用于气化LNG和用于在低温下发电的方法与流程

用于气化lng和用于在低温下发电的方法
技术领域
1.本发明在液化天然气(liquefied natural gas，lng)的再气化和能量回收领域中获得应用。


背景技术：

2.有机朗肯循环
3.有机流体朗肯循环(organic fluid rankine cycle，orc)被广泛应用于地热领域和工业过程中采用生物质和废热回收的应用，具有在几十种候选流体中选择工作流体的可能性，从而允许实现高效的热力学循环，即使在低源温度和小热量可用性的情况下也是如此。
4.选择低沸点流体还允许达到低于室温的温度，具有在低温下实现冷凝循环的可能性，而不会招致冻结或过高真空度的问题。
5.从1965年到2013年，ormat、r.g.jackson、reickichi nozawa、fluor、exxon mobil提出了许多关于适用于lng再气化的orc的专利。
6.最近，saipem还公布了自己的orc循环专利，该循环对从lng和lpg开始生产的单一流体起作用(wo2020/075112a1)。
7.基于高沸点工作流体(被称为imr)，它需要使用高温热源，并且其被设计为通过使用废热蒸发lng流(冷却流体并且同时是冷源)来最大化可以从所述源提取的机械功率。
8.这种想法的优点是不会对环境产生直接的热影响，并且通常利用燃料，它确保了独立于环境条件的连续发电；此外，imr的配方被设计以便充分利用蒸发的lng流中所包含的千卡，同时使用简单的循环，即由用于所述工作流体的膨胀的单个机器(膨胀器)组成。
9.然而，除非orc循环与昂贵的co2封存系统相结合，否则燃料的使用具有利用不可再生能源并涉及二氧化碳排放到大气中的缺陷。
10.对与温室气体排放有关的环境污染日益敏感，使市场转向不涉及燃料的使用的解决方案。
11.反相混合制冷剂(inversed mixed refrigerant，imr)是一种易于获得且廉价的流体，并且具有类似于lng的那些热力学特性，仅在相对高的压力下在lng储存温度下完全冷凝；然而，除了在略高于冷凝压力的压力下，它可能不会在室温下完全蒸发。
12.在这两个约束之间，可用于发电的膨胀比被大大降低到使其不适合在仅存在室温源的情况下使用的程度。
13.现有技术文献us3.479.832描述了一种用于蒸发液化天然气的方法(process)，其分离液体(28，44)和气体(26，4，42)富含单组分的馏分，以及用于借助使用具有可变成分的工作流体来发电。


