PL230752B1 - Sposób regazyfikacji skroplonego gazu ziemnego oraz system do regazyfikacji skroplonego gazu ziemnego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób regazyfikacji skroplonego gazu ziemnego oraz system do regazyfikacji skroplonego gazu zmiennego.

Typowo, gaz ziemny zawiera około 80-98% obj. metanu i ma po skropleniu około 600-krotnie mniejszą objętość, co jest zjawiskiem korzystnym z punktu ekonomiki jego transportu.

Gaz ziemny w stanie skroplonym - LNG (z ang. Iiquified natural gaś) transportuje się pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze około -160°C, to jest poniżej temperatury krytycznej gazu, która dla czystego metanu wynosi -82,5°C. Jak wiadomo, w temperaturach wyższych od temperatury krytycznej, metan, niezależnie od ciśnienia - może występować wyłącznie w postaci gazowej. Transport LNG może odbywać się drogą morską - za pomocą metanowców z wbudowanymi zbiornikami na LNG, przykładowo w postaci metalowej membrany.

W porcie docelowym gaz w stanie skroplonym przetłacza się do naziemnych zbiorników na LNG zwanych także zbiornikami terminalu odbiorczego LNG, skąd skroplony gaz przetłacza się na instalacje regazyfikacji i przeprowadza się LNG w postać gazową.

Podstawowymi aparatami instalacji regazyfikacji LNG są odparowalniki do przeprowadzania LNG w stan gazowy. Ze względu na konstrukcję, wydajność oraz sposób ogrzewania gazu - wyróżnia się różne typy odparowalników.

Przykładowo, z podręcznika „Gaz ziemny, surowiec i paliwo” J. Molenda Wydawnictwo „Śląsk” Katowice, 1974 r, znane są odparowalniki: z ogrzewaniem do temperatury równej temperaturze otoczenia w tym: odparowalniki ogrzewane wodą morską lub rzeczną, odparowalniki ogrzewane powietrzem; odparowalniki z ogrzewaniem do temperatury wyższej od temperatury otoczenia, w tym: odparowalniki z ogrzewaniem bezpośrednim np. odparowalniki ogrzewane ogniowo - palnikami gazowymi czy odparowalniki ogrzewane elektrycznie, a także odparowalniki z ogrzewaniem pośrednim za pomocą nośnika ciepła w tym między innymi: odparowalniki ogrzewane parą wodną, odparowalniki ogrzewane wodą, w której zanurzone są płonące palniki gazowe.

Typowo, rodzaj odparowalnika dobiera się w zależności od usytuowania instalacji regazyfikacji, oraz dostępności czynnika grzewczego.

Zasada działania odparowalnika jest uwarunkowana między innymi konstrukcją urządzenia oraz rodzajem czynnika grzewczego. Przykładowo, odparowalniki zasilane wodą morską pracują na zasadzie ociekowych chłodnic wodnych, składających się z odpowiednio ożebrowanych rur lub płyt o profilu falistym. Skroplony gaz ziemny przepływa we wnętrzu rur lub w szczelinie pomiędzy sąsiadującymi płytami, przy czym czynnik grzewczy - w postaci warstewki wody którą ogrzewa się gaz - spływa przeciwprądowo po zewnętrznej powierzchni rur lub płyt. Odparowalniki tego typu zapewniają wydajną wymianę ciepła pomiędzy czynnikiem grzewczym a LNG i charakteryzują się stosunkowo wysoką sprawnością. Konstrukcja tego typu odparowalników zapewnia przeponową wymianę ciepła pomiędzy czynnikiem grzewczym a gazem.

Odparowalniki zasilane powietrzem mają natomiast konstrukcję wielosekcyjnych wymienników ciepła, w których wewnątrz rur przepływa LNG natomiast w przestrzeni między rurowej przepływa powietrze. Do strumienia odparowanego LNG pomiędzy sekcjami wprowadza się odpowiednio dobraną objętość gazu ziemnego o temperaturze wyższej od temperatury strumienia. W tego typu odparowalnikach ogrzewanie prowadzi się zatem jednocześnie: przeponowo - powietrzem które oddając ciepło ochładza się, oraz bezprzeponowo - w wyniku wprowadzenia cieplejszego gazu.

Znane są także odparowalniki ogrzewane płomieniem gazowym pracujące w cyklu Rankina oraz Braytona.

Wyczerpany czynnik grzewczy, to jest „zimno” stanowiące produkt uboczny procesu regazyfikacji LNG, typowo wykorzystuje się jako chłodziwo w różnych procesach technologicznych, przykładowo do produkcji tlenu i azotu metodą rozfrakcjonowania ciekłego powietrza oraz do rozdziału gazów węglowodorowych w przemyśle rafineryjnym i petrochemicznym.

