CN111630312B - 用于提供液化天然气的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种提供液化天然气的设备(100)，所述液化天然气被称为LNG，所述设备包括：‑蒸发气体缓冲罐(105)，包括适于从第三方设备接收蒸发气体的蒸发气体的入口(110)；‑转移构件(115)，用于将蒸发气体从缓冲罐转移到LNG存储容器(120)；‑位于转移构件(120)的下游的压缩机(140)，用于压缩蒸发气体；‑蒸发气体转移管道(125)，用于将蒸发气体从转移构件转移到存储容器；‑LNG存储容器；‑LNG转移管道(130)，用于将LNG从存储容器转移到第三方设备；以及‑热交换器(135)，用于在通过蒸发气体转移管道的蒸发气体与通过LNG转移管道的LNG之间进行热交换，热交换器被构造为液化或冷却蒸发气体。

Description

用于提供液化天然气的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于提供液化天然气的设备和方法。它尤其应用于适于陆上和远洋船只的LNG供给领域。
背景技术
与其他化石燃料相比，液化天然气(以下简称“LNG”)所带来的环境和经济优势，推动了LNG作为道路或海洋燃料使用的迅速扩大。
通常，LNG服务站由LNG接收系统、使LNG可以在7至9巴的工作压强下以过冷状态存储的低温存储设备、能够转移LNG的低温泵，以及为车辆加燃料的分配系统构成。
如今，三类车辆可能会使用LNG加燃料：
-第一类是以压强为3巴的冷LNG为燃料；
-第二类是以压强为8巴的饱和LNG为燃料；以及
-第三类是以压强为18巴的超饱和LNG为燃料。
当前，大多数车辆的压强为8巴。在为8巴和18巴车辆加燃料时，LNG汽化程度相对较高，从而产生BOG(蒸发气体)。车辆气罐的尺寸可以承受压强的升高，但是该设备的设计仍然受到最大允许压强的限制。
因此，为了防止达到最大压强，存在气体从车辆返回到加气站，这导致大量气体释放到大气中。
返回到LNG存储器的气体是LNG的热源，从而促进了LNG的蒸发，并因此增加了存储器中的压强。这些蒸发或BOG必须在不释放到大气中的情况下得到控制。
和产品损失一样，这增加了站点的操作复杂性。
此外，存储在服务站的存储罐中的LNG通常处于过冷状态。允许LNG饱和(8巴和18巴)的热源来自露天，因此需要在站点安装大量的换热器表面。
此外，有两种为8巴和18巴车辆提供LNG燃料的方法：
-包括存储饱和状态的LNG的大容量饱和法；
-包括使用“飞行中的LNG饱和”模块的方法，该模块设计为从过冷LNG中提供在饱和状态的LNG。
对于压缩的LNG(CLNG)服务站，将返回的气体存储在用于CNG的缓冲罐中是已知的。一些LNG站接受返回的天然气，而不关心其对BOG产生的影响。这些站通常配备有BOG液化系统。
当前的解决方案使用空气蒸发器来获得饱和的LNG，这需要非常大的交换表面和较大的占用空间。
“飞行中的饱和”系统具有需要非常高效但昂贵的交换器以及需要非常复杂的控制系统的缺点，这带来了操作稳定性的问题。
最后，大量饱和系统无法为在3巴压强下运行的车辆提供燃料，并且减少了存储容量和存储时间。
应该注意的是，对于装有BOG液化系统的站，这些系统价格昂贵，并且没有潜在的投资回报。
发明内容
本发明旨在弥补这些缺点的全部或部分。
为此，根据第一方面，本发明设想了一种提供液化天然气(称为LNG)的设备，其包括：
-用于蒸发气体的缓冲罐，其包括用于从第三方设备接收蒸发气体的蒸发气体的入口；
-转移构件，用于将蒸发气体从缓冲罐转移到LNG存储容器；
-位于转移构件的下游的压缩机，用于压缩蒸发气体；
-蒸发气体转移管道，用于将蒸发气体从转移构件转移到存储容器；
-LNG存储容器；
-LNG转移管道，用于将LNG从存储容器转移到第三方设备；以及
