升华系统和相关方法技术方案

一种用于蒸发和升华的包括流体的浆料的系统，其中该流体包括固体颗粒。所述系统包括第一热交换器，其被构造来接收包括固体颗粒的流体并蒸发所述流体；和第二热交换器，其被构造来接收所述蒸发的流体和固体颗粒并升华所述固体颗粒。还公开了一种用于蒸发和升华其中包括固体颗粒的流体的方法。所述方法包括将包括固体颗粒的所述流体供给至第一热交换器、蒸发所述流体、将所述蒸发的流体和固体颗粒供给至第二热交换器并升华所述固体颗粒。在一些实施方案中，包括固体颗粒的流体是包括固体二氧化碳颗粒的液体天然气或甲烷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于蒸发和升华的系统和与其使用相关的方法。更具体地，本专利技术的实施方案涉及被构造来蒸发其中包括固体颗粒的流体的第一热交换器和被构造来升华固体颗粒的第二热交换器。此外，本专利技术的实施方案涉及在流体之间传递热量的方法、升华流体中的固体颗粒的方法和输送流体的方法。背景液化天然气的生产是将主要的甲烷(CH4)气体还原为液态的制冷过程。然而，天然气由除了甲烷之外的多种气体组成。天然气中包含的气体中的一种是二氧化碳(CO2)。在美国发现的大部分天然气基础设施中发现有约I %数量的二氧化碳，且在全世界的许多地方，碳含量非常高。二氧化碳在天然气液化的过程中可能会造成问题，因为二氧化碳的冷冻温度高于甲烷的液化温度。二氧化碳相对于甲烷的高冷冻温度将会随着天然气冷却而导致固体二氧化碳晶体形成。这个问题使在传统设备中进行液化过程之前从天然气中去除二氧化碳成为必要。在液化过程之前从天然气中分离二氧化碳的过滤设备可能会很大，可能需要大量的能量来操作，并且可能会非常昂贵。小规模液化系统已被开发，并变得非常流行。在多数情况下，这些小设备都仅使用缩小版的现有液化和二氧化碳分离过程。爱达荷国家实验室(Idaho NationalLaboratory)已经开发了 一种创新的小规模液化设备，其无需昂贵、设备密集、前期清理二氧化碳。用天然气流来处理二氧化碳，并在液化步骤期间，二氧化碳被转换为结晶固体。然后将液体/固体浆料传输至分离装置，该装置将干净液体从上溢中弓I导出，并将二氧化碳浓缩浆料从下溢中引导出。然后通过热交换器来处理下溢浆料，以将二氧化碳升华回气体。理论上，这是一个非常简单的步骤。然而，固体二氧化碳和液体天然气之间的相互作用会产生用标准热交换器非常难以解决的条件。在液体浆料中，二氧化碳处于纯的或几乎纯的过冷却状态，且不溶于液体。二氧化碳须足够重以迅速沉降到大部分流动区域的底部。由于沉降发生，热交换器的管道和端口可随着二氧化碳量的堆积而被堵塞。除了集中在不希望的位置上之外，二氧化碳也有聚集在一起的倾向，使得更难以冲过系统。使二氧化碳升华回气体的能力可依以下条件而定:使固体变为气体的液相并进入装置的较暖部分，而不会集中和聚集到塞子中。当液体天然气被加热时，它会保持在约-230° F的大致恒定温度(于50psig)下，直到所有的液体已经从两相气体变为单相气体。固体二氧化碳不会开始升华回气体，直到周围的气体温度已达到近似-80° F。虽然固体二氧化碳很容易在液体甲烷中被运输，但是将固体二氧化碳晶体运输至热交换器的较暖部分的能力基本上会随液体天然气蒸发而减少。在移动时的温度下，蒸发的天然气是运输固体二氧化碳晶体的唯一方法，由于彼此翻滚的相互作用，晶体可开始聚集在一起，从而导致上述的堵塞。除了聚集之外，当晶体到达热交换器的较暖区域时，它们开始熔化或升华。如果熔化发生，则结晶的表面变粘，导致晶体有粘到热交换器的壁的趋势，降低热交换器的效力并产生局部结垢。局部结垢区域可能会导致热交换器被堵塞，且如果流体速度不能赶走污垢则会最终堵塞。鉴于现有技术中的缺点，有利的是提供一种系统和相关方法，所述系统和方法可使浆料内发现的固体颗粒有效和高效升华。此外，对于系统和相关方法可取的是能够有效和高效地加热和蒸发含有固体颗粒的流体的浆料。专利技术概要根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种用于蒸发和升华包括固体颗粒的流体的方法。所述方法包括将包括悬浮在第一液体中的固体颗粒的浆料供给至第一热交换器，蒸发第一热交换器中的第一液体以形成第一气体，将第一气体和固体颗粒供给至第二热交换器；以及升华第二热交换器中的固体颗粒以形成第二气体。根据本专利技术的另一个实施方案，提供了一种用于连续蒸发液体甲烷和固体二氧化碳颗粒的浆料的方法。所述方法包括将液体甲烷和固体二氧化碳颗粒的浆料供给至第一热交换器，蒸发第一热交换器中的液体甲烷以形成固体二氧化碳颗粒和气态甲烷的混合物，将固体二氧化碳颗粒和气态甲烷的混合物供给至第二热交换器，以及升华第二热交换器中的固体二氧化碳颗粒。根据本专利技术的另一个实施方案，提供了一种用于蒸发和升华包括固体颗粒的浆料的系统。所述系统包括第一热交换器，其被构造来接收包括固体颗粒的流体并蒸发流体；和第二热交换器，其被构造来接收所述蒸发的流体和固体颗粒并升华固体颗粒。附图简述虽然说明书以权利要求书结束，所述权利要求书特别指出并清楚地要求哪一部分被视为本专利技术，但是根据结合附图所读取的下面的详细描述可更容易地确定本专利技术的优点，其中:附图说明图1和图2是根据本专利技术的特定实施方案的用于连续蒸发包括悬浮在其中的固体 颗粒的流体的系统的简化原理图。具体实施例方式本文呈现的一些插图并不意味着任何特定材料、装置或系统的实际视图，而仅仅是理想化的展示，其被用来描述本专利技术。此外，附图之间共同的元件可保留相同的数字标记。图1示出了了根据本专利技术的一个实施方案的系统100。需指出的是，虽然根据在处理天然气时升华二氧化碳的方面来描述本专利技术的实施方案的操作，但是本专利技术可以被用来进行升华、加热、冷却和混合其它流体以及用于其它过程，如本
