JP2009539037A - 低温流体を気化させ、加熱する方法 - Google Patents
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Abstract
周囲温度範囲内の所望の温度まで、液化天然ガスなどの低温流体を気化させ、加熱する方法。その方法は、液化天然ガスを加熱するために及び液化天然ガスの低温度潜在能力を用いて電力を生成するために、プロパンなどの中間熱交換流体を使用することを含む。熱交換流体は、産業プロセスから入手できる温かい又は熱い水などの熱源によって加熱される。熱交換流体は、熱交換蒸気を生成するために加圧され、加熱される。低温流体が、普通の熱交換流体及び熱源を使用して、段階的に所望の温度まで気化され、加熱されるように、熱交換蒸気は、連続して低温流体と熱を交換する複数のストリームに分配される。
Description
本発明は、低温流体の分野に関し、さらに詳細には、液化ガスの送達及び気化に関する。本発明の方法は、液化天然ガス(LNG)をガス化し、ガス化されたLNGをパイプライン送達に適した温度まで温めるために、比較的低温の熱で加熱できる閉ループ内の熱交換流体を用いる。本発明の方法はまた、効率を高めるために副産物の電力を生成することもできる。
天然ガスはしばしば、ガスが最終使用者に市販され、配給されることが可能なところから遠く離れた場所で発見され、生成される。適切なパイプラインが利用できるときには、天然ガスは、気体か又は液体形態で市場に輸送可能であるが、しかしながら、特定の天然ガス供給を消費者と接続するためのそのようなパイプラインが利用できない又は実用的でない多くの場合がある。天然ガス供給が、海外に又は適切な配給システムから相当な距離に置かれるときには、ガスを容器によって輸送する必要がある可能性がある。そのような容器は典型的には、大きな断熱されたコンテナ又はタンク内に収納される液体として天然ガスを輸送する特別に設計された輸送船を含む。
大気圧で又はその近傍で輸送されるときには、液化天然ガス(LNG)は、約−164℃よりも少し低い温度に保持される。この温度は、大気圧でのメタンに対する沸点温度を表す。しかしながら、天然ガスの組成は典型的には、エタン、プロパン、ブタン及び同様のものなどの、より重い及びより高い沸騰の炭化水素の様々な量を含むので、液化ガスは、組成に依存して通常約−151℃から約−164℃までに及ぶ、いくらかより高い沸騰温度によって特徴付けられる。目的地においては又はその近傍では、LNGは、それが配給パイプライン内に導入可能となる前に、再ガス化され、温められなければならない。加えて、パイプラインの要件及びその土地の天然ガス仕様に依存して、LNGは、それがパオプライン又は同様の配給システム内に導入可能となる前に、加圧され、減圧され、混合され、臭気を付与され又は他の処理を受けることがある。
LNGを再ガス化するためのシステムは、オンショア及びオフショアの両方で利用できる。例えば、LNGを気化温度まで加熱するために使用される気化器は、LNG輸送船上で、輸送船近傍に浮いている構造体若しくは容器上で、底部に築かれた構造体上で、又は陸上施設内で用いることができる。気化器は典型的には、燃料ガスを燃やすことによって加熱されてもよい、周囲空気、海水又は他の(複数)熱交換流体などの暖かい流体でそれを加熱することによってLNGを再ガス化する。加えて、冷蔵及び冷却応用で支援するために並びにいくつかの場合には発電するためにその低温度を使用することによって、LNG低温度の潜在能力を獲得する試みが行われてきた。
一実施形態では、本発明は、低温流体を気化させ、加熱する方法に関する。その方法は、高圧熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、高圧熱交換蒸気を第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配するステップと、第1熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって第1ストリームの圧力を低減するステップと、低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、第1熱交換ストリームと低温流体との間で熱を交換するステップと、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第2熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップと、第1及び第2熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。そのような実施形態では、低温流体は液化天然ガスとすることができ、熱交換流体は、エタン、プロパン、ブタン、エチレン及びプロピレンの1つ又は複数を含むことができる。高圧熱交換蒸気は、熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を加熱することによって、熱交換流体から生成することができる。その方法は、第1ストリームと熱を交換する前に、低温流体の圧力を少なくとも約500psigの圧力まで増加させるステップを任意選択で含むことができる。低温流体は、少なくとも約−6.67℃の最小温度まで、さらに好ましくは少なくとも約4.44℃の最小温度まで気化させ、加熱することができる。