Także z literatury patentowej znane są sposoby regazyfikacji LNG oraz instalacje regazyfikcji LNG współpracujące z różnymi instalacjami technologii niskotemperaturowych.

Przykładowo, z polskiego opisu patentowego PL 2035740 znana jest instalacja regazyfikacji LNG składająca się z odparowalnika z palnikiem gazowym zasilanym gazem ziemnym o zamkniętym układzie wymiany ciepła. Instalacja LNG współpracuje z systemem wykraplania tlenu z powietrza, zasilając instalację rozdziału powietrza. Wykroplony z powietrza tlen wykorzystuje się do zasilania palnika gazo

PL 230 752 Β1 wego odparowywacza LNG. „Zimno” niespożytkowane w procesie wykraplania O2 wykorzystuje się natomiast do schładzania oraz osuszania dwutlenku węgla (CO2) zawartego w spalinach wydzielanych przez palnik gazowy. Oczyszczony CO2 częściowo zawraca się do palnika gazowego jako czynnik obniżający temperaturę palnika, pozostałość CO2 skrapla się i wysyła poza obieg instalacji.

Z polskiego opisu patentowego PL214611 znany jest sposób regazyfikacji LNG w którym do podgrzania gazu wykorzystuje się ciepło czynnika z obiegu zamkniętego, przy czym w procesie odparowania LNG, w pierwszym kroku ciekły gaz tłoczy się do zbiornika zimna, gdzie odparowuje się LNG oddając zimno do przepływającego czynnika grzewczego zamkniętego w obiegu chłodniczym, natomiast gaz ziemny za pomocą sprężarki tłoczy się do zbiornika gazu ziemnego. Uzyskiwane w procesie zimno wykorzystuje się do produkcji chłodniczej: wytwarzania lodu oraz oziębiania chłodziwa do zasilania urządzeń chłodniczych.

Z europejskiego opisu patentowego EP1634023 znany jest natomiast sposób regazyfikacji z oczyszczaniem gazu w którym, w pierwszym etapie gaz spręża się. Sprężony gaz rozdziela się kolejno na dwa strumienie, z których pierwszy kieruje się na kolumnę rektyfikacyjną, gdzie z mieszaniny węglowodorów wydziela się metan. Drugi strumień spręża się natomiast do ciśnienia w zakresie 1500-2500 psi i ogrzewa w kilku etapach: w pierwszym etapie poprzez zastosowanie strumienia gazu jako czynnika chłodzącego w procesie kondensacji gazów po rektyfikacji do temperatury - 200°F, w drugim etapie poprzez zastosowanie strumienia gazu jako czynnika chłodzącego powietrze - dostarczane do turbiny. Powietrze po schłodzeniu ma większą gęstość co wpływa na poprawę wydajności palnika gazowego oraz pojemności turbiny gazowej i generatora prądu. Kolejno gaz ogrzewa się - strumieniem gazów powstających w procesie spalania - do temperatury wynoszącej około 125-300°F, a następnie rozpręża, przy czym w procesie rozprężania gaz schładza się. „Zimno wydzielone” w procesie endotermicznego rozprężania LPG jest wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2012/102849 znany jest sposób oraz instalacja regazyfikacji LPG o zmniejszonej emisji spalin. Instalacja regazyfikacji LNG połączona jest z turbiną gazową oraz turbiną parową do wytwarzania elektryczności, w którym turbina gazowa pracuje według otwartego cyklu Brayton’a natomiast turbina parowa pracuje w cyklu Rankine’a. W procesie regazyfikacji LNG przetłacza się ze zbiorników magazynowych do wymiennika ciepła typu rura w rurze, w którym LNG przeprowadza się ze stanu ciekłego w stan gazowy, natomiast „zimno” wydzielone w procesie regazyfikacji wykorzystuje się do schładzania gazów spalinowych turbiny gazowej.

Znane systemy regazyfikacji LNG umożliwiają zatem przeprowadzanie gazu skroplonego do postaci gazowej, wykorzystując rożne źródła ciepła, natomiast „zimno” stanowiące produkt odpadowy regazyfikacji wykorzystuje się w procesach niskotemperaturowych, co zapewnia poprawę wydajności energetycznej procesu.

Celowym byłoby opracowanie alternatywnego sposobu regazyfikacji, zapewniającego poprawę wydajności energetycznej procesu oraz systemu do regazyfikacji umożliwiającego wydajną wymianę ciepła pomiędzy czynnikiem grzewczym a gazem ziemnym.

