CN103486441B - 一种lpg低温常压储存系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LPG低温常压储存系统及方法，系统包括常温压力储罐、低温储罐、LPG复热器，以及由两个分子筛脱水塔、再生气加热器、再生气冷却器和再生气回收分离器构成的脱水装置，由两级压缩机、三级气液分离器、冷却器和低温泵构成的冷冻装置。本发明的积极效果是：采用独特的制冷系统，在不分离LPG组分的情况下，将LPG脱水干燥后冷却到常压下的饱和温度储存。另外，本发明将脱水塔顶分出的石油气与低温储罐产生的BOG混合后压缩，解决了LPG低温储罐因为漏热产生的BOG的回收处理。与传统LPG常压/低温储存工艺技术相比，本发明大大简化了LPG冷冻工艺的流程，降低了LPG常压/低温储存功耗，提高了能量利用率。

Description

一种LPG低温常压储存系统及方法

技术领域

本发明属于将高压常温液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，简称LPG）冷冻并在常压下储存的技术领域，具体涉及一种将高压常温LPG冷冻至低温状态（LPG在常压下的饱和温度）并进行常压稳定储存的工艺技术，尤其是涉及高压常温LPG的液化技术，LPG低温储存状态下闪蒸气的处理技术。

背景技术

将石油气加压或降温使其液化，即成为液化石油气（LPG），LPG的体积约为同质量石油气体积的1/250，具有运输灵活、储存效率高。LPG来源有提炼原油时产出的副产品，或是石油、天然气开采过程中的伴生产品，具有清洁环保以及燃烧热值高等优点。但是LPG具有易燃易爆性（空气混合物爆炸范围是1.7%~9.7%）、气化性、受热膨胀性、滞留性（气态仍比空气重约1.5倍）、带电性、腐蚀性及窒息性等特点，储存时需要格外注意安全，以免泄漏造成危害。

目前，LPG的储存方法有地下储存和地上储存两种。地下储存传统的方法是储存在地下岩洞中；地上存储均采用地上钢罐储存的方法，地上储存又分为低温常压储存和高压常温储存。

LPG地下存储和天然气的地下储气库原理基本相同，只是洞库的埋深、再冷冻装置、防止可用气体外逸的地质处理对策与措施不同而已。根据地质情况和形成方式，用于LPG储存的地下岩洞分为滤盐岩洞和坑道岩洞两种。滤盐岩洞采用滤盐岩洞溶解矿物工艺，即把淡水注入盐层，将盐逐渐溶化直至达到要求，岩洞的形状构造、压力分布以及温度等必须严格控制，防止贮存产品扩散蔓延，保证设备在使用期内的稳定可靠性；坑道岩洞采用在具有坚硬岩石的构造中挖掘的方法，坑道岩洞贮库的设施由从竖坑的坑道入口横向挖掘的地下坑道所组成，对于这类地下坑道岩洞贮库，必须进行地质、水文、地质力学的仔细勘探，鉴定专用岩洞的构造和位置以保证设施的稳定性和贮存产品的液压。一般这种地下岩洞贮库需要有一个水隔层。鉴于建造地下岩洞库的基本要求，并非所有的地质结构都适合于建造地下贮库(岩洞)，对坑道岩洞，较硬的岩石和更适合的构成通常是建造地下岩洞的最合适的条件。地下岩洞也可以在软的岩石和松散构造的地下岩层中建造，但必须对其加强以确保稳定性，因而造价相应增高。

LPG常温高压储存是指LPG的储存状态是在环境温度，储存在相应饱和压力下。如在50℃丙烷的饱和蒸汽压是1.6MPa(A),正丁烷为0.49 Mpa(A),异丁烷为0.68 Mpa(A)。由于储存压力较高，LPG储罐的型式一般采用球形储罐。鉴于球罐壁厚和制作方法的限制，对于丙烷球罐容积一般不超过5000 m³(最大已达10000 m³)。对于大型储存基地来说，储罐数量较多，再加上安全间距的要求，势必造成占地较大。

LPG低温常压储存是指LPG的储存状态是在常压，储存在饱和温度下。常压下丙烷的饱和温度是-42℃,正丁烷的饱和温度是-0.6℃，异丁烷的饱和温度是-12℃，由于LPG中不同组分的液化温位不同，传统的低温常压储存所采用的外部循环制冷系统，是将LPG中的组分在不同温位下逐一冷却分离出来，因此仅在低温段就需要配置丙烷制冷系统、脱丁烷塔、丙烷储罐、丁烷储罐、BOG回收系统等复杂的处理系统。

