用于液化气的再气化的朗肯循环设备和工艺制造技术

本发明专利技术涉及用于液化气的再气化的朗肯循环设备，包括：朗肯闭环系统(2)；低温状态的液化气(LG)源(3)，其中液化气(LG)源(3)操作地联接至朗肯闭环系统(2)的冷凝器(8)以接收从所述朗肯闭环系统(2)的膨胀涡轮(6、6’、6”)流出的工作流体(WF)的热量以使液化气(LG)进入气态；温度比所述低温状态更高的加热流体(HF)源(4)，其中所述加热流体(HF)源(4)操作地联接至所述朗肯闭环系统(2)的蒸发器(5)以将热量转移至来自所述冷凝器(8)的工作流体(WF)。所述膨胀涡轮(6、6’、6”)为径向离心式的并且其具有插置在相继的级之间的至少一个辅助出口(12、13、14；12’、13’、14’)。所述冷凝器(8)为多级式的并且其包括至少两个冷凝腔(25、26、27、28)，其中所述至少两个冷凝腔(25、26、27、28)中的下部腔(18)连接至所述膨胀涡轮(6、6’、6”)的流出开口(11、11”)并且所述至少两个冷凝腔(25、26、27、28)中的上部腔(26、27、28)连接至所述膨胀涡轮(6、6’、6”)的辅助出口(12、13、14；12’、13’、14’)。