Przedmiotem wynalazku jest sposób regazyfikacji ciekłego gazu ziemnego w którym gaz ziemny przeprowadza się w stan gazowy w procesie okresowym w odparowalniku wysokociśnieniowym, charakteryzujący się tym, że proces regazyfikacji prowadzi się w zamkniętej komorze odparowalnika o stałej objętości, przy czym w pierwszym etapie prowadzi się przemianę fazową ciecz-gaz, w której ciekły gaz ziemny ogrzewa się do temperatury krytycznej za pomocą ciepła o niższej jakości w postaci czynnika grzewczego o temperaturze w zakresie od -30°C do +50°C a następnie gaz w postaci lotnej ogrzewa się do temperatury powyżej temperatury krytycznej za pomocą ciepła o wyższej jakości w postaci czynnika grzewczego o temperaturze w zakresie od 50°C do 250°C do osiągnięcia ciśnienia gazu w komorze wynoszącego co najmniej 7 MPa, a następnie otwiera się wylot komory odparowalnika wysokociśnieniowego połączony ze zbiornikiem magazynowym o niższym ciśnieniu niż ciśnienie gazu w zbiorniku i napełnia się zbiornik magazynowy 103 gazem ziemnym wyniku w ekspansji gazu ziemnego do zbiornika w wyniku różnicy ciśnień, po czym zamyka się zbiornik magazynowy i ogrzewa się gaz w zbiorniku magazynowym ciepłem pochodzącym ze spalania biomasy zwiększając w wyniku ogrzewania ciśnienie gazu w zbiorniku magazynowym, po czym gaz ziemny rozpręża się, ogrzewa i wprowadza do rurociągu.

Korzystnie, rozprężanie gazu prowadzi się w bloku energetycznym zawierającym przetwornik energii do zamiany pracy objętościowej gazu na energię elektryczną.

Korzystnie, ogrzewanie gazu po procesie rozprężania prowadzi się w powietrznym wymienniku ciepła a następie w wymienniku ciepła zasilanym ciepłem ze spalania biomasy.

PL 230 752 Β1

Korzystnie, jako ciepło niższej jakości stosuje się ciepło stanowiące produkt odpadowy procesu wybranego z grupy składającej się z: zamrażania, liofilizacji oraz recyklingu.

Korzystnie, jako ciepło wyższej jakości stosuje się ciepło stanowiące produkt odpadowy procesu liofilizacji.

Korzystnie, gaz w zbiorniku magazynowym ogrzewa się do osiągnięcia ciśnienia gazu wynoszącego 10 do 100 MPa.

Korzystnie, gaz w układzie wymienników ciepła ogrzewa się do temperatury otoczenia.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto system regazyfikacji zawierający co najmniej jeden odparowalnik wysokociśnieniowy oraz blok energetyczny wyposażony w przetwornik energii charakteryzujący się tym, że odparowalnik wysokociśnieniowy zawiera zamykalną komorę wysokociśnieniową wyposażoną w układ wymiany ciepła do ogrzewania ciekłego gazu do temperatury równej temperaturze krytycznej gazu ziemnego oraz do ogrzewania gazu ziemnego w postaci lotnej do temperatury powyżej temperatury krytycznej do osiągnięcia ciśnienia gazu w komorze odparowalnika ciśnieniowego wynoszącego co najmniej 7 MPa oraz zbiornik magazynowy połączony króćcem wylotowym komory odparowalnika ciśnieniowego do wypełniania gazem ziemnym w wyniku przepływu gazu od ciśnienia wyższego komory odparowalnika wysokociśnieniowego do ciśnienia niższego zbiornika magazynowego, przy czym zbiornik magazynowy zawiera układ wymiany ciepła do ogrzewania gazu zamkniętego w zbiorniku magazynowym oraz jest połączony z przetwornikiem energii połączonym z układem wymiany ciepła do ogrzewania gazu połączonego z rurociągiem.

Korzystnie, przetwornikiem energii jest turbina lub silnik wyporowy.

Korzystnie, układ wymiany ciepła zawiera powietrzny wymiennik ciepła do wstępnego ogrzewania gazu ziemnego połączony z wymiennikiem ciepła zasilanym ciepłem ze spalania biomasy połączonego z rurociągiem.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku na którym:

Fig. 1 przedstawia schemat blokowy systemu regazyfikacji LNG.

Fig. 2 przedstawia schematycznie odparowalnik wysokociśnieniowy LNG.

Na fig. 1 przedstawiono schematycznie linię technologiczną oraz sposób regazyfikacji ciekłego gazu ziemnego do przekształcenia LNG w fazę gazową o określonych - korzystnie zgodnych z przepisami parametrach - umożliwiającymi dalszy transport gazu w postaci lotnej systemem rurociągów. LNG może być doprowadzany do systemu regazyfikacji przykładowo ze zbiornika magazynowego LNG 101, za pomocą izolowanego cieplnie orurowania wyposażonego w układ pomp przystosowanych do tłoczenia LNG.