-热交换器，用于使通过蒸发气体转移管道的蒸发气体与通过LNG转移管道的LNG之间进行热交换，热交换器构造为液化或冷却所述蒸发气体。
由于这些设置，从缓冲罐转移到存储容器的蒸发气体被液化，这使得存储在容器中的LNG能够保持在低温下，从而减少了该容器中BOG的形成。
这些设置也提高了设备在蒸发气体的液化方面的性能。
在一些实施例中，转移构件是根据由压强传感器测量的缓冲罐内的压强值控制的阀或排放设备。
在一些实施例中，蒸发气体和LNG在热交换器内沿相反方向流通。
这些实施例提高了设备在蒸发气体的液化方面的性能。
在一些实施例中，缓冲罐的工作压强值比存储容器的工作压强值大至少2巴。
这些实施例允许蒸发气体从缓冲罐自然地流到存储容器。
在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括位于热交换器的下游的、用于热交换器中的液化或冷却后的蒸发气体的转移管道的旁路，根据由温度传感器对于从热交换器出口处的蒸发气体测量的温度来控制对旁路的蒸发气体的供给。
这些实施例允许将尚未达到限定温度值的蒸发气体再流通。
在一些实施例中，根据本发明主题的设备包括在旁路上的第一阀和在旁路的下游的蒸发气体转移管道上的第二阀，第一阀或第二阀的打开是根据所测量到的蒸发气体温度来控制的。
这些实施例允许将尚未达到限定温度值的蒸发气体再流通。
在一些实施例中，根据本发明主题的设备包括用于将液化后的蒸发气体从缓冲罐转移到LNG转移管道的构件。
这些实施例使转移到第三方设备的LNG饱和成为可能。
在一些实施例中，根据本发明主题的设备包括：
-提取管线，用于提取存储容器内的蒸发气体；
-压缩机，用于压缩通过提取管线的蒸发气体；以及
-供应管线，用于将压缩后的蒸发气体供应到缓冲罐。
这些实施例允许缓冲罐所需的存储体积最小化。
在一些实施例中，蒸发气体压缩机包括用于蒸发气体的入口，入口适于从第三方设备接收蒸发气体。
在一些实施例中，根据本发明主题的设备包括用于冷却转移构件下游的蒸发气流的装置。
这些实施例使部分或完全冷却或液化从热交换器出口的蒸发气流成为可能。
在一些实施例中，根据本发明主题的设备包括热交换器下游的用于气流的调节器，调节器构造为将液化天然气膨胀到限定的压强。
在一些实施例中，根据本发明主题的设备包括在调节器下游的气/液分离器，气态蒸发气体被供应到旁路以及液态蒸发气体被供应到存储容器。
根据本发明的第二方面，本发明设想一种提供称为LNG的液化天然气的方法，其包括：
-将来自第三方设备的蒸发气体存储在蒸发气体缓冲罐的步骤，蒸发气体缓冲罐包括适于从第三方设备接收蒸发气体的蒸发气体的入口；
-将蒸发气体从缓冲罐转移到LNG存储容器的步骤；
-位于转移步骤的下游，用于压缩蒸发气体的压缩步骤；
-在转移的蒸发气体和从LNG存储容器转移到第三方设备的LNG之间进行热交换以液化或冷却蒸发气体的步骤；
-在存储容器中存储LNG的步骤；
-从存储容器向第三方设备转移LNG的步骤。
由于作为本发明主题的方法的特定目的、优点和特征与作为本发明主题的设备的特征、优点和特征相似，因此在此不再赘述。
附图说明
本发明的其他优点、目的和特定特征将从以下对作为本发明主题的设备和方法的至少一个特定实施例的非限制性描述中变得显而易见，参考包括在附录中的附图，其中：
-图1示意性地示出了作为本发明主题的设备的第一特定实施例；
-图2以逻辑图的形式示意性地示出了作为本发明主题的方法的一系列特定步骤；以及
-图3示意性地示出了作为本发明主题的设备的第二特定实施例。
具体实施方式
本说明书以非限制性方式给出，实施例的每个特征能够以有利的方式与任何其他实施例的任何其他特征组合。
注意附图不是按比例的。
后续，“第三方设备”是指使用LNG产生能量的任何设备。这样的第三方设备例如是陆地、海洋、河流或空中的交通工具。
