CN106641710B - Lng再气化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LNG再气化技术领域，尤其涉及一种LNG再气化系统，包括：热源管路、LNG再气化管路和中间介质换热回路，热源管路包括从上游至下游依次连通的热源预冷器、热源预结晶器和热源结晶器；LNG再气化管路通往天然气管网，LNG再气化管路包括从上游至下游相连通的LNG气化器和热源预冷器；中间介质换热回路包括依次连通并形成回路的LNG气化器、中间介质增压泵、热源结晶器、热源预冷器、膨胀机和热源预结晶器，膨胀机与发电机连接。利用LNG冷能对热源进行制冷而制取碎冰，并对膨胀机做功实现发电，使LNG冷能得到充分合理有效的利用，适用于温度较低的热源，降低了LNG再气化的成本。

Description

LNG再气化系统
技术领域
本发明涉及LNG再气化技术领域，尤其涉及一种LNG再气化系统。
背景技术
天然气(Natural Gas，NG)作为清洁的化石能源，近年来越来越受到能源市场青睐。液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)是将气态的天然气加压冷却后变成-160℃左右的液体，体积仅为气态天然气的六百分之一。由于LNG具有储存和运输的特殊优势，全球有三分之一的天然气贸易采用LNG的形式。LNG需要加热再气化成常温天然气才能使用，每吨LNG再气化成气体可以释放出837Mj的冷能，可以将约2.5吨水冷冻成冰。
通常，LNG通过海边的LNG接收站或LNG浮式再气化装置进行再气化，再气化的热源为海水。每吨LNG需要用25吨左右的海水(按照环保要求，海水进出LNG再气化装置温差为5℃)来加热，大量的冷能白白浪费，且大量的低温海水排放对海洋生物也产生了严重的影响。并且，LNG的温度在-160℃左右，海水的冰点在-1.8℃左右，采用海水直接加热LNG容易造成海水结冰，冻堵海水管线，影响LNG再气化装置的稳定运行。再者，LNG需要再气化成气体并加热至0℃以上才能使用，其再气化温度在-80℃左右，LNG再气化所需热量占总热量的80％左右。在低维度地区的LNG再气化装置，冬季海水温度低于5℃时就不能使用海水作为热源，必须采用蒸发气(Boil Off Gas，BOG)燃烧产生热量来加热LNG，每气化1吨LNG需要消耗BOG约27Nm3，增加了LNG再气化成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够合理有效利用冷能、避免低温海水排放、降低成本的LNG再气化系统，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种LNG再气化系统，包括：热源管路、LNG再气化管路和中间介质换热回路，热源管路包括从上游至下游依次连通的热源预冷器、热源预结晶器和热源结晶器；LNG再气化管路通往天然气管网，LNG再气化管路包括从上游至下游相连通的LNG气化器和热源预冷器；中间介质换热回路包括依次连通并形成回路的LNG气化器、中间介质增压泵、热源结晶器、热源预冷器、膨胀机和热源预结晶器，膨胀机与发电机连接。
优选地，LNG再气化管路上在热源预冷器的下游还设有天然气加热器。
优选地，LNG气化器为印刷电路板式换热器。
优选地，通入热源管路的热源为液态水源。
优选地，液态水源为海水或湖水或河水或苦咸水。
优选地，通入中间介质换热回路的中间介质为沸点在-160℃～0℃之间的物质或混合物。
优选地，中间介质为二氧化碳或乙烯或丙烷。
优选地，其特征在于，热源管路上在热源结晶器的下游还设有碎冰分离器。
优选地，通入热源管路的热源为海水，热源管路上在热源结晶器的下游还设有碎冰洗涤分离器和碎冰融化器。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