System regazyfikacji zawiera układ odparowalników wysokociśnieniowych 102 do przeprowadzania LNG w stan gazowy. Ilość odparowalników w układzie 102 może być rożna i może zależeć od docelowej mocy przerobowej systemu regazyfikacji, oraz wymaganej stałości ciśnienia w instalacji. Przykładowo, układ odparowalników może zawierać jeden odparowalnik wysokociśnieniowy 102, dwa odparowalniki wysokociśnieniowe, trzy odparowalnik! wysokociśnieniowe lub też więcej niż trzy odparowalniki wysokociśnieniowe 102.

LNG wtłacza się do układu odparowalników 102 okresowo, przy czym masa (objętość) wprowadzanego jednorazowo wsadu LNG, powinna odpowiadać mocy przerobowej odparowalników 102.

W układzie odparowalników wysokociśnieniowych 102 LNG poddaje się regazyfikacji w procesie w którym: w pierwszym etapie LNG przeprowadza się w stan gazowy w wyniku podwyższenia temperatury LNG z temperatury Ti wynoszącej około -160°C do temperatury T₂ równej temperaturze krytycznej mieszanki gazu ziemnego, która w zależności od składu może mieć różną wartość. Przykładowo, dla czystego metanu temperatura krytyczna wynosi -82,5°C, natomiast dla mieszanki gazowej zanieczyszczonej etanem, temperatura krytyczna gazu może być wyższa, przykładowo -48°C. W kolejnym etapie gaz ogrzewa się od temperatury krytycznej (T₂) do wymaganej temperatury gazu T3, przykładowo wynoszącej +10°C. W wyniku przeprowadzenia LNG w stan gazowy oraz ogrzewania gazu od temperatury Ti do T3 zwiększa się ciśnienie gazu w odparowalniku z wartości pi równej wartości ciśnienia resztkowego gazu w instalacji wynoszącego około 0,1 MPa do ciśnienia p₂ wynoszącego co najmniej 7 MPa, a bardziej korzystnie co najmniej 10 MPa, lub co najmniej 20 MPa lub co najmniej 50 MPa lub co najmniej 70 MPa lub co najmniej 100 MPa, przy czym im wyższe ciśnienie końcowe gazu tym większa końcowa wydajność procesu regazyfikacji. Uzyskanie tak wysokich ciśnień, bez konieczności dodatkowego sprężania gazu jest możliwe w przypadku możliwie całkowitego wypełnienia komory odparowalnika wysokociśnieniowego ciekłym gazem (LNG). Korzystnie ciekłym gazem ziemnym zapełnia się 85-99% objętości komory 204 odparowalnika wysokociśnieniowego.

PL 230 752 Β1

W celu poprawy sprawności procesu regazyfikacji ciepło w postaci czynnika grzewczego doprowadza się do układu odparowalników w dwóch etapach. W pierwszym etapie: przemiany fazowej w którym podnosi się temperaturę LNG z Ti wynoszącej około -160°C do temperatury T2 równej temperaturze krytycznej mieszanki gazowej - do układu odparowalników doprowadza się ciepło o niższej jakości w postaci czynnika grzewczego (korzystnie płynu) o temperaturze wyższej od temperatury krytycznej, korzystnie równej temperaturze otoczenia, przykładowo o temperaturze wynoszącej od -30°C do +50°C. Przykładowo jako ciepło o niższej jakości można stosować: ciepło stanowiące produkt odpadowy instalacji chłodzącej magazyn mrożonek, lub też ciepło pobierane z otoczenia w zimie - różnica temperatury LNG-krążący czynnik jest mała, lub też można stosować ciepło stanowiące produkt odpadowy procesów: zamrażania, liofilizacji bądź recyklingu, czy ciepło z otoczenia. W kolejnym etapie, w którym ogrzewa się gaz od temperatury krytycznej gazu (T2) do temperatury T3, przykładowo równej temperaturze otoczenia - do układu odparowalników doprowadza się ciepło o wyższej jakości w postaci czynnika grzewczego, korzystnie w postaci płynu o temperaturze wyższej niż temperatura czynnika grzewczego ciepła o niższej jakości, korzystnie wyższej niż temperatura otoczenia, przykładowo o temperaturze wynoszącej od 50°C do 250°C. Przykładowo, jako nośniki ciepła stosuje się ciecze lub gazy. Jako ciepło wyższej jakości można stosować ciepło stanowiące produkt odpadowy procesu liofilizacji, przykładowo pary wodnej wytwarzanej w procesie resublimacji czy ciepła wydzielonego w procesie spalania biomasy. Po osiągnięciu odpowiedniej temperatury (T3) oraz ciśnienia (P2) gaz poddaje się rozprężaniu, w celu odzyskania energii mechanicznej do napędu np. generatora elektrycznego.