在未按比例绘制的图1中，示出了作为本发明主题的设备100的实施例的示意图。该用于提供液化天然气(称为LNG)的设备100，包括：
-蒸发气体缓冲罐105，包括适于从第三方设备接收蒸发气体的蒸发气体的入口110；
-转移构件120，用于将蒸发气体从缓冲罐转移到LNG存储容器115；
-蒸发气体转移管道125，用于将蒸发气体从转移构件转移到存储容器；
-LNG存储容器；
-LNG转移管道130，用于将LNG从存储容器转移到第三方设备；以及
-热交换器135，用于在通过蒸发气体转移管道的蒸发气体与通过LNG转移管道的LNG之间进行热交换，热交换器构造为液化或冷却蒸发气体。
罐105例如是蒸发气体存储体，其被设计成将预定量的蒸发气体保持在限定的压强范围内。入口110例如是孔，其在存储体中制成并构造成接收用于将蒸发气体喷射到该体积中的喷射器。这样的喷射器例如是喷嘴或单向阀该罐105构造成例如在大于11巴的工作压强下工作。
该罐105具有例如1立方米的容量，并且容器115具有例如80立方米的容量。
入口110优选地与带有被构造为收集返回的蒸发气体的第三方设备的连接器连接。连接器的类型取决于第三方设备使用的标准以及设备100的预期用途。
蒸发气体例如通过压强梯度从第三方设备供应到罐105。
该罐105优选地在上部配备有与转移构件115连接的蒸发气体出口。转移构件115例如是根据在罐115内测得的压强值控制的阀或排放设备。该压强值例如由压强传感器145测量。当测量到的压强高于设置点值时，打开阀。
该设置点值的选择是任意的，由操作人员设定。这取决于站点的设计和成本目标。例如，如果该站点的尺寸适合于供应以18巴运行的车辆，则可以使用15或16巴的设定压强。
气体转移管道125将转移构件115连接至存储容器115。优选地，设备100包括位于转移构件120的下游的压缩机140或增压器。
这样的压缩机140例如是往复式压缩机，优选地是往复式活塞压缩机类型。
从压缩机140或增压器离开时，气体具有足够的压强以克服回路的负载损失并能够实现再流通。排放压强的选择根据站点的选型目标以及操作员希望的工作模式来设置。
根据设备100中压缩机140的存在与否，被压缩机140压缩后的或未被压缩的蒸发气体通过热交换器135。
热交换器135是例如翅片式或板式热交换器，其在通过转移管道125的蒸发气体与通过转移管道130的LNG之间进行热交换。蒸发气体充当热流体，而LNG充当冷流体，以使得热交换器135中的出口蒸发气体温度低于入口蒸发气体温度。优选地，为了限定的LNG和蒸发气体流量，热交换器135被设计成使得蒸发气体在热交换器135的出口处被液化或冷却。
热交换器135还优选地被设计成将LNG加热到限定的温度。根据所述温度调节通过转移管道125的气体的流量。如果必须升高LNG的温度，则管道125中的气体转移流量增加。
优选地，所述LNG和蒸发气体沿相反方向流通，以优化两种流体之间的热交换。
例如，存储容器115是一种设计为将预定数量的LNG保持在限定的压强范围内的蒸发气体存储体。容器115优选地包括用于液化蒸发气体的入口。例如，这个入口是在存储容器中制造的孔，并被构造成容纳用于将液化后的蒸发气体喷射到存储容器中的喷射器。例如，这种喷射器是喷嘴或单向阀。
容器115例如被构造为在7到9巴的压强下操作。
优选地，存储容器115内的工作压强比缓冲罐105内的工作压强小至少2巴。
容器115优选地在下部配备有连接到转移管道130的用于LNG的出口。
转移管道130连接到连接器，该连接器的种类取决于连接到设备100的第三方设备的类型。
在一些变型中，设备100包括泵116，该泵116被构造为促进LNG从容器115到第三方设备的转移。
