[发明专利]液化天然气蒸发气体的再液化流程

说明书

本发明是关于储存容器中液化天然气（LNG）蒸发损耗的回收工艺。

与陆基储存罐一样，在运输液化天然气货物的海洋油轮中，由于热量透过液化天然气储存容器周围的隔热层，导致一部分液化（对液化天然气来说通常数量为大约每天0.1%至0.25%）蒸发而损失。更严重的是，热量漏入海运和陆运液化天然气的储存容器，引起液相蒸发而增大了容器所受的压力。

船上液化天然气储存罐的蒸发损耗常被用来作为辅助能源，为船上的锅炉和发电机提供动力。但是最近液化天然气油轮的设计采用了柴油发动机，而不是蒸汽发动机，这样就消除了由液化天然气的蒸发损耗提供补充能源的必要。

最近通过的法律禁止油轮在城市及其附近地区通过排入大气或燃烧方式排放含碳氢化合物的物质，再加上节省能源支出越来越受重视，这使得新油轮的设计中装上了回收液化天然气蒸发损耗的再液化装置。

人们已经在回收从储存罐中蒸发的含氮气的汽化天然气方面作出了努力。在典型的情况下，这些系统使用了闭路致冷系统，其中循环气体被压缩、冷却、膨胀而产生致冷，然后回到压缩机。下面的专利是有代表性的：

美国专利3，874，185号发表了一个利用闭路氮气致冷循环的再液化工艺，其中，使液化天然气冷凝的致冷最低度或最冷度是由一个等熵膨胀束流提供的，而其余的致冷是由致冷剂剩余的第二部分等焓膨胀提供的。在一个实施例中，等焓膨胀束流的剩余部分经过一个相分离过程，使液体和蒸汽部分分开。在致冷要求较低的阶段，液体部分中的一部分被储存，在致冷要求较高的阶段，储存的液体部分中的一部分被再循环进入致冷系统。

本发明对大约含0至10%氮气的液化天然气提供了一个灵活的和高效率的再液化工艺。先有技术的工艺通常不能对有如此宽的氮气含量范围的液化天然气进行有效的再液化。它们的设计仅对窄的浓度范围发挥作用。当杂质含量偏离了设计标准时，再液化装置的效率就会变得很低。本发明的实施例消除了这个缺陷。

由储存容器中的液化天然气蒸发产生的汽化天然气的再液化工艺流程利用了闭路氮气致冷循环，本发明是对该工艺流程的改进。在这个汽化天然气再液化流程中，闭路致冷系统包括以下步骤：

＊在压缩系统中压缩作为工作流体的氮气，形成压缩工作流体;

＊将压缩工作流体分为第一和第二束流;

＊等焓膨胀第一束流，从而产生一个冷第一束流，然后从汽化天然气和再循环压缩工作流体中吸热;

＊等熵膨胀第二束流，从而形成一个冷膨胀束流，然后从汽化天然气中吸热，以形成至少部分冷凝的汽化天然气，再然后从工作流体中吸热;最后

＊使所得到的已升温的等焓膨胀和等熵膨胀束流回到压缩系统。

对再液化大约含0至10%氮气体积的汽化天然气的闭路致冷过程所做的改进包括：

（a）当氮气含量约为0-5%时，在一定条件下实现上述第一束流的等焓膨胀，该条件是使其在高于等熵膨胀束流的压强下至少产生一部分液体;

（b）这部分液体在被送回压缩系统之前，从部分冷凝的汽化天然气和压缩工作流体中吸热。

当氮气含量约从5-10%，该工艺流程包括以下步骤：

（a）在一定条件下实现上述第一束流的等焓膨胀，该条件是使其在高于等熵膨胀束流的压强下至少产生一部分液体;

（b）这部分液体在被送回压缩系统之前，从部分冷凝的汽化天然气和压缩工作流体中吸热;

（c）如果产生了蒸汽，则将这部分蒸汽与液体部分分开;

（d）如果产生了蒸汽，则使这部分蒸汽从汽化天然气和再循环压缩工作流体中吸热;

（e）将步骤（a）中形成的液体部分分为一个第一大部分和一个第二小部分;

（f）液体部分的第一大部分从汽化天然气中吸热，与之平行进行的是所述等熵膨胀第二束流的吸热;同时

（g）等焓膨胀第二小部分，以产生一个冷的第二液体部分和第二蒸汽部分，然后让冷的第二液体部分和所述的第二蒸汽部分从部分冷凝的汽化天然气中吸热，从而实现汽化天然气的最终冷凝。

本发明具有若干优点，它们是：

（a）能够获得致冷循环气体的升温曲线和汽化的液化天然气束流的降温曲线之间更好的匹配，从而减小了实现再液化所要求的能量;而且

（b）能够获得更高的效率，从而允许减小实现再液化所要求的热交换器的表面积。

图1是表示被称为骤冷器J-T流程的闭路过程的工艺流程图。

图2是被称为双J-T流程的闭路过程的工艺流程图。

图3是回收汽化天然气的闭路过程的先有工艺流程图。