CN104620039B - 用于加热天然气的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及加热天然气的方法和系统,其包括以下方法步骤:a)将具有‑10℃至50℃范围内的温度且在至少30巴的压力下的天然气从天然气供应管线输送至换热器的第一空穴系统中,b)将具有30℃至160℃范围内的温度的加热介质输送至换热器的第二空穴系统中,其中第一和第二空穴系统相对于彼此以及相对于环境密封,c)通过第二空穴系统中的加热介质将第一空穴系统中的天然气加热至20℃至150℃范围内的温度,所用换热器为包含至少两对换热器板的板式换热器,且各对换热器板的换热器板至少在其外缘上完全焊接在一起,和d)将热天然气从第一空穴系统排放到至少一个其它处理阶段中。
Description
本发明涉及用于加热天然气的方法和装置。
天然气借助供应管线(长距离管线)通常以大于40巴的压力从输送和加工装置输送至天然气供应商和其它主要消费者,例如化学工业中。在这种情况下,取决于压力、供应长度和外部温度,天然气具有0℃至25℃的温度。
天然气供应商和化学工业所关心的,必须将加压天然气中间膨胀至较低压力使得它可用于各种意欲用途。由于在膨胀期间,气体由于焦耳-汤姆孙效应而冷却,在膨胀以前和/或以后必须将它加热以便恢复初始温度,因此防止不理想的次生效应,例如冷凝。
根据现有技术,加压气体的加热在换热器中进行,其中使气体与加热介质直接或间接接触,其中将气体加热,同时将加热介质冷却。广泛使用的换热器类型为管束式换热器,其中将待加热气体输送通过周围由加热介质洗涤的一束换热器管。然而管束式换热器的缺点是它们要求大量空间。
相反,板式换热器是更加空间节省的且具有较高的效率。
为利用板式换热器的优点以及提高现有装置的效率,WO 2009/152830 A1例如公开了用于管束式换热器的转换套件,其中将管束从常规圆柱形换热器中除去并用一堆换热器板替代。
现有技术已知的板式换热器的问题是通常它们不适于加热压力为至少30巴的天然气或者对于该用途没有描述。
依赖于该背景,本发明的目的是提供一种方法和装置使得可可靠且有效地加热经加压的天然气。
在本发明第一方面中,该目的通过加热天然气的方法实现,所述方法包括方法步骤:
a)将具有-10℃至50℃范围内的温度且在至少30巴的压力下的天然气从天然气供应管线输送至换热器的第一空穴系统中,
b)将具有30℃至160℃范围内的温度的加热介质输送至换热器的第二空穴系统中,其中第一和第二空穴系统相对于彼此以及相对于环境密封,
c)通过第二空穴系统中的加热介质将第一空穴系统中的天然气加热至20℃至150℃范围内的温度,和
d)将经加热的天然气从第一空穴系统排放到至少一个其它处理阶段中。
在这种情况下,所用换热器为包含至少两对换热器板的板式换热器,其中各对换热器板的换热器板至少在其外缘上完全焊接在一起。
关于本发明板式换热器,各对换热器板形成待加热介质(此处,天然气)或加热介质在其中流动的空穴。通过将两对或更多对换热器板连接,提供空穴系统用于一种介质。换热器板对在这种情况下排列并相互连接,使得待加热介质和加热介质每种情况下交替地流过连续空穴。包含两对或更多对换热器板的构造向外部以及在两个介质之间密封。在这种情况下,单独的板可适当地构成以容许最佳的热传递。
在本发明方法中,首先,板式换热器用于加热天然气。该用途与常用管束式换热器相比首先具有显著更高效率的优点,特别是由于更高的传热系数,因此对于具有相同的性能,明显更紧凑且更轻。
这对空间要求和成本具有正面影响。
在本发明方法的开发中,由于换热器板对完全焊接在一起,在方法步骤a)中,天然气可以以至多达150巴的压力输送至换热器中。
优选,天然气为工艺天然气,这在本发明上下文中应当理解意指不经任何进一步材料加工步骤而用于化学反应中的天然气。
优选其中至少一个其它处理阶段为进一步加热和/或减压和/或化学反应和/或燃烧的方法。
在本发明第二方面中,上述目的通过用于加热天然气的装置实现,所述装置包括:
-换热器,其具有用于天然气的第一空穴系统和用于加热介质的第二空穴系统,其中第一和第二空穴系统相对于彼此以及相对于环境密封,
-从天然气供应管线至换热器的第一空穴系统的天然气输送,和
-从第一空穴系统至至少一个其它处理阶段的经加热的天然气的排放,
该装置的特征在于换热器为包含至少两对换热器板的板式换热器,其中各对换热器板的换热器板至少在其外缘上完全焊接在一起。
由于换热器板对完全焊接在一起,板式换热器可直接用加压天然气作用,因此导致更高的效率。此外,借助改进的效率,板式换热器可具有与常规管束式换热器相比更小的尺寸,这对本发明装置的成本具有正面影响。
优选,通过换热器板对完全焊接在一起,板式换热器可以以至多达150巴的压力作用。
在本发明装置的一个优选实施方案中,至少一个其它处理阶段具有另外换热器,特别是板式换热器,或者用于经加压的天然气的膨胀装置,因此可提供用于将天然气加热和膨胀的联合装置。
本发明装置特别适于执行上述本发明方法。
此外,本发明涉及包含至少两对换热器板的板式换热器在加热压力为至少30巴的天然气中的用途,其中各对换热器板的换热器板至少在其外缘上完全焊接在一起。该用途是现有技术迄今为止未知的。
在这种情况下,优选板式换热器用于加热工艺天然气,特别是具有至多达150巴的压力的工艺天然气。