別の実施形態では、本発明は、液化天然ガスを気化させ、加熱する方法に関する。その方法は、プロパンを含む熱交換流体から熱交換蒸気を生成するステップと、熱交換蒸気を第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配するステップと、第1熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって第1熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、液化天然ガスを少なくとも部分的に気化させるために、第1熱交換ストリームと液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、気化された液化天然ガスを最小温度まで加熱するために、第2熱交換ストリームと部分的に気化された液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップと、第1及び第2熱交換ストリームを再結合してプロパン流体を生成するステップとを含む。そのような方法は、第1熱交換ストリームと熱を交換する前に、液化天然ガスの圧力を少なくとも約500psigの圧力まで増加させるステップを任意選択で含むことができる。高圧熱交換蒸気を生成するステップは、最初に熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を加熱するステップを含むことができる。液化天然ガスは、少なくとも約−6.67℃の最小温度まで気化され、加熱される。第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップは、第1熱交換ストリームの圧力を増加させるステップ、第2熱交換ストリームの圧力を低減するステップ、及び第2熱交換ストリームの圧力を増加させるステップの1つ又は複数を含むことができる。
さらに別の実施形態では、本発明は、低温流体を気化させ、加熱する方法に関する。その方法は、熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、熱交換蒸気を第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配するステップと、低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、第1熱交換ストリームと低温流体との間で熱を交換するステップと、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第2熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップと、第1及び第2熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。熱交換流体はプロパンを含むことができ、低温流体は液化天然ガスなどの液化ガスを含むことができる。その方法は、部分的に気化された低温流体と熱を交換した後に、第2熱交換ストリームの圧力を低減するステップを含むことができる、第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップを任意選択で含むことができる。
本発明は、付随の図面と併せて述べられる次の記述を参照することによって理解されるかもしれない。
本発明は、様々な変更形態及び代替形態の影響を受けやすいが、それらの特定の実施形態は、例証として図面で示されて、本明細書で詳細に述べられる。しかしながら、本明細書の特定の実施形態の記述は、開示される特定の形態に本発明を限定することを意図されず、それどころかその意図は、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の精神及び範囲に入る全ての変更形態、同等形態、及び代替形態をカバーすることであることが理解されるべきである。
本発明の例示の実施形態は以下で述べられる。明瞭にするために、実際の実施形態の全ての特徴がこの明細書で述べられているわけではない。もちろん、任意のそのような実際の実施形態の開発において、実施ごとに異なるであろう、システム関連及びビジネス関連の制約の順守などの開発者の特定の目標を達成するために、多数の実施特有の決定が行われなければならないことが理解されるであろう。さらに、そのような開発努力は、複雑で時間がかかる可能性があるが、それでもなおこの開示の利益を有する当業者にとって決まりきった取り組みであろうことが理解されるであろう。
本発明は、さらなる処理、貯蔵、輸送又は最終使用のために、液化天然ガス(LNG)を効率良く気化させ、その結果生じる天然ガスを暖める様々な方法に関する。LNGターミナルは、LNGを気化させるために相当な量の熱を必要とすることが知られている。本発明の方法では、中間熱交換流体は、LNGを気化させ、さらにそれを所望の温度まで加熱するために、LNGと熱を交換する。熱交換流体の第1部分を使ってLNGを気化させ、次いで気化されたガスを熱交換流体の第2部分を使って加熱することによって、改善された変換が達成される。結果として、熱交換流体は、高温級か又は低温級の(複数)熱源を使って適切な温度まで加熱することができる。適切な低温級熱源の例は、周囲空気及び水と同様、製油所又は他の産業プロセスからの冷却水ストリームを含む。適切な高温級熱源は、燃料ガスを燃やすことなどによって加熱された流体を含むことができる。
