一种以NGH为媒介的LNG调峰方法技术

本发明专利技术属于NG调峰技术领域，涉及一种以NGH为媒介的LNG调峰方法，基于LNG调峰装置实现，工艺过程包括LNG气化、一级反应、二级反应、三级反应和NGH分解共五个步骤，采用三级反应，对冷能和压力的进行梯间利用，使单循环的反应效率明显提高，单位产能的耗能明显降低，第一级的反应釜中的隔板架显著降低了高压水合物浆生成时的放大效应，塔板的高度以及通气孔的数量和大小为高压水合物浆提供流动保障，避免了堵塞，第二级的喷射反应器充分利用高压水合物浆的高压提供良好的气液接触界面，第三级的旋液分离器利用第三股气体物料和低含水量的水合物浆的切向接触提供了气液界面的更新，使两相的充分湍动，耦合了反应与分离功能。

A method of LNG peak regulation based on NGH

The invention belongs to the technical field of NG peak shaving, and relates to a method of LNG peak shaving with NGH as the medium. Based on the realization of LNG peak shaving device, the process includes five steps: LNG gasification, primary reaction, secondary reaction, tertiary reaction and NGH decomposition. The three-stage reaction is adopted to make use of the cold energy and pressure between steps, so that the reaction efficiency of single cycle is significantly improved and the energy consumption per unit capacity is clear The baffle frame in the first stage of the reactor significantly reduces the amplification effect when the high-pressure hydrate slurry is generated. The height of the tray and the number and size of the vent holes provide flow guarantee for the high-pressure hydrate slurry and avoid blockage. The second stage of the jet reactor makes full use of the high-pressure hydrate slurry to provide a good gas-liquid contact interface, and the third stage of the Liquid-liquid Cyclone separator is advantageous The tangential contact between the third gas material and the hydrate slurry with low water content provides the renewal of the gas-liquid interface, which makes the two phases fully turbulent and coupling the reaction and separation functions.