其它特征、优点和使用可能性从对优选示例实施方案的以下描述中获得,然而,所述实施方案不限制本发明。在这种情况下,所有所述特征本身或者以任何所需组合,也独立于权利要求书或者其回溯引用中对这些的汇总而形成本发明的主题。
使用加压天然气的装置在德国服从DVGW(Deutscher Verein des Gas-undWasserfaches e.V.)指令[German Association of the Gas and Water Trade R.A.],所述指令规定技术边界条件,例如关于气体输送的技术边界条件。根据DVGW指令,目前不准许板式换热器用于加热经加压的天然气。
对于公众不能达到且为此特别提供本发明的化学工业中的大规模装置,因此采用指令97/23/EG(“”)[“Pressure Apparatus Directive”],其规定关于使压力设备循环的要求(即质量规则)。此外,关于压力输送装置的操作员操作规则在操作安全性指令中执行。
用于加热天然气,特别是工艺天然气的本发明装置的实质是板式换热器,其各对换热器板沿着其外缘,即在其周围完全焊接在一起。两个换热器板的外部区域每种情况下一个位于另一个上,且外缘特别地向上弯曲使得它们形成V型凹槽,将其焊接,优选通过激光器焊接。对于两对换热器板的连接,在换热器板中提供通孔,并优选焊接在一起,使得所得空穴系统关闭以便是压力密闭的。相对于彼此以及相对于环境密封的两个空穴系统形成板式换热器,其中工艺天然气流过的换热器板对和其中加热介质流过的换热器板对交替地排列。
板式换热器,例如特别是本发明中使用的板式换热器描述于例如DE 10 2007 056717 B3中并可例如以牌号由GESMEX GmbH公司得到。这是一类混杂物,因为该类型具有管束式换热器的常见几何,即圆柱形外壳,但装配有换热器板堆。
将在至少30巴的压力(根据本发明至多达150巴的压力是可能的)下且具有-10℃至50℃之间的温度的工艺天然气从天然气供应管线直接输送至第一空穴系统中。同时,将温度在30℃至160℃之间,优选经由密闭管线系统和加热设备循环的加热介质输送至第二空穴系统中。加热介质借助换热器板的高度导热材料(例如奥氏体钢或镍基合金)将其热传送至工艺天然气。
工艺天然气和加热介质流可并向、相反或者交错地输送,其中空穴系统中的结构件导致介质的涡流,使得改进热传递。
将经加热的工艺天然气从第一空穴系统排到至少一个其它处理阶段,所述至少一个其它处理阶段为加热和/或减压和/或化学反应和/或燃烧。
因此,例如,可首先将工艺天然气在本发明装置中加热,在膨胀设备中膨胀,在本发明另一装置中重新加热,随后输送至化学合成装置如乙炔制备装置中。
此处针对工艺天然气的加热描述本发明。然而,它基本适于加热任何其它气体介质,特别是加热热天然气。
本发明首先提供用于加热经加压的天然气的方法和装置,其特征在于与现有技术相比,它们具有改进的效率并确保换热器具有更小的尺寸,因此可实现显著的成本节约。
Claims (12)
1.加热天然气的方法,其包括方法步骤:
a)将具有-10℃至50℃范围内的温度且在至少30巴的压力下的天然气从天然气供应管线输送至换热器的第一空穴系统中,
b)将具有30℃至160℃范围内的温度的加热介质输送至换热器的第二空穴系统中,其中第一和第二空穴系统相对于彼此以及相对于环境密封,
c)通过第二空穴系统中的加热介质将第一空穴系统中的天然气加热至20℃至150℃范围内的温度,
所用换热器为包含至少两对换热器板的板式换热器,且各对换热器板的换热器板至少在其外缘上完全焊接在一起,和
d)将经加热的天然气从第一空穴系统排放到至少一个其它处理阶段中。
2.根据权利要求1的方法,其中在方法步骤a)中,将天然气在至多达150巴的压力下输送至板式换热器中。
3.根据权利要求1或2的方法,其中天然气为工艺天然气。
4.根据权利要求1或2的方法,其中至少一个其它处理阶段为进一步加热和/或减压和/或化学反应和/或燃烧。
5.根据权利要求3的方法,其中至少一个其它处理阶段为进一步加热和/或减压和/或化学反应和/或燃烧。
6.用于权利要求1-5任一项的方法的装置,其包括:
-换热器,其具有用于天然气的第一空穴系统和用于加热介质的第二空穴系统,其中第一和第二空穴系统相对于彼此以及相对于环境密封,
-从天然气供应管线至换热器的第一空穴系统的天然气输送,和
-从第一空穴系统至至少一个其它处理阶段的经加热的天然气的排放,
其中换热器为包含至少两对换热器板的板式换热器,且各对换热器板的换热器板至少在其外缘上完全焊接在一起。
7.根据权利要求6的装置,其中板式换热器可以以至多达150巴的压力作用。
8.根据权利要求6或7的装置,其中至少一个其它处理阶段具有另外换热器,或者用于经加压的天然气的膨胀装置。
9.根据权利要求8的装置,其中所述另外换热器是板式换热器。
10.包含至少两对换热器板的板式换热器在权利要求1-5任一项所述的方法中的用途,其中各对换热器板的换热器板至少在其外缘上完全焊接在一起。
11.根据权利要求10的用途,其中板式换热器用于加热工艺天然气。
12.根据权利要求10的用途,其中板式换热器用于加热在至多达150巴的压力下的工艺天然气。
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