本発明の方法は、システムの効率をさらに高めるためにランキン(Rankine)サイクルを使用して熱交換流体から電力を生成する又は仕事を引き出すなどによって、LNGの低温度潜在能力を取り戻すステップを任意選択で含むことができる。例えば、作動流体として熱交換流体を使用して電力が生成される場合には、生成された電力は、システムの電力要件を満たすために利用でき、それによってより低効率の現地での発電技術の必要性及び/又は外部電源からの電力の消費を低減する又は取り除きさえする。さらに、多くの発電技術と対照的に、LNGの低温度潜在能力を使用する発電は一般に、相当により低い排出量を有するであろう。
本発明の方法は、任意の低温流体の気化及び加熱で使用できる。この開示のために、低温流体は、液相のままでいるために周囲より低い温度(即ち、約25℃よりも低い温度)及び/又は周囲より高い圧力(即ち、約15psiaよりも高い圧力)に維持されなければならない液相流体である。液化天然ガスは、メタン並びに典型的には少量のより高い分子量の炭化水素及び他の成分を含む低温流体である。上述のように、液化天然ガスの沸点又は気化点は、組成に依存して変化するであろう。
低温流体の圧力が、その意図される使用のために増加されるべき必要がある場合には、流体は、気化の前に加圧されることが好ましい。低温流体が液化天然ガスである実施形態では、天然ガスは、実質的には液相であり、典型的には約1気圧より高い圧力で貯蔵される。製品天然ガスがパイプライン輸送を目的とする場合には、次に来る天然ガスの気化及び加熱は、比較的高い圧力に、約500psigより上に、好ましくは約1000psigより上に、さらに好ましくは約1200psigより上にあるべきである。加えて、天然ガス製品の温度は、好ましくは周囲温度範囲内の温度に、さらに具体的には少なくとも約−6.67℃に、さらに好ましくは少なくとも約4.44℃にある。そのような上昇した圧力及び温度においては、天然ガス製品は、高密度相物質と考えられる。
熱交換流体は、本発明の方法では、熱を熱源から低温流体へ移動させるための中間熱交換流体として使用される。熱源から熱交換流体へ移動されるエネルギーの一部は、任意選択で電力又は仕事の形態で引き出すことができる。
熱交換流体は一般に、本方法の特定の用途の必要性を満たすであろう特定の特性に対して選択される。費用及び安全性は、主として考慮されるものである。熱交換流体は、低温流体と熱を交換するときには凝固せず、熱源と熱を交換するときには熱源を凍らせないように、適切に低い氷点を有するように選択されるべきである。さらに、動作中は、熱交換流体の温度は、熱源の温度よりも低くなければならない。
選択される熱交換流体が、結果として生じる潜熱の移動を伴う循環中に、少なくとも部分的な相変化を受けることは好ましい。例えば、熱交換流体は好ましくは、熱交換流体が熱源との熱交換中に気化するように、熱源の実際の温度と熱源の氷点との間の温度において適度な蒸気圧を有する。さらに、低温流体が液化天然ガスである実施形態では、熱交換流体が液化天然ガスとの熱交換中に凝縮するように、熱交換流体は、液化天然ガスの沸騰温度よりも高い温度において液化できるべきである。
熱交換流体は、所望の熱的特性を有する組成をもたらす純物質又は異なる熱交換流体の混合物とすることができる。例となる熱交換流体は、プロパン、エタン、エチレン、プロピレン、及びメタン、並びにそれらの混合物などの、分子当たり1から6個の炭素原子を有する炭化水素を含む。低温流体が液化天然ガスである実施形態では、特にそのような流体は、典型的には天然ガス中に少なくとも少量存在し、それ故に容易に利用できるから、熱交換流体は好ましくは、エタン、プロパン、ブタン、及びそれらの混合物から選択される。本発明の方法において有用である可能性のある他の熱交換流体は、この使用に対して優れた熱的及び酸化特性を有する、クロロフルオロカーボンなどのハロゲン化炭素及び市販の冷媒を含む。環境に優しい流体は特に望ましい。もしシステムが、低温流体の温度において凍る水の傾向を低減するように設計されるならば、水などのより高い氷点の流体でさえ、熱交換流体として使用されるかもしれない。
本発明の方法では、熱交換蒸気は熱交換流体から生成される。熱交換蒸気は、熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧する及び/又は熱交換流体が完全に気化される温度まで熱交換流体を加熱することによって、熱交換流体から生成することができる。電力が生成される又は仕事が引き出されるはずの実施形態では、高圧熱交換蒸気は、最初に熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を高圧になるまで加熱することによって生成することができる。熱交換流体を気化させるのに必要とされる圧力及び温度は、流体の組成に依存する。熱交換流体がプロパンを含む場合には、高圧熱交換蒸気は、最初にプロパンを少なくとも約60psigの圧力までポンプで昇圧し、次いでプロパン流体を少なくとも約4.44℃の温度まで加熱することによって生成することができる。