Rankine cycle equipment and process for regasification of liquefied gas

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于液化气的再气化的朗肯循环设备和工艺
本专利技术涉及用于液化气的再气化的朗肯设备和朗肯循环工艺。特别地，本专利技术涉及利用闭合朗肯循环的设备和工艺，所述闭合朗肯循环从热源提取热量并且在再气化和加热阶段中将一个或更多个冷凝阶段的热量排放在液化气流中。例如，本专利技术能够应用于液化天然气的再气化或者能够应用在实施低温蒸馏工艺的空气分馏设备中。
技术介绍
已知用于液化天然气(LNG)的再气化的系统，所述系统出于此目的使用有机朗肯循环(ORC)。例如，公开文献US2013160486、WO2006111957、US2009100845各示出了用于液化天然气(LNG)的再气化和动力生成的系统。所述系统包括在蒸发器中操作地联接至热源(海水或等同的源)并且在一个或更多冷凝器中联接至液化天然气(LNG)的ORC类型的闭合回路。ORC循环中的有机流体在蒸发器中蒸发，送至膨胀涡轮，在膨胀涡轮中有机流体膨胀以产生动力并且随后送至一个或更多冷凝器，在冷凝器中有机流体将热量转移至液化天然气，液化天然气因此再气化。这些文献的这些实施例包括第一和第二冷凝器。从涡轮流出的有机工作流体送至第一冷凝器并且从中间压力的涡轮提取的相同的有机流体的一部分送至第二冷凝器。同样已知，本申请人的公开文献WO2013/171685示出了用于通过有机朗肯循环生成动力的ORC系统。这种ORC系统包括由单一转子盘形成的径向离心类型的涡轮，所述涡轮设置有辅助开口。这种辅助开口插置在涡轮的流入开口和流出开口之间并且其与辅助回路流体相连，以将在流入压力和流出压力之间的中间压力下的有机工作流体从涡轮提取或将有机工作流体引入涡轮。
技术实现思路
在本文中，申请人观察到利用ORC回路的已知类型的，尤其是具有中间泄放操作的再气化系统，为结构极致复杂的并且因此昂贵并且笨重的。例如，在前述文献US2013160486、WO2006111957、US2009100845中示出的系统具有多个冷凝器和等同数量的泵和/或多个涡轮膨胀器，例如文献US2010014697中所示。在本文中，申请人注意到需要提供用于液化气的再气化的朗肯设备和朗肯循环工艺，其设置有简单并且相对不笨重的构造。特别地，申请人注意到需要提供包括受限数量的部件的设备和工艺。申请人还注意到需要提供单一部件的结构简单和紧凑的设备和工艺。因此，申请人发现前述目的和其他目的能够通过在ORC闭合回路中采用径向离心类型(流出)的膨胀涡轮而实现，优选地具有一个或更多中间泄放操作和/或多级式冷凝器。特别地，这些目的和其他目的是由附图中所要求保护的和/或在以下方面中描述的类型的用于液化气的再气化的朗肯设备和朗肯循环工艺而大致实现的。在一方面中，本专利技术涉及用于液化气的再气化的朗肯循环设备，包括：朗肯闭环系统，至少包括：一个蒸发器；设置有流入开口、流出开口的膨胀涡轮；操作地连接至膨胀涡轮的发生器；冷凝器；泵；构造成根据工作流体在其中循环的闭合循环而连接蒸发器、膨胀涡轮、冷凝器和泵的管道；低温状态的液化气源，其中所述液化气源操作地联接至冷凝器以接收从膨胀涡轮流出的工作流体的热量，以使液化气进入气态；温度比低温状态更高的加热流体源，其中所述加热流体源操作地联接至蒸发器以将热量转移至来自冷凝器的工作流体。上述目的和其他目的也是由用于液化气的再气化的朗肯循环工艺而大致实现的，包括：根据朗肯闭合循环使工作流体循环以蒸发工作流体；在蒸发之后使工作流体膨胀，在膨胀之后冷凝工作流体并且随后再次蒸发工作流体；其中蒸发工作流体包括将热量从加热流体转移至工作流体；其中冷凝工作流体包括将热量从工作流体转移至低温状态的液化气直至所述液化气再气化。在一方面中，所述设备和/或工艺应用于液化天然气的再气化。在一方面中，所述设备和/或工艺应用于通过低温蒸馏进行空气分馏。在一方面中，设置成从膨胀涡轮提取处于至少一个中间压力下的工作流体。在一方面中，膨胀涡轮包括至少一个辅助出口(中间压力泄放)。在一方面中，在径向离心式膨胀涡轮(流出)中获得流体的膨胀。在一方面中，膨胀涡轮为径向离心式(流出)的，优选为多级的类型。在一方面中，所述至少一个辅助出口插置在所述径向离心式膨胀涡轮的所述涡轮的相继的级之间。径向离心式涡轮使得每个单一的转子盘能够具有较多数量的级，相对于单级涡轮(如同在向心涡轮中经常发生的)或者具有两级或三级的涡轮(如同在轴向涡轮中经常发生的)具有更高的效率。特别地，多级径向离心式涡轮使得能够在各级之间获得用于提取压力水平相继地降低的、蒸发的工作流体的空间，因此能够获得T-q图上的液化气的冷凝曲线和蒸发/加热曲线之间的更小的平均距离以及因此减少不可逆性的发生和获得更高的效率。径向离心式涡轮的独特的方面使得能够以简单的构造(单一涡轮、单一盘)实现多级循环，而不是使用串联和/或并联的悬置式涡轮或布置在轴承之间(亦即，非悬置式的)并具有中间提取操作的涡轮。而且，与多级构造无关，考虑到第一级布置在转子盘上的中心位置处，靠近流入开口和轴，低温构造的径向离心式涡轮(在低温下操作，亦即，如同在本专利技术的设备中，例如在-120℃至-70℃之间，更通常地，在-80℃至-60℃之间操作)的独特的特征为在机器的中心具有非低温工作温度。以这种方式，机器的整个机械部分(机械密封、轴承、支撑件等)以非低温操作，同时低温部分保持在转子盘的外部部分中，其中最优良的材料可以用于级的构造并且可以用在壳体中。在一方面中，由包括至少两个冷凝腔的多级式冷凝器获得冷凝。在一方面中，冷凝器为多级式冷凝器并且其包括至少两个冷凝腔。在一方面中，所述至少两个冷凝腔中的下部腔连接至膨胀涡轮的流出开口并且所述至少两个冷凝腔中的上部腔连接至所述膨胀涡轮的至少一个辅助出口。因此，冷凝器也是紧凑的。因此，根据本专利技术的设备能够提供径向离心式膨胀涡轮(与任何类型的冷凝器)或多级式冷凝器(与任何类型的涡轮)或二者皆有。