在一些优选实施例中，例如如图1所示的，设备100包括位于热交换器135下游的、用于热交换器中的液化或冷却后的蒸发气体的转移管道125的旁路150，根据由温度传感器155对于从热交换器出口处的蒸发气体测量的温度，来控制对旁路的蒸发气体的供给。
在一些优选实施例中，如图1所示，设备100包括在旁路150上的第一阀160和在旁路下游的蒸发气体转移管道125上的第二阀165，第一阀或第二阀的打开根据所测量的蒸发气体温度来控制。
当蒸发气体的温度低于预定阈值温度时，第一阀160打开，第二阀165关闭。相反地，当蒸发气体的温度高于预定阈值温度时，第一阀160关闭，第二阀165打开。
在一些优选实施例中，如图1所示，设备100包括用于将液化后的蒸发气体从缓冲罐105转移到LNG转移管道130的构件170。
构件170例如是阀，该阀根据压强传感器171在存储罐105内测得的压强来控制。
图3未按比例示出了作为本发明主题的设备200的实施例的示意图。用于提供液化天然气(称为LNG)的该设备200，包括：
-蒸发气体缓冲罐105，其包括适于从第三方设备接收蒸发气体的用于蒸发气体的入口110；
-转移构件115，用于将蒸发气体从缓冲罐转移到LNG存储容器120；
-位于转移构件120的下游的压缩机140，用于压缩蒸发气体；
-蒸发气体转移管道125，用于将蒸发气体从转移构件转移到存储容器；
-LNG存储容器；
-LNG转移管道130，用于将LNG从存储容器转移到第三方设备；以及
-热交换器135，用于在通过蒸发气体转移管道的蒸发气体与通过LNG转移管道的LNG之间进行热交换，热交换器被构造为液化或冷却蒸发气体。
罐105例如是蒸发气体存储体，其被设计成将预定量的蒸发气体保持在限定的压强范围内。入口110例如是在存储体中制成的孔，并构造成容纳用于将蒸发气体喷射到该存储体中的喷射器。这样的喷射器例如是喷嘴或单向阀。
该罐105构造成例如在大于30巴的工作压强下工作。
该罐105具有例如1立方米的容量，并且容器115具有例如80立方米的容量。
入口110优选地与带有被构造为收集返回的蒸发气体的第三方设备的连接器连接。连接器的类型取决于第三方设备使用的标准以及设备200的预期用途。
例如通过压强梯度或通过使用增压器将蒸发气体从第三方设备供应到罐105。
该罐105优选地在上部配备有与转移构件115连接的蒸发气体出口。转移构件115例如是根据在罐105内测得的压强值控制的阀或排放设备。该压强值例如由压强传感器145测量。当所测量的压强高于设置点值时，打开阀。
例如，选择设置点值以对应于容器105的最大工作压强。请注意，如果需要，工作人员还可允许远程转移气体(例如，可以通过第二个开关阀)而无需达到该最大压强。
气体转移管道125将转移构件115连接至存储容器115。优选地，设备100包括位于转移构件120的下游的压缩机140。
在从压缩机140离开时，气体具有例如大于或等于50巴的压强。
根据设备200中压缩机140的存在与否，被压缩机140压缩后的或未被压缩的蒸发气体通过热交换器135。
在一些实施例中，如图3所示，设备200包括用于冷却在转移构件120下游的蒸发气流的装置126。该冷却装置126例如是利用液氮作为冷却液体的热交换器。在从热交换器135离开时，蒸发气流优选为两相的，即部分为液态和部分为气态，或更普遍地被冷却。该气流可以注入到存储容器115中。
在一些实施例中，如图3所示，设备200包括位于热交换器135下游的、用于气流的调节器136，该调节器136构造为将液化天然气膨胀至限定的压强。
在一些实施例中，如图3所示，设备200包括位于调节器136下游的气/液分离器137，气态蒸发气体被供应到旁路150，而液态蒸发气体被供应到存储容器115。
分离器137是例如分离鼓。