熱交換流体をポンプで昇圧する又は圧縮することは、流体をポンプで昇圧する及び圧縮するための既知の装置を使用して達成できる。ポンプ及び圧縮装置の選択は、設計上の選択の問題であろうし、熱交換流体の組成、その流速、所望の気化及び/又は凝縮温度などの要因に、並びに電力が循環熱交換流体から生成されるはずかどうかに依存するであろう。典型的にはガスよりも液体の圧力を増加させる方が、より効率的であるので、熱交換流体の圧力を、それが主として液相であるときに増加させることが好ましい。適切なポンプは、遠心力ポンプ及び往復ポンプを含むことができる。もちろん、熱交換流体を、それが主として気相であるときに圧縮することが望ましい、本発明の特定の応用があってよい。
熱交換流体を加熱することは、熱源と熱交換流体との間で熱を交換することによって達成することができる。この熱交換は、選択される熱源及び熱交換流体の特性を考えると、熱交換流体を少なくとも部分的に気化させることができる任意の従来の熱交換装置で行うことができる。一実施形態では、熱エネルギーは、製油所又は他の石油化学施設からの冷却水の加熱されたストリームなどの比較的熱い液体プロセス用ストリームを介して熱交換器に供給される。別の実施形態では、熱源は、熱エネルギーが熱交換流体と交換されるときに冷却される及び/又は凝縮される蒸気ストリームである。液体又は蒸気ストリームを冷却する及び/又は凝縮することに対して、熱交換器の選択及び設計は、技術上の選択の問題である。シェル&チューブ型熱交換器は1つの可能な選択肢である。
適切な熱源は、周囲空気、地下水、海水、河川水、廃水又は冷却水のストリームを含む。他の実施形態では、熱源は、プロセス用ボイラー、プロセス用加熱器又はプロセス用炉などの燃焼器を含むことができる。そのような場合には、燃料は、熱交換流体を加熱するために使用される熱を生成するために燃焼される。所与のプロセスのための熱源の選択が、多数の考慮すべき事柄に依存することは当業者に認識されるであろう。さらに、別個のプロセス(例えば、製油所)に由来するストリームの冷却及び/又は凝縮は、特にもし熱交換流体によって提供される冷却が、他のプロセスで必要とされる装置を置き換えることができるならば、望ましいことがある。熱源を選択する際の別の考慮すべきことは、例えば熱交換流体を発電装置における作動流体として使用するなどによって、電力及び/又は仕事が循環熱交換流体から生成されうるかどうかである。
熱交換蒸気は、第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配される。バルブ、マニホールド及び他の既知の流れ制御装置は、熱交換蒸気を2つ以上のストリームに分配するために使用することができる。
電力を生成する又は仕事を引き出すことが望ましい場合には、第1又は第2熱交換ストリームの形態などにある循環熱交換流体は、発電装置における作動流体として使用することができる。適切な発電装置は、膨張タービン、凝縮タービン、水力膨張機、往復エンジン及び同様のものを含むことができるが、しかし気化された熱交換流体の膨張によって作動する任意のエンジンを含むことができる。発電装置が膨張タービンである実施形態では、タービンの回転は、発電機を駆動する又はポンプ若しくは圧縮機などの関連する装置を駆動するために使用することができる。タービンから抜け出る膨張した熱交換ストリームは、低減した圧力を示す。典型的には、冷却効果もまた、熱交換ストリームの圧力の低減に付随して生じ、出てくる熱交換ストリームが、その組成並びに結果として生じる温度及び圧力に依存して、実質的に液体、蒸気、又は液体及び蒸気のいくらかの組合せとなる。生成される電力量は、循環熱交換流体の流速、圧力及び温度にある程度依存する。より高い温度及び圧力は、より多くの電力を生成することができるが、そのような温度及び圧力を達成するためには、一般により多くのエネルギーの投入が必要とされる。結果として、特定の応用で生成されるはずの電力量は、もしあれば、特定のシステムの電力要件、電力が生成されうる場所における循環熱交換流体の組成及び条件、並びに他の供給源からの電力の利用可能性及び費用などの要因に依存して変化する。
低温流体は、少なくとも2つの別個の及び異なったステップで熱交換流体と熱を交換する。熱交換流体を2つ以上の別個のストリームに分配し、連続して低温流体と熱を交換するために別個のストリームを使用することによって、低温流体へのさらに効果的な熱の移動が達成される。熱は、低温動作及び高容積スループットのために設計された熱交換器において低温流体と第1及び第2熱交換ストリームとの間で交換することができる。そのような使用のための既知の熱交換器は普通、気化器と呼ばれ、数ある中でもシェル&チューブ型交換器、コアインケトル(core−in−kettle)型熱交換器、及びプレートフィン(plate−fin)型熱交換器を含むことができる。熱交換器又は気化器は単数の意味で呼ばれることがあるが、これらの術語は、複数の単一通過熱交換器、単一の複数通過熱交換器及びそれらの組合せを表すということに留意すべきである。
第1の加熱ステップでは、低温流体は、低温流体を少なくとも部分的に気化させる第1熱交換ストリームと熱を交換する。低温流体は、この交換において中間温度範囲内の温度まで加熱される。低温流体が液化天然ガスを含み、第1熱交換ストリームがプロパンを含む実施形態では、天然ガスは、少なくとも約−73.33℃、好ましくは少なくとも約−45.56℃の温度まで加熱される。この熱交換は、液化天然ガスを部分的に気化させ、第1熱交換ストリーム内のプロパン蒸気を少なくとも部分的に凝縮する。凝縮されたプロパン流体は次いで、熱交換流体の予備を保持するためのサージ(surge)容器又は他のコンテナに導くことができる。