技术实现要素：

14.本专利申请的发明人已经开发了一种用于气化液化天然气(lng)和用于发电的方
法，其使用通过混合液化天然气(lng)和液化石油气(liquefied petroleum gasses，lpg)获得的工作流体，特别适合于在低温下操作。
15.发明目的
16.在第一个目的中，本发明描述了用于气化液化天然气(lng)和用于发电的方法。
附图说明
17.图1示出了如现有技术文献wo2020/075112a1中所述的用于气化液化天然气(lng)和用于发电的方法的图。
18.图2示出了根据本发明的第一实施例的方法的图。
19.图3示出了根据本发明的第二实施例的方法的图。
具体实施方式
20.imr-反相混合制冷剂/
21.所述imr工作流体为液体混合物。
22.特别地，这种流体是通过混合商业液化石油气(lpg)和商业液化天然气(lng)而获得的。
23.术语“商业液化石油气(lpg)”是指特征被明确限定的燃料，用于民用和工业领域的常见用途，具有以下特性：
[0024]-蒸汽压在100
°
f；
[0025]-在大气压力下，假设样品的95％体积蒸发的最低温度，可能是根据精确的方法加热；
[0026]-具有碳原子数大于4的分子的摩尔百分含量；对于本发明的目的，实际上还包含碳原子数为7或》7的烃。
[0027]
众所周知，液化石油气(lpg)在原油中被掺合，并通过在顶部塔中精炼而从原油中分离。
[0028]
各种精炼方法生产液化石油气(lpg)；例如，裂解生产作为副产品的液化石油气(lpg)。
[0029]
为了本发明的目的，液化石油气(lpg)优选地被限定为可燃流体，其特征落在下表中所限定的范围内：
[0030]
[0031][0032]
(1)在大气压力下，获得被检样品体积的95％的蒸发量的最高温度。
[0033]
(2)至少有5个碳原子的分子的含量。
[0034]
术语“商业液化天然气(lng)”是指主要处于液相中的烃流体，所述液相通过在足够低的温度下冷凝天然气以使其即使在大气压下也保持液态而获得。
[0035]
已知天然气主要由甲烷和轻烃组成，软烃很少具有》5的碳原子数；它也可能含有可变比例的氮。
[0036]
就本发明而言，“imr”被限定为通过将1体积的液化天然气(lng)与0.25至1.2体积的液化石油气(lpg)之间的一定量的液化石油气(lng)混合而获得的液化天然气(lng)和液化石油气(lpg)的任何混合物。
[0037]
用于制备imr工作流体的方法在专利申请wo2020/075112a1(saipem s.p.a.)中被详细描述，其内容通过引用被完全并入。
[0038]
液化天然气(lng)气化管线
[0039]
为了本发明的目的，液化天然气(lng)气化管线源自液化天然气(图2和3中的lng)的储罐，其一旦被气化，就被馈送到网络(图2中的ng)中。
[0040]
特别是，气化是通过几个加热步骤而获得的，这与由于增加的方法效率而增加的系统复杂性相容。
[0041]
根据本发明的一个优选实施例，提供了三个液化天然气加热步骤，其中液化天然气的流(flow)通过从一个或多个流中获取热量来交换热量。
[0042]
更具体地，根据图2和3中所示的，离开专用罐(lng)的液化天然气的流40经受第一加热步骤，从而获得部分再气化的流41，它在第二步骤期间被进一步加热，从而获得被再气化的流42，之后的第三加热步骤，其产生完全被再气化的流43。
[0043]
limr循环-低温反相混合制冷剂
[0044]
limr循环通过利用第一工作流体(1mf或limr)来实施，并且包括膨胀器(图2中的ex)、一个或多个低温热源(图2中的h1、h2)和每个包含第二或第三工作流体的罐(图2中的v1、v2和v3)。
[0045]
特别地，第一罐v1包括一定量的第二工作流体(2mf)，其在本发明的优选方面中是反相混合制冷剂(imr)。
[0046]
第二罐v2和第三罐v3包括一定量的第三工作流体，其在本发明的优选方面中是液化天然气(lng)。
[0047]
关于膨胀器(ex)，这优选地是用于发电的涡轮机。
[0048]
根据本发明的第一目的，描述了一种用于气化液化天然气(lng)和用于发电的方法，其包括以下步骤：
[0049]
1)使第一工作流体1mf在气相1中的流经受第一冷却步骤，从而获得所述第一工作流体1mf的冷却流2，
[0050]
2)将所述第一工作流体1mf的所述冷却流2送到包含一定量的第二工作流体2mf的第一罐v1，
[0051]
3)分离第一冷凝馏分3和第一气态部分6，
[0052]
4)使所述第一气态部分6经受第二冷却步骤，从而获得第一冷凝部分7，
[0053]
5)将所述第一冷凝部分7送到包含一定量的第三工作流体3mf的第二罐v2，
[0054]
6)分离第二冷凝馏分8和第二气态部分12，
[0055]
7)使所述第二气态部分12经受第三冷却步骤，从而获得冷凝的最终部分13，
[0056]
8)将所述冷凝的最终部分13送到包含一定量的所述第三工作3mf的第三罐v3，从而获得第三冷凝馏分14，
[0057]
9)使所述第一冷凝馏分3经受泵送步骤，从而获得第一泵送冷凝馏分4，并且经受热交换步骤，从而获得用于混合所述工作流体的第一部分5，
[0058]
10)使所述第二冷凝馏分8经受泵送步骤，从而获得第二泵送冷凝馏分9，经受第一热交换步骤，从而获得第二泵送和较高温度的冷凝馏分10，以及经受第二热交换步骤，从而获得用于所述工作流体的第二混合部分11，
[0059]
11)使所述第三冷凝馏分14经受泵送，从而获得第三泵送冷凝馏分15，经受第一热交换，从而获得第三泵送和较高温度的冷凝馏分16，以及经受第二热交换，从而获得用于所述工作流体的第三混合部分17，
[0060]