通过中间介质在中间介质换热回路中的循环流动，能够将LNG气化器处LNG气化释放的冷能传递至热源结晶器、热源预冷器、膨胀机和热源预结晶器，利用LNG冷能对热源进行制冷，制取碎冰，还利用LNG冷能对膨胀机做功，实现发电，使LNG冷能得到充分合理有效的利用；同时将热源结晶器、热源预冷器和热源预结晶器处热源冷却结晶释放的热能传递至LNG气化器，利用热源冷却结晶时释放的热能对LNG进行气化，因此能够适用于温度较低的热源，不需要通过其它的热量来对LNG进行加热，降低了LNG再气化的成本。
附图说明
图1是本发明实施例的LNG再气化系统的一种流程示意图。
图2是本发明实施例的LNG再气化系统的另一种流程示意图。
图中：
1、热源预冷器 2、热源预结晶器 3、热源结晶器
4、LNG气化器 5、天然气管网 6、中间介质增压泵
7、膨胀机 8、发电机 9、天然气加热器
10、碎冰分离器 11、碎冰洗涤分离器 12、碎冰融化器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1和图2所示，本发明的LNG再气化系统的一种实施例。如图1所示，本实施例的LNG再气化系统包括热源管路、LNG再气化管路和中间介质换热回路。
其中，热源管路包括从上游至下游依次连通的热源预冷器1、热源预结晶器2和热源结晶器3。热源管路中通入热源，在本实施例中，通入热源管路的热源为液态水源，液态水源可以为海水或湖水或河水或苦咸水。热源先经过热源预冷器1初步冷却降温，然后经过热源预结晶器2冷却至冰点附近温度，再进入热源结晶器3，在热源结晶器3中结晶生成碎冰。优选地，本实施例中的热源预结晶器2和热源结晶器3为相同的设备，为了避免冰晶在结晶器的换热表面累积影响换热效果，热源预结晶器2和热源结晶器3可以定期切换，其中一个用于结晶，另一个则用于预结晶。用于预结晶的结晶器内部温度保持在热源的冰点以上，从而能够清除结晶器换热表面的冰晶。
LNG再气化管路通往天然气管网5，LNG再气化管路包括从上游至下游相连通的LNG气化器4和热源预冷器1。LNG气化器4用于实现LNG的气化，本实施例中的LNG气化器可以采用印刷电路板式换热器，印刷电路板式换热器具有结构紧凑、传热效率高、耐用性久的优点。LNG再气化管路中通入LNG，LNG经过LNG气化器4时气化生成气态的天然气，并释放冷能；气态的天然气经过热源预冷器1时，在热源预冷器1处与热源换热，吸收热源的热能而升温，达到天然气的使用温度，而后送入天然气管网5中。
中间介质换热回路包括依次连通并形成回路的LNG气化器4、中间介质增压泵6、热源结晶器3、热源预冷器1、膨胀机7和热源预结晶器2，膨胀机7与发电机8连接。本实施例中膨胀机7与发电机8通过联轴器连接。中间介质换热回路中通入中间介质，在本实施例中，通入中间介质换热回路的中间介质为沸点在-160℃～0℃之间的物质或混合物。优选地，中间介质可以为二氧化碳或乙烯或丙烷。中间介质经过LNG气化器4时，在LNG气化器4处与LNG换热，吸收LNG气化时释放的冷能而降温并呈液态；低温液态的中间介质经过中间介质增压泵6增压后进入热源结晶器3，在热源结晶器3处与热源换热，吸收热源的热能而升温气化而呈高压气态；高压气态的中间介质进入热源预冷器1，在热源预冷器1处与热源换热，吸收热源的热能而进一步升温，然后进入膨胀机7做功，驱动膨胀机7运转而带动发电机8发电；从膨胀机7输出的低温低压的气态中间介质进入热源预结晶器2，在热源预结晶器2处与热源换热，吸收热源的热能而升温，然后进入LNG气化器4，在LNG气化器4处与LNG换热，吸收LNG气化时释放的冷能而液化。由此实现了中间介质在中间介质换热回路中的循环，并通过中间介质在中间介质换热回路中的循环流动实现了热源的热能与LNG气化释放的冷能的相互交换。