第2の加熱ステップでは、熱は、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第2熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で交換される。最小温度は、下流側プロセス、貯蔵又はパイプラインによる低温流体の必要とされる温度である。低温流体が天然ガスを含む場合には、最小温度は、周囲温度範囲内の温度であるが、一般に少なくとも約−6.67℃、好ましくは少なくとも約4.44℃、さらに好ましくは少なくとも約15.56℃である。この熱交換中に、第2熱交換ストリームは、部分的に気化された低温流体によって過冷却される。
第1及び第2熱交換ストリームは次いで、再結合されて、熱交換蒸気を形成するために使用される熱交換流体を生成する。第1及び第2熱交換ストリームを再結合する前に、第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力は、第1及び第2熱交換ストリームの圧力がほぼ同じであるように調節される必要がある可能性がある。第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップは、第1熱交換ストリームの圧力を増加させるステップ、第2熱交換ストリームの圧力を低減するステップ及び第2熱交換ストリームの圧力を増加させるステップの1つ又は複数を含むことができる。圧力の増加は、本明細書で述べられるようにポンプ及び圧縮機を使用することによって達成することができる。圧力の減少は、本明細書の他のところで述べられるように発電装置を通ってストリームを導くことによって、又はスロットルバルブ、例えばジュールトムソン(Joule−Thompson)バルブ、フラッシュ(flash)容器及び同様のものなどの当分野では既知の他の圧力低減手段によって達成することができる。
上述の開示を考慮して、当業者は、本発明が設計基準に依存する多くの可能な例示の実施形態を含むことを理解し、認識するはずである。1つのそのような例示の実施形態は、低温流体を気化させ、加熱する方法を含む。その方法は、高圧熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、高圧熱交換蒸気を第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配するステップと、第1熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって第1熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、第1熱交換ストリームと低温流体との間で熱を交換するステップと、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第2熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップと、第1及び第2熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。そのような実施形態では、低温流体は液化天然ガスを含むことができ、熱交換流体は、エタン、プロパン、ブタン、エチレン及びプロピレンの1つ又は複数を含むことができる。高圧熱交換蒸気は、熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を加熱することによって、熱交換流体から生成することができる。その方法は、第1ストリームと熱を交換する前に、低温流体の圧力を少なくとも約500psigの圧力まで増加させるステップを任意選択で含むことができる。低温流体は、少なくとも約−6.67℃の最小温度まで、さらに好ましくは少なくとも約4.44℃の最小温度まで気化させ、加熱することができる。
別のそのような例示の実施形態は、液化天然ガスを気化させ、加熱する方法を含む。その方法は、プロパンを含む熱交換流体から熱交換蒸気を生成するステップと、熱交換蒸気を第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配するステップと、第1熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって第1熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、液化天然ガスを少なくとも部分的に気化させるために、第1熱交換ストリームと液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、気化された液化天然ガスを最小温度まで加熱するために、第2熱交換ストリームと部分的に気化された液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップと、第1及び第2熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。高圧熱交換蒸気は、熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を加熱することによって、熱交換流体から生成することができる。その方法は、第1のストリームと熱を交換する前に、液化天然ガスの圧力を少なくとも約500psigの圧力まで増加させるステップを任意選択で含むことができる。液化天然ガスは、少なくとも約−6.67℃の最小温度まで気化させ、加熱することができる。
さらに別の例示の実施形態は、低温流体を気化させ、加熱する方法を含む。その方法は、熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、熱交換蒸気を第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配するステップと、低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、第1熱交換ストリームと低温流体との間で熱を交換するステップと、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第2熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップと、第1及び第2熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。そのような方法では、熱交換蒸気はプロパンを含むことができ、低温流体は液化天然ガスを含むことができる。そのような実施形態では、第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力は、部分的に気化された低温流体と熱を交換した後に、第2熱交換ストリームの圧力を低減することによって調節することができる。
本発明は、本明細書の教示の利益を有する当業者には明らかな、異なるが同等な方法で変更され、実施されてもよく、上で開示される特定の実施形態は、例示にすぎない。さらに、以下の特許請求の範囲で述べられる以外の、本明細書で示される構成又は設計の詳細に対する限定は意図されない。したがって、上で開示される特定の実施形態は、変更され又は修正されてもよく、全てのそのような変形は、本発明の範囲及び精神の内と考えられることは明らかである。したがって、本明細書で求められる保護は、以下の特許請求の範囲に記述されているとおりである。
図面の詳細な説明
図1及び2で例示される実施形態では、低温流体はLNGであり、熱交換流体はプロパンである。
図1及び2で例示される実施形態では、低温流体はLNGであり、熱交換流体はプロパンである。
サージ容器140は、プロパンの予備をその液相で保持するためのタンク又は他の適切なコンテナである。プロパンは、導管144を通ってポンプ150へ導かれ、そこで約90psigと110psigとの間の圧力までポンプで昇圧される。プロパンは次いで、導管105を通って熱交換器110へ導かれ、そこでそれは、製油所からの冷却水の加熱されたストリームと熱を交換して、約−17.78℃と約37.78℃との間の温度を有するプロパン蒸気を生成する。冷却水は、導管116内で約20℃と約40℃との間の入口温度を、及び導管117内で約4.44℃と約30℃との間の出口温度を有する。プロパン蒸気は、導管112を通って熱交換器110から抜け出し、それぞれ導管114及び導管115を通って流れる第1及び第2ストリームに分配される。
目的が、熱交換流体からより多くの電力を生成する又はより多くの仕事を引き出すことである場合には、より多くの熱が、熱交換器110においてプロパンに移動される。そのような実施形態では、導管116は、交換器110においてプロパンと熱を交換するであろう、ボイラーからのストリーム又は炉若しくは燃焼器からの排出ガスなどの加熱された流体を含むことがある。そのような加熱された流体の温度は、約40℃を超え、圧力条件に依存して約120℃よりも高い可能性がある。
例示されるように、複数ストリームは、導管114を通って膨張タービン120へ導かれる第1熱交換ストリームを含み、そこで第1熱交換ストリームは、電力を生成するための作動流体としての役目をする。プロパン蒸気の膨張は、その温度を約−17.78℃と約10℃との間まで、及びその圧力を約2psigと約20psigとの間まで低減する。タービン120から抜け出たプロパンは、導管122を通って気化器130へ流れ、そこでそれは、導管132から流れるLNGと熱を交換する。導管132は好ましくは、LNGの圧力を増加させる中間ポンプ118と共にLNGを含む貯蔵タンク(図示されず)に接続される。貯蔵されるLNGは、周囲の又は低い圧力に保持され、気化器130の上流側のポンプ118へ導かれ、そこでLNGの圧力は、所望の圧力まで上昇させることができる。気化器130を通って流れるLNGは、少なくとも部分的にLNGを気化させる、約−73.33℃と約−28.89℃との間の温度まで温められる。気化器130におけるLNGとの熱交換のために、第1熱交換ストリームは、約−51.11℃と約−17.78℃との間の温度まで冷却され、その温度においてプロパンは凝縮し、気化器の外へ導かれる。
部分的に気化されたLNGは、気化器から出て、導管134を通って熱交換器160へ導かれ、そこで、導管115内の第2熱交換ストリームと熱を交換する。熱交換器160から抜け出る気化された天然ガスは、少なくとも約−6.67℃と約26.67℃との間の温度を有し、圧力に依存して、天然ガス配給パイプライン内へ導入できる状態にあってよい。熱交換器160を通って流れるプロパンは、部分的に気化された天然ガスによって、約−45.56℃と約−23.33℃との間の温度まで過冷却される。第2熱交換ストリームは次いで膨張タービン125へ導かれ、そこで膨張されて、電力を生成し、プロパンの圧力を低減する。圧力の低下は、第2ストリームを、導管136内の第1熱交換ストリームと再結合できる液体に凝縮する。再結合された熱交換流体は、導管142を通ってサージ容器140へ導かれる。
