潜热通过该方法也能被用于蒸发和/或加热低温介质。由于该流量比，在水-烟气混合物和热交换器管道之间产生大的热传递系数，这样就有可能将热交换器构造得非常小型。
即使假设具有无限大的热交换表面，采用上述方法，低温介质的温度最多只能增加到水-烟气混合物的温度。实际上，介质的温度通常低于热载体温度约10℃。随着水-烟气混合物温度的增加，该方法的效率降低，因为越来越多的水蒸发并与冷却的烟气一起排到大气中。已经证实，有利的是将水-烟气混合物的温度保持在30℃以下，但优选15℃以下。由于这些限制条件，介质能达到的最终最高温度被限制在约20℃。
如果需要介质的最终温度高于20℃，就需要进一步的程序步骤，其中将介质在下游热交换器中进一步加热。如果在这种情况下将烟气用作热载体，该加热效率较低，因为烟气中存在的水蒸气是在气相中，其冷凝热没有被利用就排到了大气中。
本发明的一个目的是提供一种开始提到的方法和实施该方法的装置，以克服现有技术中的缺陷。
该目的通过根据本发明的方法实现，其中被介质冷却的第一热载体用于形成第二热载体。
利用本发明的方法，可以使得冷却的第一热载体中储存的能量用于增加介质的焓。特别地，水蒸气被冷凝，所得冷凝热传递给第二热载体的水。由于冷凝热返回了工艺过程中而没有损失到大气中，因此通过第二热载体被加热和/或蒸发的介质能够进一步被第二热载体加热，而不会如现有技术那样出现热效率降低。
根据本发明的方法，为了形成第二热载体，冷却的第一烟气独立于第二烟气或与第二烟气一起被注入到含水物质系统中。
两个热载体所需的烟气通过在燃烧器中燃烧燃料形成，在所述燃烧器中有利的是通入空气或富氧空气或其它含氧气体混合物作为氧化剂。与通常的化学术语不同，在本发明中，只有含有氧并且能在与燃料的反应中释放出氧的物质或物质混合物才称为氧化剂。优选地，在燃烧器中产生第一烟气，而为了产生第二烟气使用第二燃烧器。然而，在根据本发明的一个变体中，只使用一个燃烧器，在其中不仅生成第一烟气还生成第二烟气。
在根据本发明的一个优选实施方案中，产生的第一热载体为含氧烟气，为此第一燃料在过氧条件下燃烧。在被介质冷却后，含氧烟气作为氧化剂全部送入到燃烧器中，在燃烧器中通过燃烧第二燃料生成第二烟气。理想地，产生第一烟气的方式是与冷却的第一烟气一起进入第二燃烧器的氧的量足够完全氧化第二燃料。如果与第一烟气一起进入的氧的量不足以完全氧化第二燃料，本发明还将提供另外的氧化剂，优选空气，进入第二燃烧器。
本发明的方法特别适用于蒸发低温液体，例如液态天然气、液态乙烯、液态二氧化碳或液态氮，并使在该工艺中形成的气相过热至20℃以上的温度。然而，也可以用于加热超临界介质或低温气体，例如二氧化碳。
另外，本发明涉及一种增加介质焓的装置，使用产生第一烟气的燃烧器和产生第二烟气的燃烧器，并且使用第一热交换器和第二热交换器，其中，在所述第一热交换器中从由第一烟气组成的第一热载体中获取能量，在第二热交换器中从第二热载体中获取能量，在每种情况下所述能量都能通过间接热交换传递给介质，所述装置还具有混合器，在所述混合器中水能与烟气混合用于形成第二热载体并且在其中设置第二热交换器。
根据本发明的目的通过本发明的装置实现，所述装置包括进料器，通过所述进料器能够将被介质冷却的第一热载体送入到所述混合器中以形成第二热载体。
这种情况下，所述进料器的构造方式可以是在被冷却的第一热载体送入混合器之前，其可以改变被冷却的第一热载体的化学组成。
根据本发明的装置的一个实施方案中，混合器与一个或多个进料器连接，通过所述进料器第一烟气和第二烟气一起或分别被送入混合器中。
根据本发明的装置的另一个实施方案中，用于产生第一烟气的燃烧器与用于产生第二烟气的燃烧器相同或不同。
根据本发明的装置的又一实施方案中，用于产生第二烟气的燃烧器与通过其能将被介质冷却的第一烟气作为氧化剂送入燃烧器中的装置连接。
根据本发明的装置适用于增加任何类型的介质的焓。然而，特别有利地，其可以用于蒸发低温液体并加热所得到的气相到高于约20℃的温度。
下面将参照图1中所示的示例性实施方案来更详细地描述本发明。
该示例性实施方案显示了用于蒸发低温液体例如液态天然气或液态氮以及用于过热在蒸发中形成的气相的装置。