Ciepło niezbędne do przeprowadzenia regazyfikacji można dostarczać do układu odparowalników w różny sposób. Przykładowo, przy zastosowaniu powietrza jako czynnika grzewczego (np. ciepło z otoczenia do ogrzania LNG do temperatury krytycznej gazu, oraz gorące powietrze do ogrzewania gazu do temperatury powyżej temperatury krytycznej), układ wymiany ciepła odparowalników 102 może być wyposażony w system wentylatorów umożliwiających wtłaczanie powietrza do układu wymiany ciepła. Wyczerpany czynnik grzewczy - schłodzone oraz pozbawione wilgoci - osuszone powietrze po procesie wymiany ciepła może być kolejno wykorzystywane w różnych procesach niskotemperaturowych, na przykład do suszenia biomasy co zapewnia podniesienie wydajności jej spalania (sprawności) oraz umożliwia ograniczenie balastu wodnego co wpływa na wyższą temperaturę spalania.

Na fig. 2 przedstawiono schematycznie odparowalnik 102 systemu regazyfikacji według wynalazku. Izolowany cieplnie odparowalnik wysokociśnieniowy 102 zawiera króciec wlotowy 201, którym LNG o temperaturze około -160°C oraz ciśnieniu wynoszącym około 0,1 MPa wprowadza się cyklicznie króćcem 201 do pierwszej komory odparowalnika 202. Z pierwszej komory LNG grawitacyjnie spływa do drugiej komory odparowalnika 204 za pomocą króćca 203. Druga komora 204 jest wyposażona w układ wymiany ciepła 205, przykładowo w postaci wężownicy z przepływającym wewnątrz czynnikiem grzewczym, w postaci cieczy lub gazu. Po wprowadzeniu określonej ilości LNG do drugiej komory odparowalnika 204 króciec międzykomorowy 203 zamyka się, a zgromadzony w drugiej komorze 204 LNG poddaje się przemianie ciecz-gaz w wyniku podwyższenia temperatury z wartości Ti (-160°C) do temperatury T2 - równej temperaturze krytycznej gazu ziemnego, a następnie do temperatury T₃, korzystnie wynoszącej 200°C. W wyniku przemiany fazowej ciecz-gaz oraz dalszego ogrzewania ciśnienie gazu ziemnego w drugiej komorze odparowalnika 204 zwiększa się z wartości pi (wynoszącego koło 0,1 MPa) do wartości P2 wynoszącej co najmniej 7 MPa, a bardziej korzystnie co najmniej 10 MPa, lub co najmniej 20 MPa lub co najmniej 50 MPa lub co najmniej 70 MPa lub co najmniej 100 MPa. Po osiągnięciu odpowiednich parametrów ciśnienia i temperatury (p₂, T3) gaz poddaje się rozprężaniu w celu wypełnienia gazem ziemnym w postaci lotnej zbiornika magazynowego 103.

W celu rozprężenia zgromadzony w drugiej komorze 204 gaz wypuszcza się z odparowalnika 102 poprzez otwarcie króćca wylotowego 206 drugiej komory 204 połączonego orurowaniem z wyrównawczym zbiornikiem magazynowym 103. W wyniku różnicy ciśnień pomiędzy komorą odparowalnika o ciśnieniu P2 a komorą zbiornika magazynowego 103 o ciśnieniu mniejszym niż P2 gaz przepływa w kierunku ciśnienia mniejszego zapewniając samoczynne wypełnienie zbiornika 103 gazem. Zaletą takiej konstrukcji instalacji regazyfikacji jest ograniczenie wydatku energetycznego związanego z przetłaczaniem gazu z odparowalnika 102 do zbiornika magazynowego 103. Ponadto wyrównawczy zbiornik magazynowy 103 zapewnia zmniejszenie wahań ciśnienia w systemie regazyfikacji.

Po zakończeniu procesu ekspansji odcina się przepływ gazu pomiędzy odparowalnikiem 102 a zbiornikiem magazynowym 103 poprzez zamknięcie króćca wylotowego 206 odparowalnika, co umożliwia wprowadzenie do drugiej komory odparowalnika 204 kolejnej porcji LNG w celu regazyfikacji, do

PL 230 752 Β1 datkowo w celu obniżenia ciśnienia w komorze 204 odparowalnika do ciśnienia równego ciśnieniu panującemu w zbiorniku LNG 101 gaz pozostały w komorze odparowalnika 204 można wypompowywać z komory 204 do rurociągu odbiorczego gazu.