在根据前述方面的一方面中，膨胀涡轮包括单一的转子盘以及在转子盘的前表面处沿径向一个接一个地布置的多个级。在一方面中，膨胀涡轮包括固定壳体，其中转子盘可旋转地插入至固定壳体中。在一方面中，在固定壳体的前壁中获得辅助出口。在一方面中，在固定壳体的侧壁中、优选地在将前壁连接至后壁的壁中获得辅助出口。在一方面中，单一转子盘的前表面承载有多个环形系列的转子叶片。每个环形系列包括沿与膨胀涡轮的旋转轴线同轴的圆形路径布置的多个转子叶片。在相继的环形系列的转子叶片之间布置环形系列的定子叶片，所述定子叶片一体地连接至固定壳体的面向转子盘的前壁。环形系列的转子叶片和定子叶片对形成径向离心式膨胀涡轮的级。在一方面中，径向离心式膨胀涡轮的流入开口布置在转子盘的径向中心区域处。在一方面中，径向离心式膨胀涡轮的流出开口布置在转子盘的径向周边边缘处。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液化气的再气化的朗肯循环设备，包括：/n朗肯闭环系统(2)，所述朗肯闭环系统至少包括：/n一个蒸发器(5)；/n膨胀涡轮(6、6’、6”)，所述膨胀涡轮设置有流入开口(10、10’、10”)、流出开口(11、11’、11”)和至少一个辅助出口(12、13、14；12’、13’、14’)；/n操作地连接至所述膨胀涡轮(6、6’、6”)的发生器(7)；/n冷凝器(8)；/n泵(9)；/n构造成根据闭合循环连接所述蒸发器(5)、所述膨胀涡轮(6、6’、6”)、所述冷凝器(8)和所述泵(9)的管道，工作流体(WF)在所述闭合循环中进行循环；/n低温状态的液化气(LG)源(3)，其中所述液化气(LG)源(3)操作地联接至所述冷凝器(8)以接收从所述膨胀涡轮(6、6’、6”)流出的工作流体(WF)的热量，以使液化气(LG)进入气态；/n温度比低温状态更高的加热流体(HF)源(4)，其中所述加热流体(HF)源(4)操作地联接至所述蒸发器(5)以将热量转移至来自所述冷凝器(8)的工作流体(WF)；/n其特征在于，所述膨胀涡轮(6、6’、6”)为径向离心式膨胀涡轮，其中所述至少一个辅助出口(12、13、14；12’、13’、14’)插置在所述膨胀涡轮(6、6’、6”)的相继的级之间；和/或所述冷凝器(8)为多级式冷凝器并且包括至少两个冷凝腔(25、26、27、28)，其中所述至少两个冷凝腔(25、26、27、28)中的下部腔(25)连接至所述流出开口(11、11’)并且所述至少两个冷凝腔(25、26、27、28)中的上部腔(26、27、28)连接至所述至少一个辅助出口(12、13、14；12’、13’、14’)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170623 IT 1020170000703181.一种用于液化气的再气化的朗肯循环设备，包括：
朗肯闭环系统(2)，所述朗肯闭环系统至少包括：
一个蒸发器(5)；
膨胀涡轮(6、6’、6”)，所述膨胀涡轮设置有流入开口(10、10’、10”)、流出开口(11、11’、11”)和至少一个辅助出口(12、13、14；12’、13’、14’)；
操作地连接至所述膨胀涡轮(6、6’、6”)的发生器(7)；
冷凝器(8)；
泵(9)；
构造成根据闭合循环连接所述蒸发器(5)、所述膨胀涡轮(6、6’、6”)、所述冷凝器(8)和所述泵(9)的管道，工作流体(WF)在所述闭合循环中进行循环；
低温状态的液化气(LG)源(3)，其中所述液化气(LG)源(3)操作地联接至所述冷凝器(8)以接收从所述膨胀涡轮(6、6’、6”)流出的工作流体(WF)的热量，以使液化气(LG)进入气态；
温度比低温状态更高的加热流体(HF)源(4)，其中所述加热流体(HF)源(4)操作地联接至所述蒸发器(5)以将热量转移至来自所述冷凝器(8)的工作流体(WF)；
其特征在于，所述膨胀涡轮(6、6’、6”)为径向离心式膨胀涡轮，其中所述至少一个辅助出口(12、13、14；12’、13’、14’)插置在所述膨胀涡轮(6、6’、6”)的相继的级之间；和/或所述冷凝器(8)为多级式冷凝器并且包括至少两个冷凝腔(25、26、27、28)，其中所述至少两个冷凝腔(25、26、27、28)中的下部腔(25)连接至所述流出开口(11、11’)并且所述至少两个冷凝腔(25、26、27、28)中的上部腔(26、27、28)连接至所述至少一个辅助出口(12、13、14；12’、13’、14’)。


2.根据权利要求1所述的设备，其中膨胀涡轮(6、6’、6”)包括单一转子盘(15)和在所述转子盘(15)的前表面(19)处沿径向一个接一个地布置的多个级，并且其中所述辅助出口(12、13、14)在两个所述级之间开口。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其中膨胀涡轮(6)包括均插置在相继的级之间的多个辅助出口(12、13、14)。


4.根据权利要求2或3所述的设备，其中辅助出口(12、13、14)在其间开口的两个级径向地间隔开，以限定用于提取工作流体(WF)的腔(24)。


5.根据权利要求2所述的设备，其中膨胀涡轮(6、6’、6”)包括固定壳体(18)，其中转子盘(15)可旋转地插入至所述固定壳体(18)中，其中在所述固定壳体(18)的前壁(21)中获得所述辅助出口(12、13、14)。


6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中多级式冷凝器(8)包括外壳和流出管(26、27、28)，所述至少两个冷凝腔(25、26、27、28)界定在所述外壳中，所述流出...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·斯帕达奇尼，
申请(专利权)人：埃克塞基股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT