[发明专利]蒸发低温介质的方法和装置

说明书

本发明涉及一种增加介质焓的方法，其中从由第一烟气组成的第一热载体和包括水与烟气的第二热载体获取能量，并且每种情况下所述能量都通过间接热交换传递给所述介质，其中将第二烟气注入含水物质系统中以形成第二热载体。

另外，本发明还涉及一种实施该方法的装置。

由水和烟气形成的热介质用于增加介质焓的装置已经成为现有技术很多年，本领域技术人员知道TX LNG蒸发器和Sub-X热交换器。特别地，该技术用于加热和/或蒸发低温介质，例如二氧化碳、液态天然气和液态氮。

待加热和/或蒸发的介质被传送通过安装在容器内的管束热交换器的管道，并被由水和烟气组成的热载体完全包围。来自燃烧器的热烟气通入容器并注入到热交换器下面的热载体中。这种情况下形成的气泡由于其浮力确保形成湍流，这样热载体以高流速围绕热交换器的管道流动。由于气泡的大表面积，烟气被有效地冷却，因此其温度迅速降到可冷凝物质—特别是水—冷凝的值。除焓外，储存在烟气中的潜热通过该方法也能被用于蒸发和/或加热低温介质。由于该流量比，在水-烟气混合物和热交换器管道之间产生大的热传递系数，这样就有可能将热交换器构造得非常小型。

即使假设具有无限大的热交换表面，采用上述方法，低温介质的温度最多只能增加到水-烟气混合物的温度。实际上，介质的温度通常低于热载体温度约10℃。随着水-烟气混合物温度的增加，该方法的效率降低，因为越来越多的水蒸发并与冷却的烟气一起排到大气中。已经证实，有利的是将水-烟气混合物的温度保持在30℃以下，但优选15℃以下。由于这些限制条件，介质能达到的最终最高温度被限制在约20℃。

如果需要介质的最终温度高于20℃，就需要进一步的程序步骤，其中将介质在下游热交换器中进一步加热。如果在这种情况下将烟气用作热载体，该加热效率较低，因为烟气中存在的水蒸气是在气相中，其冷凝热没有被利用就排到了大气中。

本发明的一个目的是提供一种开始提到的方法和实施该方法的装置，以克服现有技术中的缺陷。

该目的通过根据本发明的方法实现，其中被介质冷却的第一热载体用于形成第二热载体。

利用本发明的方法，可以使得冷却的第一热载体中储存的能量用于增加介质的焓。特别地，水蒸气被冷凝，所得冷凝热传递给第二热载体的水。由于冷凝热返回了工艺过程中而没有损失到大气中，因此通过第二热载体被加热和/或蒸发的介质能够进一步被第二热载体加热，而不会如现有技术那样出现热效率降低。

根据本发明的方法，为了形成第二热载体，冷却的第一烟气独立于第二烟气或与第二烟气一起被注入到含水物质系统中。

两个热载体所需的烟气通过在燃烧器中燃烧燃料形成，在所述燃烧器中有利的是通入空气或富氧空气或其它含氧气体混合物作为氧化剂。与通常的化学术语不同，在本发明中，只有含有氧并且能在与燃料的反应中释放出氧的物质或物质混合物才称为氧化剂。优选地，在燃烧器中产生第一烟气，而为了产生第二烟气使用第二燃烧器。然而，在根据本发明的一个变体中，只使用一个燃烧器，在其中不仅生成第一烟气还生成第二烟气。

在根据本发明的一个优选实施方案中，产生的第一热载体为含氧烟气，为此第一燃料在过氧条件下燃烧。在被介质冷却后，含氧烟气作为氧化剂全部送入到燃烧器中，在燃烧器中通过燃烧第二燃料生成第二烟气。理想地，产生第一烟气的方式是与冷却的第一烟气一起进入第二燃烧器的氧的量足够完全氧化第二燃料。如果与第一烟气一起进入的氧的量不足以完全氧化第二燃料，本发明还将提供另外的氧化剂，优选空气，进入第二燃烧器。

本发明的方法特别适用于蒸发低温液体，例如液态天然气、液态乙烯、液态二氧化碳或液态氮，并使在该工艺中形成的气相过热至20℃以上的温度。然而，也可以用于加热超临界介质或低温气体，例如二氧化碳。

另外，本发明涉及一种增加介质焓的装置，使用产生第一烟气的燃烧器和产生第二烟气的燃烧器，并且使用第一热交换器和第二热交换器，其中，在所述第一热交换器中从由第一烟气组成的第一热载体中获取能量，在第二热交换器中从第二热载体中获取能量，在每种情况下所述能量都能通过间接热交换传递给介质，所述装置还具有混合器，在所述混合器中水能与烟气混合用于形成第二热载体并且在其中设置第二热交换器。

根据本发明的目的通过本发明的装置实现，所述装置包括进料器，通过所述进料器能够将被介质冷却的第一热载体送入到所述混合器中以形成第二热载体。

这种情况下，所述进料器的构造方式可以是在被冷却的第一热载体送入混合器之前，其可以改变被冷却的第一热载体的化学组成。