12)在混合器m中混合用于所述第一工作流体的所述第一5、第二11和第三17混合部分，从而获得所述第一工作流体的初始流18，
[0061]
13)借助第二低温热源h2加热所述第一工作流体的所述初始流18，从而获得所述第一工作流体的加热流19，
[0062]
14)将所述第一工作流体的加热流19膨胀到发电的膨胀器ex中，从而获得第一膨胀和冷却的工作流体的流20，
[0063]
15)借助第一低温热源h1加热所述第一膨胀和冷却的工作流体的所述流20，从而获得在步骤1)的气相1中的第一工作流体的流。
[0064]
根据本发明的一个方面，在步骤1)期间，所述第一工作流体1的流主要处于气相中。
[0065]
根据本发明的特定方面，在步骤3)期间，通过将冷却流2的液体馏分与被包含在第一罐v1中的所述第二工作流体2mf混合而获得第一冷凝馏分3。
[0066]
根据本发明的一个方面，在步骤4)期间，获得的所述第一冷凝部分7不是完全被冷凝而是仅部分被冷凝。
[0067]
根据本发明的另一方面，在步骤6)期间，通过将所述第一部分冷凝部分7的液体馏分与被包含在第二罐v2中的所述第三工作流体3mf混合而获得第二冷凝馏分8。
[0068]
根据本发明的一个方面，在步骤11)期间，所述第三泵送和较高温度的冷凝馏分16可以不被冷凝。
[0069]
为了本发明的目的，使用低温热源执行步骤13)和15)。
[0070]
特别地，低温热源可以是：周围空气、海水、低温太阳热能、低温热力学循环的耗尽
热、来自方法和/或低温机械的热回收，其中“海水”不仅指经过适当处理以除去沉积物的泵送海水，并且更一般的，指从河流、运河、水井、天然盆地(诸如湖泊等)和人工盆地获得的环境水。
[0071]
通常，低温源是具有大约在0-55℃之间的温度的源。
[0072]
当提及具有“较高”温度或“较高”压力的流时，意味着这样的流已经经受了加热或泵送步骤，其与其之前相比具有增加的温度或压力。
[0073]
特别参照图2所示的图，在热交换步骤期间，第一工作流体的流1被冷却。
[0074]
冷却确定所述第一工作流体的重馏分3的冷凝，其在第一罐v1内部被分离，在其中包含第二工作流体2mf。
[0075]
重馏分是指化学成分与imr类似的液体馏分，而“类似”是指分子量变化约为40％左右。
[0076]
所述重馏分3由第一泵p1泵送，从而获得泵送的重馏分4，其在加热步骤之后，形成用于第一工作流体5的第一混合部分。
[0077]
同样的冷却还确定了第一气态部分6的分离，该第一气态部分6经受进一步的热交换步骤，从该步骤特别是获得进一步冷却的第一气态部分7。
[0078]
该冷却确定了重馏分8的进一步冷凝，该重馏分8在第二罐v2内部被分离，其包含液化天然气lng作为第三工作流体3mf。
[0079]
所述重馏分8由第二泵p2泵送，从而获得泵送的重馏分9，其经受第一加热，提供预加热的流10，并经受第二加热，形成用于第一工作流体11的第二混合部分。
[0080]
同样的冷却还确定了第二气态部分12的分离，其经受甚至进一步的冷却步骤，因此获得最终的冷凝部分13。
[0081]
所述最终的冷凝部分13被发送到包含液化天然气(lng)作为第三工作流体3mf的第三罐v3。
[0082]
来自第三罐v3的流出随后经受第一热交换步骤和随后的第二热交换步骤，从而获得用于第一工作流体17的第三混合部分。
[0083]
关于用于第一工作流体17的第三混合部分，这然后在混合器(图2中的m)内部与上述第一和第二混合部分(分别对应于图2中的流5和11)混合。
[0084]
从混合器m内部的混合获得的工作流体18(limr)然后经受使用第二低温热源(图2中的h2)的加热步骤，从而获得加热流19，其随后在膨胀器(图2中的ex)中膨胀以产生能量。
[0085]
在膨胀之后，膨胀流20经受使用第一低温热源(图2中的h1)的加热步骤，从而获得膨胀和加热的流1。
[0086]
这样的膨胀和加热的流1可以因此重新进入如上所述的作为第一工作流体1mf的循环。
[0087]
为了本发明的目的，液化天然气的流40在与上述流中的一种或多种进行热交换中被气化。
[0088]
更具体地说，液化天然气的流40经受：
[0089]-对应于上面指出的步骤7)的第一热交换，从而获得被部分再气化的液化天然气的流41；
[0090]-对应于上述步骤4)和步骤10)和11)的第二热交换，从而获得进一步被再气化的
液化天然气的流42；
[0091]-对应于上述步骤1)、9)、10)和11)的第三热交换，从而获得被完全再气化的天然气的流43。
[0092]
根据本发明的实施例，例如在图3中所示，在第一热交换步骤期间可以进一步涉及第三低温热源h3，其借助中间载流体加热：
[0093]-进一步被加热的天然气的流42(在第二加热步骤之后)，
[0094]-第一泵送冷凝馏分4，
[0095]-第二泵送和较高温度的冷凝馏分10，
[0096]-第三泵送和较高温度的冷凝馏分16。
[0097]
如图3的图示所示，实际上，载流体50的流被第四泵p4泵送，从而获得在更大压力下的流51。
[0098]
这样的较高压力流51在第一热交换步骤期间释放卡路里，从而获得载流体的冷却流52。
[0099]
从上面的描述中，本发明的方法所提供的优点对于本领域技术人员来说是立即显而易见的。
[0100]
特别地，这样的方法利用低温热源，因此意味着室温下的源，诸如例如海水或天然或人工水库。
[0101]
相对于专利申请wo2020/075112中描述的方法和功率循环，本发明的功率循环具有相同的功效和相同的系统简单性。
[0102]
有利的是，本发明的循环还可以在低温下操作。
[0103]
由于不需要燃料，上述方法不依赖于不可再生能源，并且也不涉及二氧化碳的生产。

技术特征：
1.一种用于气化液化天然气(lng)和用于发电的方法，包括以下步骤：1)使气相(1)中的第一工作流体1mf的流经受第一冷却步骤，从而获得所述第一工作流体1mf的冷却流(2)，2)将所述第一工作流体1mf的所述冷却流(2)送至含有一定量的第二工作流体2mf的第一罐v1，3)从所述第一罐v1中分离出第一冷凝馏分(3)和第一气态部分(6)，4)使所述第一气态部分(6)经受第二冷却步骤，从而获得第一冷凝部分(7)，5)将所述第一冷凝部分(7)送至含有一定量的第三工作流体3mf的第二罐v2，6)从所述第二罐v2中分离出第二冷凝馏分(8)和第二气态部分(12)，7)使所述第二气态部分(12)经受第三冷却步骤，从而获得冷凝的最终部分(13)，8)将所述冷凝的最终部分(13)送至含有一定量的所述第三工作3mf的第三罐v3，从而获得第三冷凝馏分(14)，9)使所述第一冷凝馏分(3)经受泵送步骤，从而获得第一泵送冷凝馏分(4)，并且经受热交换步骤，从而获得用于混合所述工作流体的第一部分(5)，10)使所述第二冷凝馏分(8)经受泵送步骤，从而获得第二泵送冷凝馏分(9)，经受第一热交换步骤，从而获得第二高压和较高温度的冷凝馏分(10)，并且经受第二热交换步骤，从而获得用于混合所述工作流体的第二部分(11)，11)使所述第三冷凝馏分(14)经受泵送，从而获得第三泵送冷凝馏分(15)，经受第一热交换，从而获得第三泵送和较高温度的冷凝馏分(16)，并且经受第二热交换，从而获得用于混合所述工作流体的第三部分(17)，12)混合所述第一部分(5)、第二部分(11)和第三部分(17)，用于在混合器m中混合所述第一工作流体，从而获得所述第一工作流体的初始流(18)，13)借助第二低温热源h2加热所述第一工作流体的所述初始流(18)从而获得所述第一工作流体的加热流(19)，14)将所述第一工作流体的所述加热流(19)膨胀到发电的膨胀器ex中，从而获得所述第一膨胀和冷却的工作流体的流(20)，15)借助第一低温热源h1加热所述第一膨胀和冷却的工作流体的所述流(20)，从而获得在步骤1)的所述气相(1)中的第一工作流体的流，其中：-在步骤7)期间，执行与液化天然气的流(40)的热交换，从而获得被部分再气化的天然气的流(41)，-在步骤4)、10)和11)期间执行与所述被部分再气化的天然气的流(41)的热交换b)，从而获得进一步被再气化的天然气的流(42)，-在步骤1)、9)、10)和11)期间执行与所述进一步被再气化的天然气的流(42)的第三热交换，从而获得被完全再气化的流(43)，并且其中：所述第二工作流体2mf是通过将一定量的液化石油气(lpg)添加到一定量的液化天然气(lng)中而获得的流体，所述一定量的量使得0.25至1.2体积的液化石油气(lpg)被添加到所述1体积的液化天然气中，其中所述第三工作流体3mf为液化天然气(lng)。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中，在步骤13)和15)期间采用低温热源。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤1)的所述热交换步骤期间进一步采用第三低温热源(h3)。4.根据前述权利要求所述的方法，其中，与所述第三低温热源(h3)的所述热交换是借助载流体而间接进行的。

技术总结
本发明描述了一种用于气化液化天然气(LNG)和用于发电的方法，其在低温下高效地操作。作。作。


技术研发人员：马泰奥
受保护的技术使用者：塞彭公司
技术研发日：2021.07.28
技术公布日：2023/5/16