所以传统压力储存方式投资高，占地面积大，安全风险高，仅适用于小型项目。传统的低温冷冻储存流程复杂，设备多，投资高，仅适用于大型项目。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种LPG低温常压储存系统及方法，将常温LPG降温冷冻，同时回收LPG储罐产生的闪蒸气（BOG），大大简化了LPG常压低温储存工艺；并以较低的能耗实现了BOG的回收，可以同时适用大、中、小规模的LPG储存。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LPG低温常压储存系统，包括常温压力储罐、低温储罐、LPG复热器，以及由两个分子筛脱水塔、再生气加热器、再生气冷却器和再生气回收分离器构成的脱水装置，由两级压缩机、三级气液分离器、冷却器和第一低温泵构成的冷冻装置；所述常温压力储罐的LPG出口通过管道与LPG常温泵的进口连接，LPG常温泵的出口分别与两个分子筛脱水塔连接，其中：

（1）两个分子筛脱水塔的含水气体出口经管道汇集后依次与再生气冷却器、再生气回收分离器连接，再生气回收分离器的液相出口与污油回收罐连接，再生气回收分离器的气相出口与常温压力储罐连接；

（2）两个分子筛脱水塔的LPG出口经管道汇集后通过压力控制阀接入二级气液分离器，其中：

1）二级气液分离器的气相出口与二级压缩机连接，二级压缩机的出口分成两路，其中：一路与再生气加热器连接，再生气加热器的出口分别接两个分子筛脱水塔底部的再生气进口；另一路经冷却器接入三级气液分离器，三级气液分离器的不凝气相出口与常温压力储罐连接，液相出口经JT阀接入二级气液分离器；

2）二级气液分离器的液相出口经JT阀接入一级气液分离器，其中：一级气液分离器的气相出口依次与一级压缩机、二级气液分离器连接；一级气液分离器的液相出口依次与第一低温泵、低温储罐、第二低温泵、LPG复热器和常温压力储罐连接；低温储罐的BOG出口通过管道与一级气液分离器连接。

本发明还提供了一种LPG低温常压储存方法，包括如下步骤：

步骤一、常温压力储罐的LPG通过LPG常温泵增压后通过管道送到脱水装置进行含水量脱除：

两个分子筛脱水塔切换使用，确保一塔吸附一塔再生；再生气来自二级压缩机的出口LPG气相，先被送至再生气加热器加热至210～280℃，加热后的气相经管道进入两个分子筛脱水塔进行脱水和再生，其中：完成再生后的含水气体通过管道送至再生气冷却器冷却，冷却后的再生气再经管道送至再生气回收分离器进行气液分离，分离出的液相经管道送至污油回收罐外输，分离出的气相经管道回注常温压力储罐，用于平衡系统压力；完成脱水干燥达标后的LPG经压力控制阀减压后送至冷冻装置；

步骤二、冷冻装置将来自脱水装置的LPG冷冻到低温常压液体平衡状态：

来自脱水装置的LPG经压力控制阀减压后首先送至二级气液分离器，二级气液分离器减压闪蒸产生的气相通过管道被吸入二级压缩机压缩，二级气液分离器积累的液体经JT阀降温减压后进入一级气液分离器闪蒸；二级压缩机出口的大部分产品气通过冷却器降温冷凝后，进入三级气液分离器分离，少量的产品气在脱水装置需要再生气时经再生气加热器加热后去再生脱水塔；三级气液分离器的不凝气相通过管道返注回常温压力储罐实现压力平衡，液相经JT阀降温减压后进入二级气液分离器闪蒸；一级气液分离器的气相将低温储存区的蒸发气来气混合后，通过管道进入一级压缩机压缩，一级压缩机出口气体通过管道送至二级气液分离器中部由三级气液分离器送来的低温LPG液体洗涤；一级气液分离器的液相则通过第一低温泵增压后输送至低温储罐；

步骤三、低温储罐内的低温LPG通过第二低温泵增压后送至LPG复热器加热，加热后的LPG通过管道送至常温压力储罐，LPG复热器出口的温度控制在0～5℃，并设置温度检测器与入口流量调节阀连锁调节。。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：采用独特的制冷系统，在不分离LPG组分的情况下，将LPG脱水干燥后冷却到常压下的饱和温度储存。另外，本发明将低温储罐产生的BOG与脱水塔顶分出的石油气混合后压缩，解决了LPG低温储罐因为漏热产生的BOG的回收处理。与传统LPG常压/低温储存工艺技术相比，本发明大大简化了LPG冷冻工艺的流程，降低了LPG常压/低温储存功耗，提高了能量利用率。具体表现如下：

