一种LNG调峰装置
技术领域：
本实用新型属于NG(天然气)调峰设备技术领域，具体涉及一种以NGH(天然气水合物)为媒介的LNG(液化天然气)调峰装置。
背景技术：
液化天然气(LiquefiedNatural Gas，简称LNG)，主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45％左右；其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理，经一连串超低温液化后，利用液化天然气船运送。液化天然气燃烧后对空气污染非常小，而且放出的热量大，所以液化天然气是一种比较先进的能源。液化天然气是天然气经压缩、冷却至其沸点(-161.5℃)温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内。其主要成分为甲烷，用专用船或油罐车运输，使用时重新气化。20世纪70年代以来，世界液化天然气产量和贸易量迅速增加，2005年LNG国际贸易量达1888.1亿立方米，最大出口国是印度尼西亚，出口314.6亿立方米；最大进口国是日本763.2亿立方米。
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，中国专利201410403899.1公开的一种利用压缩天然气制备液化天然气的装置由一级换热系统、二级换热系统和膨胀制冷系统组成；一级换热系统包括一级制冷器、一级换热管和一级换热器体，压缩天然气进口管道分别通过管道与一级制冷器和一级换热管连接，管道上设有阀门；二级换热器系统包括二级制冷器、二级换热管和二级换热器体，从一级换热系统流出的压缩天然气分别通过管道与二级制冷器和二级换热管连接；一级制冷器和二级制冷器分别通过管道与低压天然气出口连接；膨胀制冷系统包括节流阀、膨胀制冷器和液化天然气分离器，从二级换热管流出的低温压缩天然气通过管道与液化天然气分离器连接，管道上设有节流阀和膨胀制冷器，经膨胀冷却得到低压液态天然气通过管道与液化天然气出口连接，低温低压天然气则通过管道与一级换热器体连接；中国专利201520858620.9公开的一种天然气液化储存调峰装置包括液化天然气储罐，所述液化天然气储罐上设置气管回路，该气管回路上安装天然气压缩机和第一节流阀；所述液化天然气储罐外设通气管道，该通气管道贯穿储能罐，储能罐中装温度不高于0℃的低温液体，储能罐内的通气管道通过汽化换热器换热，所述通气管道的两端都分叉成进气支管和出气支管，与液化天然气储罐临近的进气支管上设置进气电磁阀，与液化天然气储罐临近的出气支管上设置液化天然气泵和第一出气电磁阀，通气管道另一端的进气支管上设置第二节流阀，通气管道另一端的出气支管与城市管网连接，该出气支管上设置第二出气电磁阀和电接点压力表，该电接点压力表的电路上安装继电器开关，继电器开关与液化天然气泵、所有进气电磁阀和出气电磁阀通过电路连接；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调峰装置，充分发挥和利用NGH的储存性能优势。
发明内容：
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种LNG调峰装置，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，本实用新型涉及的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设置有三号压力表，独立设置的冷库与一号换热器连接，冷库通过二号压缩机与管网连通，冷库的外部与热管连接。
本实用新型涉及的反应釜、喷射反应器、旋液分离器构成三级反应容器；隔板架将反应釜的内部空间等分成单元反应空间，每个单元反应空间中设置有交错式的半缺型塔板，塔板上设置有通气孔，液体分布器和气体分布器分别将液体物料和第一股气体物料分布均匀后送入单元反应空间，液体物料流经塔板表面，第一股气体物料通过通气孔与液体物料接触，气液界面不断更新，为液体物料和第一股气体物料的充分混合反应提供传热传质界面，减少了NGH生成时的放大效应，隔板架的隔板个数、塔板高度和通气孔的数量根据反应釜的容量和高压水合物浆的粘度选取；一号阀门、二号阀门和三号阀门均为自力式调节阀，分别对第二股气体物料、第三股气体物料和第一股气体物料的流量进行调节；一号压力表、二号压力表和三号压力表分别对喷射反应器、旋液分离器和反应釜的压力进行测量。
本实用新型与现有技术相比，采用三级反应，对冷能和压力的进行梯间利用，在降低水合物浆的水含量同时大大提高促进剂溶液的使用率，使单循环的反应效率明显提高，单位产能的耗能明显降低；其结构简单，利用LNG气化成NG释放的冷能进行保冷，利用热管开采的地热分解NGH，代替传统的利用热水分解NGH，利用分散的、体积适中的NGH收集器和集中的，体积庞大的冷库兼具NGH的分布式和集中式存储，实现了LNG转化生成NGH工艺的连续化。
附图说明：
图1为本实用新型的主体结构原理示意图。
图2为本实用新型涉及的隔板架的结构示意图。
图3为本实用新型涉及的塔板的结构示意图。
图4为本实用新型涉及的旋液分离器的结构示意图。
图5为本实用新型涉及的第三股气体物料与低含水量的水合物浆喷射方向示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本实用新型做进一步描述。
实施例1：