図2で例示される実施形態は、図1のそれと似ており、低温流体がLNGであり、熱交換流体がプロパンであり、加熱媒体が製油所からの冷却水の加熱されたストリームである。
液体プロパンは、サージ容器240内に保持され、高圧プロパンをもたらすために少なくとも約90psigの圧力までポンプ250によって圧力を増加させられる。この高圧プロパンは、導管282からのプロパンと結合され、再結合された高圧プロパンは、導管205を通って熱交換器210へ導かれ、そこでそれは、冷却水の加熱されたストリームと熱を交換して、少なくとも約−17.78℃の温度を有する高圧プロパン蒸気を生成する。高圧プロパン蒸気は、導管212を通って熱交換器210から抜け出て、それぞれ導管214及び215を通って流れる第1及び第2ストリームに分配される。
第1ストリームは、導管214を通って膨張タービン220へ導かれる。高圧プロパン蒸気を含む第1ストリームは、タービン220における作動流体としての役目をする。タービン220内では、高圧プロパン蒸気の膨張は、電力を生成し、プロパンの温度及び圧力を低減する。導管222を通ってタービン220から抜け出るプロパンは、気化器230へ流れ、そこで、導管232から流れるLNGと熱を交換する。導管232は、好ましくはポンプ218に接続され、ポンプ218は、その入口において、LNGを含む貯蔵タンク(図示されず)に接続される。ポンプ218は、気化器230から上流側のLNGの圧力を増加させる。
気化器230におけるLNGとの熱交換のために、プロパンの第1熱交換ストリームは、冷却され、液体に凝縮され、導管236を通ってサージ容器240へ導かれる。気化器230を通って流れるLNGは、少なくとも部分的にLNGを気化させる少なくとも約−73.33℃の温度までプロパンによって温められる。部分的に気化されたLNGは、気化器から出て、導管234を通って熱交換器260へ流れ、そこで、導管215からの第2熱交換ストリームと熱を交換する。熱交換器260を通って流れるプロパンは、部分的に気化された天然ガスによって過冷却され、少なくとも部分的に凝縮される。第2熱交換ストリームは次いで、サージ容器270へ、続いてポンプ280へ導かれ、そこで第2熱交換ストリームの圧力は、2つのストリームを再結合し、熱交換器210内でプロパンを気化させる前に、第1ストリームの圧力まで増加させることができる。
Claims (23)
- 低温流体を気化させ、加熱する方法であって、
高圧熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、
前記高圧熱交換蒸気を第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配するステップと、
前記第1熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって前記第1熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、前記第1熱交換ストリームと前記低温流体との間で熱を交換するステップと、
前記気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、前記第2熱交換ストリームと前記部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、
前記第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップと、
前記第1及び第2熱交換ストリームを再結合して前記熱交換流体を生成するステップとを含む、方法。 - 高圧熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップが、前記熱交換流体をポンプで昇圧するステップ及び加熱するステップの1つ又は複数を含む、請求項1に記載の方法。
- 高圧熱交換蒸気を生成するステップが、前記熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧するステップ及び次いで前記熱交換流体を加熱するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節する前記ステップが、
前記第1熱交換ストリームの圧力を増加させるステップと、
前記第2熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
前記第2熱交換ストリームの圧力を増加させるステップとの1つ又は複数を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第1ストリーム及び前記第2ストリームの1つ又は複数の圧力を調節する前記ステップが、前記第2ストリームの圧力を低減するステップを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記第1熱交換ストリーム及び前記第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節する前記ステップが、前記第1熱交換ストリームをより高い圧力までポンプで昇圧するステップ及び前記第2熱交換ストリームを高い圧力までポンプで昇圧するステップを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記低温流体が液化天然ガスを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記熱交換流体が、分子当たり約1から約6個の炭素原子を有する炭化水素、ハロゲン化炭素、及びそれらの混合物を含む、請求項1に記載の方法。
