[发明专利]在液化天然气再气化终端中用于动力生产的结构和方法

说明书

本申请要求我方同时待审的于2005年7月18日提出的编号为60/700649的美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明的技术领域是：使用液化天然气的动力生产，而且特别涉及液化天然气再气化设备中的动力生产和/或与动力装置的一体化。

背景技术

液化天然气(LNG)的输入被期望加速，主要是由于超过原油的增加的使用以及技术和经济上的优点。虽然有些当前现有的液化天然气再气化设备被扩展，但仍然必须补充新的再气化设备以满足将来对天然气的要求。

传统的液化天然气再气化设备一般要求有外部热源，例如敞开架的海水汽化器、浸没燃烧汽化器、中间流体汽化器(例如，使用乙二醇-水混合物)和/或周围空气汽化器。然而，液化天然气的汽化是能量消耗量大的过程，而且一般要求热功当量大约为液化天然气的内能的3％。更近来，通过将热量产生过程与液化天然气再气化连接，已进行了尝试以减小用于再气化的能量需求。

例如，动力装置可与液化天然气再气化相连接，与Mandrin和Griepentrog的美国专利No.4036028和No.4231226所分别描述的一样。相似的结构公布于公开的Keller的美国专利申请No.2003/0005698、Johnson等人的EP0683847和Keller的WO02/097252。在这些已知的结构中，用于液化天然气的再气化的热量通过热交换流体来提供，该热交换流体与涡轮排气装置或联合循环动力装置进行热交换。虽然某些这样的结构造成能量消耗的减少，但动力生产效率的增益通常并不显著，这主要是由于这些过程不能有效地利用作为冷源的液化天然气的很低的温度(一般在-255°F至-150°F之间)。更进一步，尤其是，某些这样的结构中的传热受限于传热介质的相对高的凝固点。由于这些或其他限制，动力生产效率通常是低的。

在进一步已知的结构中，如EP0496283所描述的那样，动力由蒸汽膨胀涡轮产生，该蒸汽膨胀涡轮由工作流体驱动(这里是水)，该工作流体被燃气轮机排气装置加热并被液化天然气再气化回路冷却。虽然，这样的结构使装置的效率增加到至少某一程度，但仍然存在若干问题。例如，液化天然气的低温致冷含量的利用由于水的高凝固点而经常受到限制。为了克服至少某些与高凝固温度有关的困难，非水流体可在一般的兰金(Ranking)循环动力生产中被用作工作流体。用于这种方法的典型结构公开于Matsumoto和Aoki的美国专利No.4388092，在该专利中，来自蒸馏塔的多组分碳氢化合物流体被用于改善生产效率。然而，这些系统的操作以及多组分工作流体的监测和控制是成本高而且复杂的。

因此，虽然许多用于液化天然气的应用和再气化的过程和结构在本技术领域中是公知的，但几乎所有的过程和结构都因一个或多个缺点而受到损害。因此，仍有必要提供改善的用于液化天然气的应用和再气化的结构和方法。

发明内容

本发明涉及在液化天然气再气化操作中用于动力生产的结构和方法，在该液化天然气再气化操作中，液化天然气被用作工作流体，其中，处于液化状态的液化天然气被用于汽化器的上游以冷凝膨胀的工作流体，而一部分处于汽化状态的液化天然气(汽化天然气)被用于汽化器的下游以驱动膨胀涡轮。最有利地，液化天然气在管道压力下被汽化，而被冷凝的膨胀的工作流体被泵送回至管道压力并在汽化器的上游的位置与液化天然气组合。

因此，在本发明主题的一个方面中，液化天然气再气化装置被设计成包括热交换器，该热交换器被配置成利用来自液化天然气的致冷含量来冷凝膨胀的汽化天然气。在这种装置中的汽化器被配置成从液化天然气产生汽化天然气，而且膨胀器被流体连接到汽化器并被配置成使至少一部分汽化天然气膨胀从而产生膨胀的汽化天然气。

优选地，设计的装置将进一步包括：泵，被配置成从热交换器接收冷凝的天然气；以及流体连接到该泵的导管，被配置成使冷凝的天然气与液化天然气组合；和/或第二热交换器，被配置成利用来自膨胀的汽化天然气的热量来加热该至少一部分来自汽化器的汽化天然气。在进一步优选的方面中，该装置包括第三热交换器，被配置成使该至少一部分来自汽化器的汽化天然气加热到至少300°F的温度(例如，利用来自燃气轮机、废热回收装置和/或燃烧加热器的废气作为热源)。另外，或者可选择地，可包括热交换流体回路，其被热连接到汽化器和第四热交换器(一般被配置成在膨胀器的上游的位置加热来自汽化器的该部分汽化天然气)。