本实施例涉及的LNG调峰装置的主体结构包括LNG储罐1、潜液泵2、外输泵3、一号换热器4、二号换热器5、反应釜6、喷射反应器7、旋液分离器8、一号压缩机9、海水换热器10、NGH收集器11、一号泵12、预冷器13、二号泵14、收缩口15、液体分布器16、隔板架17、气体分布器18、扩散室19、间壁孔板20、内筒21、外筒22、一号阀门23、一号压力表24、二号阀门25、二号压力表26、三号阀门27、三号压力表28、冷库29、二号压缩机30、管网31和热管32；LNG储罐1的内部设置有潜液泵2，潜液泵2与外输泵3连接，外输泵3与一号换热器4连接，一号换热器4与二号换热器5连接，二号换热器5分别与反应釜6、喷射反应器7、旋液分离器8、一号压缩机9和海水换热器10连接，旋液分离器8分别与NGH收集器11和一号泵12连接，一号泵12与反应釜6连接，一号压缩机9与预冷器13连接，预冷器13与反应釜6连接，海水换热器10分别与反应釜6和二号泵14连接，反应釜6通过收缩口15与喷射反应器7连接，反应釜6的内部设置有液体分布器16、隔板架17和气体分布器18，液体分布器16位于上部，隔板架17位于中部，气体分布器18位于下部，喷射反应器7的内部设置有扩散室19，喷射反应器7通过扩散室19与旋液分离器8连接，旋液分离器8的内部由间壁孔板20分成内筒21和外筒22；二号换热器5与喷射反应器7之间设置有一号阀门23，一号阀门23与喷射反应器7之间设置有一号压力表24，二号换热器5与旋液分离器8之间设置有二号阀门25，二号阀门25与旋液分离器8之间设置有二号压力表26，二号换热器5与一号压缩机9之间设置有三号阀门27，三号阀门27与反应釜6之间设置有三号压力表28，独立设置的冷库29与一号换热器4连接，冷库29通过二号压缩机30与管网31连通，冷库29的外部与热管32连接。
本实施例涉及的反应釜6、喷射反应器7和旋液分离器8的温度为-2℃，反应釜6的压力为6MPa，喷射反应器7的压力为5MPa，旋液分离器8的压力为3MPa喷射反应器7为液体喷射环流型反应器；隔板架17由六块隔板插接组成。
本实施例涉及的反应釜6和冷库29采用内盘管或外夹套两种方式换热；喷射反应器7、旋液分离器8采用外夹套方式换热。
实施例2：
本实施例涉及的LNG调峰装置使用时：
LNG储罐1储存的LNG通过潜液泵2和外输泵3升压进入一号换热器4，一号换热器4将LNG的冷能分两路输送至冷库29，两路冷能的温度分别为-30℃和-25℃，将冷库29的温度维持在-20℃，用于储存NGH，LNG经过一号换热器4后变成低温气态的NG，低温气态的NG进入二号换热器5，低温气态的NG的冷能从二号换热器5进入海水换热器10后经过预冷器13，从旋液分离器8的底部进入并穿过旋液分离器8、喷射反应器7和反应釜6，从反应釜6的顶部出来后回到二号换热器5，形成冷媒循环链，为旋液分离器8、喷射反应器7和反应釜6构成的三级反应容器提供2℃的低温工艺条件；低温气态的NG经过二号换热器5后通过四通阀门分配成三股气体物料；
海水通过二号泵14加压后进入海水换热器10被冷却成2℃的新鲜水，新鲜水与一号泵12抽取的旋液分离器8中未反应的水混合形成进入反应釜6顶部的液体物料，液体物料通过液体分布器16均匀分布到单元反应空间中，同时，经一号压缩机9压缩至设定压力，经预冷器13换热至设定温度后进入反应釜6的第一股气体物料通过气体分布器18均匀分布到单元反应空间中，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6的压力通过收缩口15压入喷射反应器7；第一股气体物料的流量根据反应釜6的压力，通过三号阀门27控制；
第二股气体物料作为被动流体被高压水合物浆吸入喷射反应器7，在喷射反应器7的扩散室19，高压水合物浆作为高压主动带动被动流体喷射进入扩散室26形成被第二股气体物料包围的浆状小球，气液界面不断更新，第二股气体物料与浆状小球反应形成低含水量的水合物浆，第二股气体物料的流量根据扩散室26的压力，通过一号阀门23控制；
低含水量的水合物浆以切向方向喷射进入旋液分离器8，同时，第三股气体物料以与低含水量的水合物浆喷射方向垂直的角度切向喷射进入旋液分离器8，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21旋转至旋液分离器8的底部后进入NGH收集器11，NGH收集器11集满后被运输至冷库29集中保存，低含水量的水合物浆中未反应的水通过间壁孔板20被旋分至外筒22的底部后被一号泵12抽取，并与由二号泵14抽取并通过海水换热器10换热至设定温度的新鲜水汇合后进入反应釜6的顶部作为液体物料继续与第一股气体物料反应；第三股气体物料的流量根据旋液分离器8的内筒21的压力，通过二号阀门25控制；
用气高峰时，关闭一号换热器4与冷库29的连接，开启热管32，热管32将地热能转变为热管32中流体的内能，热管32中流体的内能对冷库29进行加热，打开NGH收集器11，NGH分解释放NG，NG被二号压缩机30压缩至设定的压力等级后进入管网31。
本实施例涉及的第一级的反应釜6中的隔板架17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7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8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。