本实施例的LNG再气化系统，通过中间介质在中间介质换热回路中的循环流动，能够将LNG气化器4处LNG气化释放的冷能传递至热源结晶器3、热源预冷器1、膨胀机7和热源预结晶器2，利用LNG冷能对热源进行制冷，制取碎冰，还利用LNG冷能对膨胀机7做功，实现发电，使LNG冷能得到充分合理有效的利用；同时将热源结晶器3、热源预冷器1和热源预结晶器2处热源冷却结晶释放的热能传递至LNG气化器4，利用热源冷却结晶时释放的热能对LNG进行气化，因此能够适用于温度较低的热源，不需要通过其它的热量来对LNG进行加热，降低了LNG再气化的成本。
进一步，为了保证送入天然气管网5中的天然气的温度满足要求，优选地，本实施例的LNG再气化管路上在热源预冷器1的下游还设有天然气加热器9。天然气加热器9用于对经过热源预冷器1的天然气进一步加热，以保证其温度达到天然气的使用温度要求。天然气加热器9可以采用BOG燃烧加热的热水作为热源。
进一步，为了使热源结晶器3中生成的碎冰能够得到利用，优选地，本实施例的热源管路上在热源结晶器3的下游还设有碎冰分离器10。通过碎冰分离器10可以将碎冰与未结晶的热源分离，从而可将碎冰投入使用。例如，当热源为海水时，通过碎冰分离器10就可以将碎冰与浓盐水分离，并使碎冰和浓盐水分别投入使用。本实施例的LNG再气化系统制取的碎冰尤其适用于渔业海鲜保冷，由于碎冰在热源结晶器3中生成，颗粒均匀且没有棱角，不会对海鲜产品造成划伤，也就不会影响海鲜产品的品质。
进一步，当通入热源管路的热源为海水时，如图2所示，还可以在热源管路上热源结晶器3的下游设置碎冰洗涤分离器11和碎冰融化器12。通过碎冰洗涤分离器11将碎冰与浓盐水分离，并清除碎冰表面的浓盐水。分离后的浓盐水可以投入使用，分离后的碎冰则进入碎冰融化器12融化生成淡水，生成的淡水可以一部分作为产品投入使用，另一部分则送入碎冰洗涤分离器11中对碎冰进行洗涤。由此实现了海水的淡化，能够得到适于饮用的淡水。
进一步，由碎冰分离器10(或碎冰洗涤分离器11)分离出的浓盐水的冷能以及碎冰融化器12中碎冰融化释放的冷能均可以回收利用。
以下以热源为海水、中间介质为二氧化碳(CO2)为例对本实施例的LNG再气化系统的工作原理进行进一步说明。
热源管路中，海水先进入热源预冷器1，在热源预冷器1内被CO2和气化后的低温天然气初步冷却至5℃；然后进入热源预结晶器2，在热源预结晶器2内被从膨胀机7输出的低温CO2预冷至-1℃；再进入热源结晶器3，在热源结晶器3内被从中间介质增压泵6输出的低温液态CO2冷却至冰点以下，形成小粒径的碎冰。若需要制取碎冰，则可使碎冰和浓盐水的混合物进入碎冰分离器10进行分离，分离后的浓盐水回收冷能后排出或投入使用，分离后的碎冰也可出售或投入使用。如需要制取淡水，则可使碎冰和浓盐水的混合物进入碎冰洗涤分离器11进行分离，并对分离出的碎冰进行洗涤，分离后的浓盐水回收冷能后排出或投入使用，分离洗涤后的碎冰进入碎冰融化器12融化生成淡水，同时回收碎冰在碎冰融化器12中融化时释放的冷能。
LNG再气化管路中，高压的LNG进入LNG气化器4，在LNG气化器4内被CO2气体加热，气化成-30℃左右的低温天然气；低温天然气进入热源预冷器1，在热源预冷器1中被海水加热至0℃后输出送入天然气管网5。当海水温度较低时，可以启动天然气加热器9，将热源预冷器1输出的天然气加热至0℃以上后再送入天然气管网5。
中间介质换热回路中，从LNG气化器4输出的液态CO2的温度为-45℃左右，压力为0.8MPa，经中间介质增压泵6增压后压力为31MPa；高压液态CO2进入热源结晶器3，在热源结晶器3内被海水加热至-5℃，气化成高压气态CO2；高压气态CO2进入热源预冷器1，在热源预冷器1内被海水再次加热形成过热气体；过热气态CO2进入膨胀机7膨胀做功，驱动膨胀机7带动发电机8运转，同时气态CO2的压力和温度均降低；低温低压的气态CO2进入热源预结晶器2，在热源预结晶器2内被海水加热至-5℃，然后进入LNG气化器4，在LNG气化器4内被LNG冷