Ekspansja gazu jest procesem endotermicznym, powodującym obniżenie temperatury rozprężanego gazu z początkowej wartości T₃ do temperatury T4 - niższej niż T3. Wartość temperatury T4 gazu po procesie rozprężania może być różna w zależności od parametrów gazu przed ekspansją i może wynosić przykładowo od - 50 do 0°C.

Gaz ze zbiornika magazynowego 103 wprowadza się kolejno do bloku energetycznego zawierającego przetwornik energii na przykład w postaci turbiny czy silnika wyporowego.

Przed wyprowadzeniem gazu ze zbiornika magazynowego 103 do bloku energetycznego 105 gaz ogrzewa się od temperatury T4 do temperatury T5 wynoszącej od +10 do +250°C za pomocą układu wymiany ciepła 110, któryjest połączony ze zbiornikiem magazynowym 103, zasilanym ciepłem wyższej jakości o parametrach jak określono powyżej. Jako ciepło o wyższej jakości korzystnie stosuje się ciepło pochodzące ze współpracującego z systemem regazyfikacji układu spalania biomasy 105 wyposażonego w suszarnię 109. Ogrzanie gazu przed wprowadzeniem do bloku energetycznego 105 powoduje wzrost ciśnienia gazu, korzystnie do ciśnienia w zakresie od 10 do 100 MPa. Gaz po ogrzaniu w zbiorniku magazynowym wprowadza się do przetwornika energii bloku energetycznego 105.

W bloku energetycznym 105 gaz rozpręża się do ciśnienia wyższego niż ciśnienie gazu w rurociągu odbiorczym 108 wykonując pracę objętościową, która za pomocą przetwornika energii jest zamieniana na energię elektryczną i może być przesyłana do sieci lub wykorzystywana w układzie regazyfikacji przykładowo do napędu pomp, wentylatorów, układów sterowania czy podgrzewania gazu. Schłodzony w bloku energetycznym 105 gaz w wyniku rozprężania jest kolejno wprowadzany do układu wymienników ciepła 106, 107 umożliwiających ogrzanie gazu do odpowiedniej temperatury. Ogrzany gaz o wymaganych parametrach T, p z układu wymienników samoczynnie wpływa do rurociągu 108, za pomocą którego gaz przesyłany jest do odbiorców.

Pierwszy wymiennik ciepła 106 zasilany jest powietrzem oraz umożliwia on wstępne ogrzanie gazu, natomiast drugi wymiennik ciepła 107 zasilany jest ciepłem ze spalania biomasy 104 co umożliwia ogrzanie gazu korzystnie do temperatury równej +10°C. „Zimno” odbierane przez czynniki grzewcze wymienników ciepła 106, 107 jest natomiast wykorzystywane w instalacjach współpracujących z systemem regazyfikacji, przy czym schłodzone oraz osuszone powietrze opuszczające pierwszy wymiennik ciepła 106 wykorzystuje się do osuszania biomasy w suszarni biomasy 109, natomiast schłodzony czynnik grzewczy opuszczający drugi wymiennik ciepła 107 wykorzystuje się jako czynnik wymiany ciepła w skojarzonych z systemem regazyfikacji technologiach średnich temperatur 111, przykładowo do produkcji mrożonek czy wytwarzania liofilizatów.

System regazyfikacji umożliwia zatem odbiór zimna na każdym etapie procesu, za pomocą systemu wymienników ciepła, w których jako czynnik grzewczy może być wykorzystywany gaz lub ciecz, w zależności od konstrukcji wymienników, współpracujących odpowiednio z układem odparowalników 205, zbiornikiem magazynowym 110, oraz pierwszym i drugim wymiennikiem ciepła 106,107 do ogrzewania gazu przed wprowadzeniem do rurociągu. „Zimno” wydzielone w procesach przemiany fazowej ciecz-gaz oraz ekspansji gazu - stanowiące produkt uboczny regazyfikacji jest natomiast przesyłane i wykorzystywane w różnych procesach, co ponadto zapewnia utylizację wydzielonego zimna w przyjazny dla środowiska sposób.

Instalacja regazyfikacji może zawierać dodatkowo układ konwencjonalnych odparowalników 112 zmiennej objętości pracujących w warunkach ciśnienia szczątkowego panującego w instalacji i wynoszącego około 0,1 MPa, w celu odbierania „zimna” wykorzystywanego w technologiach niższych temperatur, takich jak na przykład do produkcji tlenu i azotu metodą rozfrakcjonowania ciekłego powietrza. Jako odparowalniki można stosować przykładowo konwencjonalne odparowalniki ogrzewane powietrzem pracujące w systemie ciągłym. Gaz po procesie regazyfikacji o stosunkowo niskim ciśnieniu wynoszącym około 0,1 MPa może być kolejno przetłaczany do zbiornika gazu 113, a następnie sprężany do odpowiedniego ciśnienia w wyniku ogrzewania i kolejno przetłaczany do zbiornika magazynowego 103.