热交换器135是例如翅片式或板式热交换器，其在通过转移管道125的蒸发气体与通过转移管道130的LNG之间进行热交换。蒸发气体充当热流体，而LNG充当冷流体，以使得热交换器135中的出口蒸发气体温度低于入口蒸发气体温度。优选地，为了限定的LNG和蒸发气体流量，热交换器135被设计成使得蒸发气体在热交换器135的出口处被液化或冷却。
热交换器135还优选地被设计成将LNG加热到限定的温度。通过转移管道125的气体的流量根据所述温度被调节。如果必须升高LNG的温度，则管道125中的气体转移流量增加。
优选地，所述LNG和蒸发气体沿相反方向流通，以优化两流体之间的热交换。
例如，存储容器115是一种设计为将预定数量的LNG保持在限定的压强范围内的蒸发气体存储体。容器115优选地包括用于液化蒸发气体的入口。例如，这个入口是在存储容器中制造的孔，并被构造成容纳用于将液化的蒸发气体喷射到存储体的喷射器。例如，这种喷射器是喷嘴或单向阀。
例如，容器115具有在7到9巴之间的操作压强值。
优选地，存储容器115内的工作压强比缓冲罐105内的工作压强小至少2巴。
容器115优选地在下部配备有连接到转移管道130的用于LNG的出口。
转移管道130连接到连接器，该连接器的种类取决于连接到设备200的第三方设备的类型。
在一些变型中，设备200包括泵116，该泵116被构造为促进LNG从容器115到第三方设备的转移。
在一些优选实施例中，如图3所示，设备200包括位于热交换器135下游的、用于热交换器中的液化或冷却的蒸发气体的转移管道125的旁路150，根据由温度传感器155对于从热交换器出口处的蒸发气体测量的温度来控制对旁路的蒸发气体的供给。
在一些优选实施例中，如图3所示，设备200包括在旁路150上的第一阀160和在旁路下游的蒸发气体转移管道125上的第二阀165，第一阀或第二阀的打开根据所测量的蒸发气体温度来控制。
当蒸发气体的温度低于预定阈值温度时，第一阀160打开，第二阀165关闭。相反地，当蒸发气体的温度高于预定阈值温度时，第一阀160关闭，第二阀165打开。
在一些优选实施例中，如图3所示，设备200包括用于将液化后的蒸发气体从缓冲罐105转移到LNG转移管道130的构件170。
构件170例如是阀，根据压强传感器171在存储罐105内测得的压强来控制该阀。
在一些优选的实施例中，如图3所示，设备200包括：
-提取管线205，用于提取存储容器115内的蒸发气体；
-压缩机210，用于压缩通过提取管线的蒸发气体；以及
-供应管线215，用于将压缩后的蒸发气体供应到缓冲罐105。
线205优选地连接到存储容器115的上部。
压缩机210被构造为例如使气压达到大于30巴的值。
在一些优选的实施例中，如图3所示，蒸发气体压缩机210包括用于蒸发气体的入口，入口适于从第三方设备接收蒸发气体。
图2示意性地示出了作为本发明主题的方法300的特定实施例。该提供液化天然气(称为LNG)的方法300的特征在于包括：
-将来自第三方设备的蒸发气体存储在蒸发气体缓冲罐的步骤305，蒸发气体缓冲罐包括适于从第三方设备接收蒸发气体的蒸发气体的入口；
-将蒸发气体从缓冲罐转移到LNG存储容器的步骤310；
-位于转移步骤310的下游、用于压缩蒸发气体的压缩步骤330；
-在转移后的蒸发气体和从LNG存储容器转移到第三方设备的LNG之间进行热交换以液化或冷却蒸发气体的步骤315；
-在存储容器中存储LNG的步骤320；
-将LNG从所述存储容器转移到第三方设备的步骤325。
如参考图1和3所述，通过利用设备100和300来执行该方法200的操作，设备100和300的所有变型和实施例可以以该方法的步骤的形式进行转换。

Claims (13)

1.一种用于提供液化天然气的设备（100、200），所述液化天然气被称为LNG，所述设备的特征在于包括：
- 蒸发气体缓冲罐（105），包括适于从第三方设备接收蒸发气体的蒸发气体的入口（110）；