低温液体通过管道1进入热交换器E1，热交换器E1设置在混合器M中并被水-气混合物形式的热载体W包围。通过间接热交换，热量由热载体W传递给低温液体，从而导致蒸发。通过管道2，从混合器M中收集气相，气相的温度比热载体W的温度低约10℃，所述热载体W的温度通常为约20℃。为了向热载体W提供热量，烟气通过管道3进入混合器M并注入热交换器E1下方的热载体W中，在这里其呈小气泡形式分布。这种情况下，烟气3直接与水接触很快冷却至其中存在的可冷凝物质-主要是水蒸气-冷凝。正如其焓，该过程中释放的冷凝热给予了水，其结果是不仅可以利用烟气3的较低的热值还可以利用烟气3的较高的热值。冷却的烟气通过管道4收集。
在热交换器E1中产生的气相2传送至热交换器E2中，在此气相通过与燃烧器B1产生的烟气5间接热交换而被过热。过热的气相通过管道6流出。在燃烧器B1中，燃料7例如天然气用氧化剂8燃烧，氧化剂通常是空气。在氧过剩的情况下燃烧，这样生成的烟气包含氧气。该烟气不被冷却到其中存在的水的露点以下，这样除了其焓之外还含有潜热的含氧烟气通过管道9收集。冷却的烟气由于其含氧量，能够作为氧化剂送入燃烧器B2中，用该氧化剂燃料10被完全氧化并转化为烟气3。

Claims (10)

1.一种增加介质焓的方法，其中从由第一烟气(5)组成的第一热载体(W)和包括水与烟气的第二热载体(W)获取能量，并且所述能量通过间接热交换传递给所述介质，其中第二烟气(3)被注入含水物质系统中以形成所述第二热载体(W)，其特征在于，被所述介质冷却的第一热载体(9)被用于形成第二热载体(W)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了形成所述第二热载体(W)，冷却的第一烟气(9)独立于第二烟气(3)或与之一起被注入所述含水物质系统中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一烟气(5)和第二烟气(3)在同一燃烧器或不同的燃烧器(B1，B2)中产生。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一烟气(5)在氧过量的情况下产生，并且在被所述介质冷却后，作为氧化剂(9)被送入燃烧器以产生第二烟气(3)。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述方法用于蒸发和/或加热液态天然气或液态乙烯或液态氮或二氧化碳。
6.一种增加介质(1)的焓的装置，所述装置使用产生第一烟气(5)的燃烧器(B1)和产生第二烟气(3)的燃烧器(B2)，并且使用第一热交换器(E2)和第二热交换器(E1)，其中，在所述第一热交换器(E2)中从由第一烟气(5)组成的第一热载体(W)中获取能量，以及在所述第二热交换器(E1)中从第二热载体(W)中获取能量，在每种情况下所述能量都能通过间接热交换传递给介质(1，2)，所述装置还具有混合器(M)，在所述混合器中水能与烟气(3)混合用于形成第二热载体(W)并且在其中设置第二热交换器(E1)，其特征在于，所述装置包括进料器(9，B2，3)，通过所述进料器能够将被介质冷却的第一热载体送入混合器(M)中以形成第二热载体(W)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述混合器(M)与进料器(3)连接，通过所述进料器能将所述第一烟气和第二烟气一起或分别送入混合器(M)中。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述用于产生第一烟气(5)的燃烧器(B1)与所述用于产生第二烟气(3)的燃烧器(B2)相同或不同。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述用于产生第二烟气(3)的燃烧器(B2)与进料器(9)连接，通过所述进料器能将被介质冷却的第一烟气作为氧化剂送入所述燃烧器中。
10.根据权利要求6-9之一所述的装置，其特征在于，所述装置可用于蒸发和/或加热液态天然气或液态乙烯或液态氮或二氧化碳。
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