[发明专利]热交换器和相关方法有效

专利信息
申请号: 201180051623.6 申请日: 2011-11-03
公开(公告)号: CN103189701A 公开(公告)日: 2013-07-03
发明(设计)人: T·D·特纳;M·G·麦克凯拉 申请(专利权)人: 巴特勒能源同盟有限公司
主分类号: F25J3/08 分类号: F25J3/08
代理公司: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 朱立鸣
地址: 美国爱*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 热交换器 相关 方法
【说明书】:

相关申请案

本申请要求2010年11月3日提交的标题为“HEAT EXCHANGER AND RELATED METHODS”的美国非临时专利申请序号12/938,826的权益和优先权,所述专利以引用的方式整体并入本文。

本申请涉及2007年9月13日提交的标题为“Heat Exchanger and Associated Methods”的共同待决的美国专利申请序号11/855,071、2010年11月3日提交的标题为“Vaporization Chambers and Associated Methods”的美国专利申请序号12/938,761,以及2010年11月3日提交的标题为“Sublimation Systems and Associated”的美国专利申请序号12/938,967,上述申请中的每个的公开内容以引用的方式整体并入本文。

政府权利

本发明由政府支持在美国能源部授予的合同号DE-AC07-05ID14517下进行。政府具有本发明的某些权利。

技术领域

本发明的实施方案一般涉及热交换器和与其使用相关联的方法。更具体来说,本发明的实施方案涉及包括外壳和加热构件的热交换器,其被配置成将流体供应到与另一流体的连通中。本发明的实施方案另外涉及在流体之间传热、在流体内的固体颗粒的升华和流体输送的方法。

发明背景

液化天然气的生产为将大部分甲烷(CH4)气体变为液态的制冷过程。然而,除有甲烷之外,天然气由各种气体组成。天然气中含有的一种气体为二氧化碳(CO2)。二氧化碳以约1%的数量存在于在美国可见的大部分天然气基础结构中,并且在世界各地的许多地方二氧化碳含量高的多。

二氧化碳可能在天然气液化的过程中引起问题,这是因为二氧化碳具有比甲烷的液化温度高的冻结温度。二氧化碳比甲烷高的冻结温度将在天然气冷却时导致固体二氧化碳晶体形成。这个问题使得必须在传统设备中进行液化过程之前从天然气中除去二氧化碳。在液化过程之前使二氧化碳与天然气分离的过滤设备可能是大型的、可能需要大量的能源来操作和可能是非常昂贵的。

小型液化系统已被开发和正变得很受欢迎。在大多数情况下,这些小型设备简单地使用现有液化和二氧化碳分离过程的缩尺表示。爱达荷州国家实验室已开发创新的小型液化设备,其消除了需要二氧化碳的昂贵的、设备密集型预清洗。用天然气流处理二氧化碳,并且在液化步骤期间将二氧化碳转变为液化天然气工业生产液流内的结晶固体。然后,将液体/固体浆料转移到分离器件,其引导溢流的清洁的天然气液体出口和底流的二氧化碳浓缩浆料出口。

然后,通过热交换器处理底流浆料以使二氧化碳升华变回气体。在理论上这是非常简单的步骤。然而,固体二氧化碳与液化天然气之间的相互作用产生很难用常规热交换器解决的情况。在液体浆料中,二氧化碳处于纯的或几乎纯的过冷状态和不可溶于液体的。相对于载液的密度而言,二氧化碳是足够重的,以迅速地沉淀到大部分流态的底部。当发生沉淀时,热交换器的管道和端口可能随着二氧化碳的数量增加而变得塞紧的。除在不良位置收集之外,二氧化碳倾向于聚集在一起,从而使得涌过系统变得更加困难。

使二氧化碳升华变回气体的能力取决于使固体通过气体的液相而无需收集和聚集到插塞中。当加热液化天然气时,液化天然气将保持在约-145℃的近似恒温(在50psig(约446kPa)下)直到所有液体已从两相气体传递到单相气体。固体二氧化碳将不能升华变回气体直到周围的气体温度已达到约-60℃。在液态甲烷中容易地运输固体二氧化碳时,在使液化天然气汽化时,基本上减少了将固体二氧化碳晶体运输到热交换器的较温暖的部分的能力。在移动的汽化天然气是运输固体二氧化碳晶体的唯一方法时的温度下,晶体可能由于彼此的滚转相互作用而开始聚集在一起,从而导致上述堵塞。

除聚集之外,当晶体到达热交换器的较温暖的区域时,晶体开始熔化或升华。如果发生熔化,晶体的表面变得粘性的,从而使晶体倾向于粘住热交换器的壁、降低热交换器的效率和产生局部污垢。在流体速度不足以驱逐污垢时,局部污垢区域可能使热交换器变得封闭并且最后被塞住。

发明概要

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