„Zimno” wydzielone w procesie regazyfikacji w procesie okresowym może być wykorzystywane w procesach: wytwarzania mrożonek spożywczych, wytwarzania liofilizatów żywności dla ludzi i zwierząt, niektórych procesach produkcji leków, oraz innych różnych produktów organicznych. „Zimno” wydzielone w procesie regazyfikacji może być ponadto wykorzystywane w niektórych niskotemperaturowych technologiach recylkingu polimerów oraz tworzyw sztucznych przykładowo niskotemperaturowej depolimeryzacji, czy rozdrabniania a także w magazynach czy chłodniach oraz do wytwarzania energii

PL 230 752 Β1 elektrycznej lub mechanicznej w procesie mono: z chłodu z potencjałem otoczenia jako głównego źródła ciepła czy wytwarzania energii elektrycznej w procesie duo: z potencjałem spalania ekologicznych paliw jako głównego źródła ciepła. „Zimno” wytworzone w systemie regazyfikacji może być ponadto wykorzystywane do wytwarzania wody lodowej dla położonych w pobliżu systemu regazyfikacji budynków, hoteli, centrów handlowych, obiektów uzdrowiskowych a także w wielkokubaturowych laboratoriach badania maszyn i pojazdów w niskich temperaturach, na odcinkach badawczych nawierzchni dróg i mostów, obiektach sportowych takich jak na przykład lodowiska czy narciarskie trasy biegowe. „Zimno” może być ponadto wykorzystywane w ośrodkach technologii niskich temperatur w których prowadzi się badania nad zastosowaniem niskich temperatur w biologii czy fizyce takimi jak zjawisko Peltier’a i Seebeck’a, nadprzewodnictwo.

Z kolei ciepło niezbędne do ogrzania gazu ziemnego zarówno w stanie ciekłym jak i lotnym pobiera się z różnych współpracujących z instalacją regazyfikacji procesów, w których ciepło stanowi produkt odpadowy - takimi jak na przykład systemy liofilizacji czy recyklingu. Instalacja regazyfikacji jest dodatkowo zasilana ciepłem ze spalania biomasy, przy czym do osuszenia biomasy wykorzystuje się osuszone powietrze - stanowiące wyczerpany czynnik grzewczy po procesie ogrzewania gazu w powietrznym wymienniku ciepła. Zastosowanie alternatywnych źródeł ciepła oraz układu spalania lub mineralizacji biomasy umożliwiło ograniczenie poboru ciepła z otoczenia np. z wody a poprzez to ograniczyło możliwość miejscowego obniżenia temperatury, co mógłby być szkodliwe dla lokalnych biocenoz.

Zastosowanie wysokociśnieniowych odparowalników w systemie regazyfikacji zapewniło poprawę wydajności energetycznej całego systemu regazyfikacji. Uzyskanie wysokiego ciśnienia gazu wynosząco co najmniej 7 MPa, a bardziej korzystnie co najmniej 10 MPa, lub co najmniej 20 MPa lub co najmniej 50 MPa lub co najmniej 70 MPa lub co najmniej 100 MPa, zapewniło samoczynny przepływ gazu do zbiornika magazynowego - bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń takich jak pompy tłoczące, które wymagałyby dodatkowego zasilania energią.

Utrzymywanie gazu w zbiorniku magazynowym pod ciśnieniem wynoszącym około 100 MPa zapewniło dalszy (samoistny) przepływ gazu ze zbiornika magazynowego do bloku energetycznego i rurociągu odbiorczego zgodnie z gradientem ciśnień - bez konieczności stosowania urządzeń takich jak pompy tłoczące; gaz wpływa także pod własnym ciśnieniem do rurociągu.

Konstrukcja systemu regazyfikacji oraz wprowadzenie układu odparowalników wysokociśnieniowych umożliwiło zatem ograniczenie zastosowania pomp przetłaczających gaz ziemny pomiędzy poszczególnymi elementami instalacji regazyfikacji co zapewniło ograniczenie wydatku energetycznego zużycia energii i emisji CO2 systemu regazyfikacji.