【技术实现步骤摘要】
一种以NGH为媒介的LNG调峰方法
：本专利技术属于NG(天然气)调峰
，具体涉及一种以NGH(天然气水合物)为媒介的LNG(液化天然气)调峰方法。
技术介绍
：近年来，随着能源结构的优化以及对环保要求的提高，相对煤和石油来说，NG作为一种清洁的化石能源得到了人们不断的关注和研究。居民燃气使用、天然气化工、燃气发电以及能源燃料等领域的高速需求，极大地促进了NG产业的发展。面对强劲的需求，一方面需要在NG产量较高的地区积极开展NG资源的勘探与开发工作，另一方面需要加大对NG的海外进口。而作为经济有效的海上长距离运输的LNG，其大量进口、对LNG的接收、储存和调峰的基础设施建设及配套工程提出了极大的要求。目前的LNG储存技术主要采用高压低温球罐储存，其存在处理大量BOG的问题，基于LNG储存的低温高压要求，储存工艺和设备的安全性和复杂性使得存储成本异常高昂。NGH作为一种广泛存在于海底和冻土地带的非常规化石能源，可以在高压和低温环境下生产。理论上单位体积的NGH可以释放165倍的甲烷，同时NGH可以在低温(-15℃，此温度远高于LNG储存要求的低温环境-162℃)常压下长期保存而只有微量的分解。这在理论上表明将NG与水在高压低温下反应生产NGH并低温储存，在NG需求高峰时分解NGH输出NG具有很高的经济价值。从城市NG使用量可以看出，6月份到10月份为NGH使用量的低峰时期，同时在该时期LNG的价格相对其他时期也较低。如果此时进口大量的LNG，将LNG气化形成NG同时与水反应生成NGH，再保存NGH至秋冬季用气高峰时分解释放用于NG的调峰，具有非常大的经济效益。NGH的存储条件比LNG的储存条件温和，只需要低温常压环境，在数月的储存期内，LNG的储存成本远高于NGH的储存。同时，LNG在储存过程中因设备的非完全隔热会生成大量的BOG(闪蒸气)，回收BOG的工艺由于需要高能耗的压缩机大量做功，加之冷却BOG的冷量成本，使得储存成本非常高昂。利用NGH储存，即使设备同样也是非完全隔热，表面NGH分解后形成的NG与冰起到对内层NGH的保护效应，极大降低了NGH储存工艺的复杂性。另外，从安全方面角度考虑，当LNG储存罐发生泄漏，大量LNG气化膨胀形成NG，极具危险性，而NGH具有本质安全的储存性能，根本原因在于，气体甲烷分子被水分子形成的氢键骨架所封闭，如果释放气体分子，必须先破坏水的氢键骨架为前提，NGH中每克水融化的潜热为0.5-0.6kJ，远高于每克冰融化的潜热0.335kJ，使得NGH需要大量的热才能分解。此外NGH的热导率仅为0.5W·m-1·K-1，远低于冰的热导率2.23W·m-1·K-1，即使NGH暴露在常压常温下，受低热导率影响，NGH分解和释放气体速率慢，在燃烧的情况下也呈现缓慢的态势，从根本上解决了LNG泄露可能导致爆炸的问题。由此可见，将LNG气化形成NG同时与水反应生成NGH进行储存是一个本质十分安全的方法，日本三井公司已经进行了将LNG转化为NGH，并运输NGH至用气点的小试和中试实验，并且展现了很好的经济性，但是其并没有充分利用NGH储存性能的优势。因此，研发设计一种以NGH为媒介的LNG调峰工艺方法，充分发挥和利用NGH的储存性能优势。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种以NGH为媒介的LNG调峰方法，实现LNG转化生成NGH的连续化，同时，利用LNG气化生成NG时释放的冷能为冷库和三级反应器保冷。为了实现上述目的，本专利技术涉及的以NGH为媒介的LNG调峰方法基于LNG调峰装置实现，工艺过程包括LNG气化、一级反应、二级反应、三级反应和NGH分解共五个步骤：(一)LNG气化：将码头运输船中的LNG输送至LNG储罐，启动潜液泵和外输泵将LNG加压输送至一号换热器，一号换热器将LNG的冷能输送至冷库，将冷库的温度维持在-20℃，LNG经过一号换热器后变成低温气态的NG，低温气态的NG进入二号换热器，低温气态的NG的冷能从二号换热器进入海水换热器后经过预冷器，从旋液分离器的底部进入并穿过旋液分离器、喷射反应器和反应釜的夹套，从反应釜的顶部出来后回到二号换热器，形成冷媒循环链；低温气态的NG经过二号换热器后分配成三股气体物料；(二)一级反应：第一股气体物料先通过一号压缩机压缩至设定压力，再通过预冷器换热至设定温度后进入反应釜，反应釜顶部的液体物料通过液体分布器均匀喷洒，第一股气体物料通过气体分布器均匀喷射，液体物料横向流经塔板，第一股气体物料穿过通气孔，液体物料与第一股气体物料反应生成含有大量水的高压水合物浆，高压水合物浆被反应釜的压力压入喷射反应器；(三)二级反应：第二股气体物料被高压水合物浆吸入喷射反应器，在喷射反应器的扩散室，高压水合物浆喷射形成的浆状小球，第二股气体物料与浆状小球反应，以降低浆状小球的含水量，形成低含水量的水合物浆；(四)三级反应：低含水量的水合物浆以切向方向进入旋液分离器，同时，第三股气体物料以相反的切向方向进入旋液分离器，低含水量的水合物浆中的大部分水与第三股气体物料进行湍动混合反应形成NGH，NGH沿着内筒旋转至旋液分离器的底部后进入NGH收集器，NGH收集器集满后被运输至冷库，低含水量的水合物浆中未反应的水通过间壁孔板被旋分至外筒的底部后被一号泵输送至反应釜的顶部作为液体物料继续与第一股气体物料反应，反应釜顶部的液体物料还来源于由二号泵抽取并通过海水换热器换热至设定温度的新鲜水；(五)NGH分解：用气高峰时，关闭一号换热器与冷库的连接，开启热管，热管利用地热加热冷库，打开NGH收集器，NGH分解释放NG，NG被二号压缩机压缩至设定的压力等级后进入管网。本专利技术涉及的LNG调峰装置的主体结构包括LNG储罐、潜液泵、外输泵、一号换热器、二号换热器、反应釜、喷射反应器、旋液分离器、一号压缩机、海水换热器、NGH收集器、一号泵、预冷器、二号泵、收缩口、液体分布器、隔板架、气体分布器、扩散室、间壁孔板、内筒、外筒、一号阀门、一号压力表、二号阀门、二号压力表、三号阀门、三号压力表、冷库、二号压缩机、管网和热管；LNG储罐的内部设置有潜液泵，潜液泵与外输泵连接，外输泵与一号换热器连接，一号换热器与二号换热器连接，二号换热器分别与反应釜、喷射反应器、旋液分离器、一号压缩机和海水换热器连接，旋液分离器分别与NGH收集器和一号泵连接，一号泵与反应釜连接，一号压缩机与预冷器连接，预冷器与反应釜连接，海水换热器分别与反应釜和二号泵连接，反应釜通过收缩口与喷射反应器连接，反应釜的内部设置有液体分布器、隔板架和气体分布器，液体分布器位于上部，隔板架位于中部，气体分布器位于下部，喷射反应器的内部设置有扩散室，喷射反应器通过扩散室与旋液分离器连接，旋液分离器的内部由间壁孔板分成内筒和外筒；二号换热器与喷射反应器之间设置有一号阀门，一号阀门与喷射反应器之间设置有一号压力表，二号换热器与旋液分离器之间设置有二号阀门，二号阀门与旋液分离器之间设置有二号压力表，二号换热器与一号压缩机之间设置有三号阀门，三号阀门与反应釜之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以NGH为媒介的LNG调峰方法，其特征在于基于LNG调峰装置实现，工艺过程包括LNG气化、一级反应、二级反应、三级反应和NGH分解共五个步骤：/n(一)LNG气化：将码头运输船中的LNG输送至LNG储罐，启动潜液泵和外输泵将LNG加压输送至一号换热器，一号换热器将LNG的冷能输送至冷库，将冷库的温度维持在-20℃，LNG经过一号换热器后变成低温气态的NG，低温气态的NG进入二号换热器，低温气态的NG的冷能从二号换热器进入海水换热器后经过预冷器，从旋液分离器的底部进入并穿过旋液分离器、喷射反应器和反应釜的夹套，从反应釜的顶部出来后回到二号换热器，形成冷媒循环链；低温气态的NG经过二号换热器后分配成三股气体物料；/n(二)一级反应：第一股气体物料先通过一号压缩机压缩至设定压力，再通过预冷器换热至设定温度后进入反应釜，反应釜顶部的液体物料通过液体分布器均匀喷洒，第一股气体物料通过气体分布器均匀喷射，液体物料横向流经塔板，第一股气体物料穿过通气孔，液体物料与第一股气体物料反应生成含有大量水的高压水合物浆，高压水合物浆被反应釜的压力压入喷射反应器；/n(三)二级反应：第二股气体物料被高压水合物浆吸入喷射反应器，在喷射反应器的扩散室，高压水合物浆喷射形成的浆状小球，第二股气体物料与浆状小球反应，以降低浆状小球的含水量，形成低含水量的水合物浆；/n(四)三级反应：低含水量的水合物浆以切向方向进入旋液分离器，同时，第三股气体物料以相反的切向方向进入旋液分离器，低含水量的水合物浆中的大部分水与第三股气体物料进行湍动混合反应形成NGH，NGH沿着内筒旋转至旋液分离器的底部后进入NGH收集器，NGH收集器集满后被运输至冷库，低含水量的水合物浆中未反应的水通过间壁孔板被旋分至外筒的底部后被一号泵输送至反应釜的顶部作为液体物料继续与第一股气体物料反应，反应釜顶部的液体物料还来源于由二号泵抽取并通过海水换热器换热至设定温度的新鲜水；/n(五)NGH分解：用气高峰时，关闭一号换热器与冷库的连接，开启热管，热管利用地热加热冷库，打开NGH收集器，NGH分解释放NG，NG被二号压缩机压缩至设定的压力等级后进入管网。/n...