- 熱交換流体が、エタン、プロパン、ブタン、エチレン及びプロピレンの1つ又は複数を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記高圧熱交換蒸気が、少なくとも約60psigの圧力である、請求項9に記載の方法。
- 前記高圧熱交換蒸気が、少なくとも約4.44℃の温度である、請求項9に記載の方法。
- 前記最小温度が、少なくとも約−6.67℃である、請求項1に記載の方法。
- 前記最小温度が、少なくとも約4.44℃である、請求項12に記載の方法。
- 前記第1熱交換ストリームと熱を交換する前に、前記低温流体の圧力を少なくとも約500psigの圧力まで増加させるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記低温流体の圧力が、少なくとも約1000psigの圧力まで増加される、請求項14に記載の方法。
- 液化天然ガスを気化させ、加熱する方法であって、
熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップであって、前記熱交換流体がプロパンを含むステップと、
前記熱交換蒸気を第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配するステップと、
前記第1熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって前記第1熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
液化天然ガスを少なくとも部分的に気化させるために、前記第1熱交換ストリームと前記液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、
前記気化された液化天然ガスを最小温度まで加熱するために、前記第2熱交換ストリームと前記部分的に気化された液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、
前記第1熱交換ストリーム及び前記第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップと、
前記第1及び第2熱交換ストリームを再結合して前記熱交換流体を生成するステップとを含む、方法。 - 前記第1熱交換ストリームと熱を交換する前に、前記液化天然ガスの圧力を少なくとも約500psigの圧力まで増加させるステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 高圧熱交換蒸気を生成するステップが、前記熱交換流体をポンプで昇圧するステップ及び加熱するステップの1つ又は複数を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記最小温度が少なくとも約−6.67℃である、請求項16に記載の方法。
- 前記第1熱交換ストリーム及び前記第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節する前記ステップが、
前記第1熱交換ストリームの圧力を増加させるステップと、
前記第2熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
前記第2熱交換ストリームの圧力を増加させるステップとの1つ又は複数を含む、請求項16に記載の方法。 - 低温流体を気化させ、加熱する方法であって、
熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、
前記熱交換蒸気を第1熱交換ストリーム及び第2熱交換ストリームに分配するステップと、
前記第1熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、前記第1熱交換ストリームと前記低温流体との間で熱を交換するステップと、
前記気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、前記第2熱交換ストリームと前記部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、
前記第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップと、
前記第1及び第2熱交換ストリームを再結合して前記熱交換流体を生成するステップとを含む、方法。 - 前記熱交換流体がプロパンを含み、前記低温流体が液化天然ガスを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記第1及び第2熱交換ストリームの1つ又は複数の圧力を調節するステップが、前記部分的に気化された低温流体と熱を交換した後に、前記第2熱交換ストリームの圧力を低減するステップを含む、請求項21に記載の方法。
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