Ponadto wprowadzenie dwuetapowego procesu regazyfikacji w odparowalniku, w którym w pierwszym etapie prowadzi się przemianę gazową ciecz-gaz, poprzez ogrzanie gazu do temperatury równej temperaturze krytycznej gazu głównie ciepłem o niższej jakości, natomiast w drugim etapie ogrzewa się gaz w stanie lotnym ciepłem o wyższej jakości do temperatury zapewniającej optymalny wzrost ciśnienia gazu w procesie regazyfikacji, co dodatkowo wpływa na poprawę wydajności energetycznej (oszczędności energii) procesu regazyfikacji.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób regazyfikacji ciekłego gazu ziemnego w którym gaz ziemny przeprowadza się w stan gazowy w procesie okresowym w odparowalniku wysokociśnieniowym, znamienny tym, że proces regazyfikacji prowadzi się w zamkniętej komorze odparowalnika (102) o stałej objętości (204), przy czym w pierwszym etapie prowadzi się przemianę fazową ciecz-gaz, w której ciekły gaz ziemny ogrzewa się do temperatury krytycznej za pomocą ciepła o niższej jakości w postaci czynnika grzewczego o temperaturze w zakresie od -30°C do +50°C a następnie gaz w postaci lotnej ogrzewa się do temperatury powyżej temperatury krytycznej za pomocą ciepła o wyższej jakości w postaci czynnika grzewczego o temperaturze w zakresie od 50°C do 250°C do osiągnięcia ciśnienia gazu w komorze (204) wynoszącego co najmniej 7 MPa, a następnie otwiera się wylot komory odparowalnika wysokociśnieniowego (206) połączony ze zbiornikiem magazynowym (103) o niższym ciśnieniu niż ciśnienie gazu w zbiorniku (204) i napełnia się zbiornik magazynowy 103 gazem ziemnym w wyniku ekspansji gazu ziemnego do zbiornika (103) w wyniku różnicy ciśnień, po czym zamyka się zbiornik magazynowy 103 i ogrzewa się gaz w zbiorniku magazynowym (103) ciepłem pochodzącym ze spalania biomasy

   PL 230 752 Β1 (104) zwiększając w wyniku ogrzewania ciśnienie gazu w zbiorniku magazynowym (103), po czym gaz ziemny rozpręża się (105), ogrzewa (106,107) i wprowadza do rurociągu (108).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozprężanie gazu prowadzi się w bloku energetycznym (105) zawierającym przetwornik energii do zamiany pracy objętościowej gazu na energię elektryczną.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie gazu po procesie rozprężania prowadzi się w powietrznym wymienniku ciepła (106), a następie w wymienniku ciepła zasilanym ciepłem ze spalania biomasy (107).
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ciepło niższej jakości stosuje się ciepło stanowiące produkt odpadowy procesu wybranego z grupy składającej się z: zamrażania, liofilizacji oraz recyklingu.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ciepło wyższej jakości stosuje się ciepło stanowiące produkt odpadowy procesu liofilizacji.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz w zbiorniku magazynowym (103) ogrzewa się do osiągnięcia ciśnienia gazu wynoszącego 10 do 100 MPa.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz w układzie wymienników ciepła (106, 107) ogrzewa się do temperatury otoczenia.
8. 8. System regazyfikacji zawierający co najmniej jeden odparowalnik wysokociśnieniowy oraz blok energetyczny wyposażony w przetwornik energii, znamienny tym, że odparowalnik wysokociśnieniowy (102) zawiera zamykalną komorę wysokociśnieniową (204) wyposażoną w układ wymiany ciepła (205) do ogrzewania ciekłego gazu do temperatury równej temperaturze krytycznej gazu ziemnego oraz do ogrzewania gazu ziemnego w postaci lotnej do temperatury powyżej temperatury krytycznej do osiągnięcia ciśnienia gazu w komorze (204) odparowalnika ciśnieniowego (102) wynoszącego co najmniej 7 MPa oraz zbiornik magazynowy (103) połączony króćcem wylotowym komory (204) odparowalnika ciśnieniowego (102) do wypełniania gazem ziemnym w wyniku przepływu gazu od ciśnienia wyższego komory (204) odparowalnika wysokociśnieniowego (102) do ciśnienia niższego zbiornika magazynowego (103), przy czym zbiornik magazynowy (103) zawiera układ wymiany ciepła (110) do ogrzewania gazu zamkniętego w zbiorniku magazynowym (103) oraz jest połączony z przetwornikiem energii połączonym z układem wymiany ciepła (106, 107) do ogrzewania gazu połączonego z rurociągiem (108).
9. 9. System regazyfikacji według zastrz. 8, znamienny tym, że przetwornikiem energii jest turbina lub silnik wyporowy.
10. 10. System regazyfikacji według zastrz. 8, znamienny tym, że układ wymiany ciepła (106, 107) zawiera powietrzny wymiennik ciepła (106) do wstępnego ogrzewania gazu ziemnego połączony z wymiennikiem ciepła (107) zasilanym ciepłem ze spalania biomasy połączonego z rurociągiem (108).

    PL 230 752 Β1

    Rysunki

    102