的普通技术人员所领会和理解的那样。本文所用的术语“流体”是指可被引起流过导管并包括但并不限于气体、两相气体、液体、凝胶、等离子体、浆料、固体颗粒和它们的任意组合的任何物质。如图1所示，系统100可包括在本文中称为蒸发室102的第一热交换器和在本文中称为升华室104的第二热交换器。在一个实施方案中，包括悬浮在第一流体中的多个固体颗粒的产品流106可被发送至分离器108，以从固体颗粒中除去第一流体的部分以形成液体产品流110，和包括固体颗粒和第一液体的剩余部分的浆料112。浆料112然后可被供给至蒸发室102。在蒸发室102内，浆料112中的剩余第一流体可被蒸发，从而形成第一气体和固体颗粒114。第一气体和固体颗粒114然后可被供给至升华室104。在升华室104内，固体颗粒升华，从而形成第二气体，所述第二气体与第一气体结合并作为排出气体116从升华室104排出。在一个实施方案中，第一流体可包括液体天然气，且固体颗粒可包括固体二氧化碳晶体。图2示出图1的系统100的一个实施方案的更详细的示意图。如图2所示，固体颗粒的浆料112和第一流体被供给至蒸发室102。在进入蒸发室102之前，浆料112可处于第一流体的饱和压力以上的压力下以防止第一流体的蒸发。第二流体118也可被供给至蒸发室102。浆料112可在第一温度下被供给至蒸发室102，且第二流体118可在第二温度下被供给至蒸发室102，第二温度高于第一温度。在蒸发室102内，第二流体118与混合器120中的浆料112混合。在混合器120内，热量可从第二流体118传递至浆料112，使浆料112中的第一流体蒸发，从而形成第一气体和固体颗粒114。浆料112中的至少约95%的第一流体可在蒸发室102内被蒸发。在不改变浆料112内的固体颗粒的物理状态的情况下，蒸发室102可以被构造为蒸发浆料112中的第一流体。这样的蒸发室的一个实施方案在前面引用的标题为“Vaporization Chamber and Associated Methods” 且于 2010 年 11 月 3 日提交的美国专利申请12/938本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.03 US 12/938,9671.一种方法，其包括: 将包括悬浮在第一液体中的固体颗粒的浆料供给至第一热交换器； 蒸发所述第一热交换器中的所述第一流体以形成第一气体； 将所述第一气体和所述固体颗粒供给至第二热交换器；以及 升华所述第二热交换器中的所述固体颗粒以形成第二气体。2.根据权利要求1所述的方法，其中将包括悬浮在第一液体中的固体颗粒的浆料供给至第一热交换器包括将包括悬浮在液体天然气中的固体颗粒的浆料供给至所述第一热交换器。3.根据权利要求1所述的方法，其中将包括悬浮在第一液体中的固体颗粒的浆料供给至第一热交换器包括将包括悬浮在第一流体中的固体二氧化碳颗粒的浆料供给至所述第一热交换器。4.根据权利要求1所述的方法，其还包括将第二流体供给至所述第一热交换器，所述第二流体具有比所述浆料高的温度。5.根据权利要求4所述的方法，其还包括将所述第二流体的部分供给至所述第二热交换器。6.根据权利要求1所述的方法，其中蒸发所述第一热交换器中的所述第一流体以形成第一气体包括将所述浆料加热至高于所述第一液体的蒸发温度并低于所述固体颗粒的升华温度的温度。7.根据权利要求1所述的方法，其中蒸发所述第一热交换器中的所述第一流体以形成第一气体包括: 将所述浆料供给至混合器； 用第二较高温度流体填充所述混合器周围的室以加热所述混合器； 将所述第二较高温度流体的部分供给至所述混合器中；以及 混合所述浆料和所述第二较高温度流体以蒸发所述第一流体。8.根据权利要求1所述的方法，其中升华所述第二热交换器中的所述固体颗粒以形成第二气体包括: 将所述第一气体和固体颗粒供给至所述第二热交换器的第一部分； 将第二流体供给至所述第二热交换器的第二部分； 将所述第二流体从所述热交换器的所述第二部分供应至所述热交换器的所述第一部分，以及 用来自所述第二流体的热量升华所述固体颗粒。9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述第二流体从所述热交换器的所述第二部分供应至所述热交换器的所述第一部分包括通过形成于锥形屏障构件的顶点的开口内部将所述第二流体从所述热交换器的所述第二部分供应至所述热交换器的所述第一部分并至所述锥形屏障构件的内部中。10.一种用于连续气化液体甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·D·特纳，M·G·麦克凯拉，B·M·维尔丁，
申请(专利权)人：巴特勒能源同盟有限公司，
类型：
国别省市：