【技术特征摘要】
1.一种以NGH为媒介的LNG调峰方法，其特征在于基于LNG调峰装置实现，工艺过程包括LNG气化、一级反应、二级反应、三级反应和NGH分解共五个步骤：
(一)LNG气化：将码头运输船中的LNG输送至LNG储罐，启动潜液泵和外输泵将LNG加压输送至一号换热器，一号换热器将LNG的冷能输送至冷库，将冷库的温度维持在-20℃，LNG经过一号换热器后变成低温气态的NG，低温气态的NG进入二号换热器，低温气态的NG的冷能从二号换热器进入海水换热器后经过预冷器，从旋液分离器的底部进入并穿过旋液分离器、喷射反应器和反应釜的夹套，从反应釜的顶部出来后回到二号换热器，形成冷媒循环链；低温气态的NG经过二号换热器后分配成三股气体物料；
(二)一级反应：第一股气体物料先通过一号压缩机压缩至设定压力，再通过预冷器换热至设定温度后进入反应釜，反应釜顶部的液体物料通过液体分布器均匀喷洒，第一股气体物料通过气体分布器均匀喷射，液体物料横向流经塔板，第一股气体物料穿过通气孔，液体物料与第一股气体物料反应生成含有大量水的高压水合物浆，高压水合物浆被反应釜的压力压入喷射反应器；
(三)二级反应：第二股气体物料被高压水合物浆吸入喷射反应器，在喷射反应器的扩散室，高压水合物浆喷射形成的浆状小球，第二股气体物料与浆状小球反应，以降低浆状小球的含水量，形成低含水量的水合物浆；
(四)三级反应：低含水量的水合物浆以切向方向进入旋液分离器，同时，第三股气体物料以相反的切向方向进入旋液分离器，低含水量的水合物浆中的大部分水与第三股气体物料进行湍动混合反应形成NGH，NGH沿着内筒旋转至旋液分离器的底部后进入NGH收集器，NGH收集器集满后被运输至冷库，低含水量的水合物浆中未反应的水通过间壁孔板被旋分至外筒的底部后被一号泵输送至反应釜的顶部作为液体物料继续与第一股气体物料反应，反应釜顶部的液体物料还来源于由二号泵抽取并通过海水换热器换热至设定温度的新鲜水；
(五)NGH分解：用气高峰时，关闭一号换热器与冷库的连接，开启热管，热管利用地热加热冷库，打开NGH收集器，NGH分解释放NG，NG被二号压缩机压缩至设定的压力等级后进入管网。


2.根据权利要求1所述的一种以NGH为媒介的LNG调峰方法，其特征在于LNG调峰装置的主体结构包括LNG储罐、潜液泵、外输泵、一号换热器、二号换热器、反应釜、喷射反应器、旋液分离器、一号压缩机、海水换热器、NGH收集器、一号泵、预冷器、二号泵、收缩口、液体分布器、隔板架、气体分布器、扩散室、间壁孔板、内筒、外筒、一号阀门、一号压力表、二号阀门、二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，陈宸，张国栋，巢昆，孙梦婷，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37