[发明专利]液化天然气的转化

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将液化天然气转化成过热流体的方法和设备。该方法和设备尤其适合于在船或其它远洋轮船例如FSRU（浮式储存和再气化机组）上使用。

背景技术

天然气以液态储存和运输很合适。然而，它一般以气态使用。因此，有必要将大体积液化天然气转化成过热流体，该过热流体通常在低于天然气的临界压力下是气体，但有时在压力高于临界压力时是流体。

美国专利6945049公开了一种用于使液化天然气汽化的方法和设备。液化天然气被泵送穿过第一热交换器以实现汽化并穿过第二热交换器以将蒸汽的温度升高到环境温度或比环境温度低一点儿。第一热交换器被以封闭式循环流动的热交换流体如丙烷加热。丙烷在第一热交换器中从气态变成液态并在多个通常是被海水流加热的热交换器中再次转化成气体。在第二热交换器中，汽化的天然气被蒸汽流进一步加热。

发明内容

本发明的方法和设备旨在减小相应热交换器的表面积而没有热力学效率的过度损失。

按照本发明，提供了一种将液化天然气转化成过热流体的方法，该方法包括以下步骤：

a. 使天然气流在压力下通过相互串联的第一主热交换器和第二主热交换器；

b. 在第一主热交换器中通过与在第一环形回路中于第一压力下流动的第一热交换流体热交换加热天然气流，该第一热交换流体在上述第一主热交换器中经历从蒸汽到液体的状态变化；

c. 在第二主热交换器中通过与在第二环形回路中于第二压力下流动的第二热交换流体热交换进一步加热天然气流，该第二热交换流体具有与第一热交换流体相同的组成并在上述第二主热交换器中经历从蒸汽到液体的状态变化；

d. 收集来自第一主热交换器的液态第一热交换流体和来自第二主热交换器的液态第二热交换流体；

e. 在第一环形热交换流体回路中使液化第一热交换流体流在第一辅助热交换器中再汽化，并把所产生的蒸汽作为第一热交换流体供应给第一主热交换器；

f. 在第二环形热交换回路中使第二液态热交换流体流在第二辅助热交换器中再汽化，并把所产生的蒸汽作为第二热交换流体供应给第二主热交换器；和其中

g. 在第一主热交换器中第一热交换流体的冷凝压力小于第二主热交换器中第二热交换流体的冷凝压力。

在某些优选实施例中，在上述步骤（e）中产生的蒸汽可以在第一辅助热交换器和第一主热交换器的中间被涡轮膨胀。涡轮膨胀使得有可能从蒸汽回收功率（power）。

本发明还提供用于将液化天然气转化成过热流体的设备，该设备包括：

a. 相互串联的第一主热交换器和第二主热交换器，安排用于分别与冷凝第一热交换流体和冷凝第二热交换流体热交换时加热液化天然气；

b. 贯穿第一主热交换器的第一环形较低冷凝压力热交换流体回路；

c. 贯穿第二主热交换器的第二环形较高冷凝压力热交换流体回路；其中

d. 第一和第二环形热交换流体回路二者都包括用于收集冷凝的热交换流体的液体收集容器；

e. 第一环形热交换流体回路贯穿用于使冷凝的第一热交换流体再汽化的第一辅助热交换器；

f. 第二环形热交换流体回路贯穿用于使冷凝的第二热交换流体再汽化的第二辅助热交换器；和

g. 设备还包括用于控制第一热交换流体穿过第一主热交换器的流速和第二热交换流体穿过第二主热交换器的流速的机构。

本发明的设备还可以在第一环形热交换流体回路中第一辅助热交换器和第一主热交换器之间包括一涡轮膨胀机。涡轮膨胀机可以操作式与发电机构相关，因而使回收功率成为可能。

在第一和第二热交换流体回路中应用不同的冷凝压力使减少第一和第二主热交换器的表面积而没有热力学效率的过度损失变为可能。优选地，第一热交换流体在其通向第一主热交换器的入口处的温度与天然气在其从第一主热交换器出来的出口处的温度之间的温差大于第二热交换流体在其通向第二主热交换器的入口处的温度与天然气在其从第二主热交换器出来的出口处的温度之间的温差。

在本发明的方法和设备中，每个主热交换器和辅助热交换器都可以包括一个单一的主体或芯件或者多个主体或芯件。如果是多个热交换主体或芯件，则它们可以串联或并联排列。

本发明的设备优选地另外包括至少一个液体泵，该液体泵用于从收集容器中取出液态热交换流体并使其穿过第一和第二环形热交换回路循环。

第一和第二热交换回路中的液态热交换流体优选地被收集在一由第一和第二热交换流体回路共享的共用收集容器中。因此，第一热交换流体优选地与第二热交换流体相同。