却，冷凝成液态CO2，再进入中间介质增压泵6，并不断循环，实现海水的热能与LNG气化释放的冷能的相互交换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种LNG再气化系统，其特征在于，包括：热源管路、LNG再气化管路和中间介质换热回路，所述热源管路包括从上游至下游依次连通的热源预冷器(1)、热源预结晶器(2)和热源结晶器(3)，热源预结晶器(2)和热源结晶器(3)为相同的设备，热源预结晶器(2)和热源结晶器(3)定期切换，其中一个用于结晶，另一个则用于预结晶，用于预结晶的结晶器内部温度保持在热源的冰点以上,所述热源先经过所述热源预冷器(1)初步冷却降温，然后经过所述热源预结晶器(2)冷却至冰点附近温度，再进入所述热源结晶器(3)，在所述热源结晶器(3)中结晶生成碎冰；所述LNG再气化管路通往天然气管网(5)，所述LNG再气化管路包括从上游至下游相连通的LNG气化器(4)和所述热源预冷器(1)，所述LNG再气化管路中通入LNG，所述LNG经过所述LNG气化器(4)时气化生成气态的天然气，并释放冷能；所述气态的天然气经过所述热源预冷器(1)时，在所述热源预冷器(1)处与所述热源换热，吸收所述热源的热能而升温，达到天然气的使用温度，而后送入所述天然气管网(5)中；所述中间介质换热回路包括依次连通并形成回路的所述LNG气化器(4)、中间介质增压泵(6)、所述热源结晶器(3)、所述热源预冷器(1)、膨胀机(7)和所述热源预结晶器(2)，所述膨胀机(7)与发电机(8)连接，中间介质经过所述LNG气化器(4)时，在所述LNG气化器(4)处与所述LNG换热，吸收所述LNG气化时释放的冷能而降温并呈液态；低温液态的所述中间介质经过所述中间介质增压泵(6)增压后进入所述热源结晶器(3)，在所述热源结晶器(3)处与所述热源换热，吸收所述热源的热能而升温气化而呈高压气态；高压气态的所述中间介质进入所述热源预冷器(1)，在所述热源预冷器(1)处与所述热源换热，吸收所述热源的热能而进一步升温，然后进入所述膨胀机(7)做功，驱动所述膨胀机(7)运转而带动所述发电机(8)发电；从所述膨胀机(7)输出的低温低压的气态所述中间介质进入所述热源预结晶器(2)，在所述热源预结晶器(2)处与所述热源换热，吸收所述热源的热能而升温，然后进入所述LNG气化器(4)，在所述LNG气化器(4)处与所述LNG换热，吸收所述LNG气化时释放的冷能而液化。
2.根据权利要求1所述的LNG再气化系统，其特征在于，所述LNG再气化管路上在所述热源预冷器(1)的下游还设有天然气加热器(9)。
3.根据权利要求1所述的LNG再气化系统，其特征在于，所述LNG气化器(4)为印刷电路板式换热器。
4.根据权利要求1所述的LNG再气化系统，其特征在于，通入所述热源管路的热源为液态水源。
5.根据权利要求4所述的LNG再气化系统，其特征在于，所述液态水源为海水或湖水或河水或苦咸水。
6.根据权利要求1所述的LNG再气化系统，其特征在于，通入所述中间介质换热回路的中间介质为沸点在-160℃～0℃之间的物质或混合物。
7.根据权利要求5所述的LNG再气化系统，其特征在于，所述中间介质为二氧化碳或乙烯或丙烷。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的LNG再气化系统，其特征在于，所述热源管路上在所述热源结晶器(3)的下游还设有碎冰分离器(10)。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的LNG再气化系统，其特征在于，通入所述热源管路的热源为海水，所述热源管路上在所述热源结晶器(3)的下游还设有碎冰洗涤分离器(11)和碎冰融化器(12)。
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