- 转移构件（120），用于将所述蒸发气体从所述缓冲罐转移到LNG存储容器（115）；
- 位于转移构件（120）下游的第一压缩机（140），用于压缩所述蒸发气体；
- 蒸发气体转移管道（125），用于将所述蒸发气体从所述转移构件转移到所述LNG存储容器；
- 所述LNG存储容器；
- LNG转移管道（130），用于将LNG从所述LNG存储容器转移到第三方设备；以及
- 热交换器（135），用于在通过所述蒸发气体转移管道的蒸发气体与通过LNG转移管道的LNG之间进行热交换，所述热交换器被构造为液化或冷却所述蒸发气体。
2.根据权利要求1所述的设备（100、200），其中，所述转移构件（120）是根据由压强传感器（145）测量的所述缓冲罐（105）内的压强值控制的阀或排放设备。
3.根据权利要求1或2所述的设备（100、200），其中，所述蒸发气体和所述LNG在所述热交换器（135）内沿相反方向流通。
4.根据权利要求1或2所述的设备（100、200），其中，所述缓冲罐（105）的工作压强值比所述LNG存储容器（115）的工作压强值大至少2巴。
5.根据权利要求1或2所述的设备（100、200），其包括位于所述热交换器（135）下游的、用于所述热交换器中的液化后或冷却后的蒸发气体的转移管道（125）的旁路（150），对旁路的蒸发气体的供给是根据温度传感器（155）对于从所述热交换器出口处的蒸发气体测量的温度来控制的。
6.根据权利要求5所述的设备（100、200），其包括在所述旁路（150）上的第一阀（160）和在所述旁路的下游的蒸发气体转移管道（125）上的第二阀（165），所述第一阀或所述第二阀的打开是根据所测量到的蒸发气体温度来控制的。
7.根据权利要求1或2所述的设备（100、200），其包括用于将液化后的蒸发气体从所述缓冲罐（105）转移到所述LNG转移管道（130）的构件（170）。
8.根据权利要求1或2所述的设备（200），其包括：
- 提取管线（205），用于提取所述LNG存储容器（115）内的蒸发气体；
- 第二压缩机（210），用于压缩通过所述提取管线的蒸发气体；以及
- 供应管线（215），用于将压缩后的蒸发气体供应到所述缓冲罐（105）。
9.根据权利要求8所述的设备（200），其中，所述第二压缩机（210）包括蒸发气体的入口（110），所述蒸发气体的入口（110）适于从第三方设备接收所述蒸发气体。
10.根据权利要求1或2所述的设备（200），其包括用于冷却所述转移构件（120）下游的蒸发气流的装置（126）。
11.根据权利要求10所述的设备（200），其包括位于所述热交换器（135）下游的用于气流的调节器（136），所述调节器（136）构造为将液化后的天然气膨胀到限定的压强。
12.根据权利要求11所述的设备（200），其包括位于所述调节器（136）下游的气/液分离器（137），气态蒸发气体被供应到旁路（150）以及液态蒸发气体被供应到所述LNG存储容器（115）。
13.一种用于提供液化天然气的方法（300），所述液化天然气被称为LNG，所述方法的特征在于包括：
- 将来自第三方设备的蒸发气体存储在蒸发气体缓冲罐的步骤（305），所述蒸发气体缓冲罐包括适于从所述第三方设备接收蒸发气体的蒸发气体的入口；
- 将蒸发气体从所述缓冲罐转移到LNG存储容器的步骤（310）；
- 位于转移步骤（310）的下游、用于压缩所述蒸发气体的压缩步骤（330）；
- 在转移的蒸发气体和从所述LNG存储容器转移到所述第三方设备的LNG之间进行热交换以液化或冷却所述蒸发气体的步骤（315）；
- 在所述LNG存储容器中存储LNG的步骤（320）；
- 将LNG从所述LNG存储容器转移到第三方设备的步骤（325）。
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