（一）实现了较低投资、较低能耗下的LPG由常温高压转化为低温常压进行储存的工艺技术；

（二）很好地解决了低温储罐运行过程中自然蒸发气回收问题，减少了蒸发气火炬排放，为大型LPG低温冷冻库工程，提供了新的蒸发气处理方法；

（三）本发明可以仅通过耗电就维持整个LPG储存系统处于较低温度，解决戈壁沙漠、黄土高原等环境恶劣、水源缺乏地区的LPG夏季储存超压问题；

（四）本发明市场应用前景广泛，在未来天然气价格不再低廉时，采用本发明建造的内陆型LPG冷冻库比LNG调峰库有着更大的热值容量，更低的建设、运营成本。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种LPG低温常压储存系统，包括常温压力储罐1、LPG常温泵2、污油回收罐3、分子筛脱水塔4和5、再生气加热器6、再生气冷却器7、再生气回收分离器8、一级压缩机9、二级压缩机10、一级气液分离器11、二级气液分离器12、三级气液分离器13、冷却器14、第一低温泵15、低温储罐16、第二低温泵17、LPG复热器18等，其中：

常温压力储罐1、LPG常温泵2和污油回收罐3构成本发明的常温储存区。常温压力储罐1可以是球罐、普通卧罐或覆土型卧罐,储罐设置有介质喷淋降温管线以控制常温储罐的压力，常温压力储罐1的重要作用之一是接收外部的常温LPG资源和发送复热后的常温LPG产品；LPG常温泵2可以是屏蔽泵、离心泵或潜液泵；污油回收罐3为普通卧罐，用以回收高含水的再生气凝液。

分子筛脱水塔4和5、再生气加热器6、再生气冷却器7和再生气回收分离器8构成本发明的脱水装置。再生气加热器6的再生气来源可以是冷冻装置的气相返回，亦可以采用常温储存区的物料抽出；再生气冷却器7可以是空温冷却器或循环水冷却器。

一级压缩机9、二级压缩机10、一级气液分离器11、二级气液分离器12、三级气液分离器13、冷却器14和第一低温泵15构成本发明的冷冻装置。冷却器14可以是空温冷却器或循环水冷却器；每台气液分离器配套有JT阀等节流降温措施，最低温度的一级分离器11配套有一台低温泵。

第二低温泵17和低温储罐16构成低温储存区；低温储罐16可以是单容罐、双容罐或全容罐；第二低温泵17可以是潜液式、普通离心式或柱塞式。

LPG复热器18为本发明的复热装置。LPG复热器18可以是空温式、水浴式、开架式、浸没燃烧式或中间介质式，复热出口温度0～5℃。

LPG低温常压储存系统的连接方式为：常温压力储罐1的LPG出口通过管道与LPG常温泵2的进口连接，LPG常温泵2的出口分别与分子筛脱水塔4和5连接，其中：

（1）分子筛脱水塔4和5 的含水气体出口经管道汇集后依次与再生气冷却器7、再生气回收分离器8连接，再生气回收分离器8的液相出口与污油回收罐3连接，再生气回收分离器8的气相出口与常温压力储罐1连接；

（2）分子筛脱水塔4和5 的LPG出口经管道汇集后通过压力控制阀21接入二级气液分离器12，其中：

1）二级气液分离器12的气相出口与二级压缩机10连接，二级压缩机10的出口分成两路，其中：一路与再生气加热器6连接，再生气加热器6的出口分别接设置在分子筛脱水塔4和5的底部的再生气进口；另一路经冷却器14接入三级气液分离器13，三级气液分离器13的不凝气相出口与常温压力储罐1连接，液相出口经JT阀23接入二级气液分离器12；

2）二级气液分离器12的液相出口经JT阀22接入一级气液分离器11，其中：一级气液分离器11的气相出口依次与一级压缩机9、二级气液分离器12连接；一级气液分离器11的液相出口依次与第一低温泵15、低温储罐16、第二低温泵17、LPG复热器18和常温压力储罐1连接。低温储罐16的BOG出口通过管道与一级气液分离器11连接。在LPG复热器18的出口和入口处分别设置有温度检测器19和入口流量调节阀20。还可在LPG复热器18和常温压力储罐1之间设置喷淋管线，以降低常温储存时的温度和压力。

本发明还提供了一种LPG低温常压储存方法，包括如下步骤：

步骤一、常温压力储罐1的LPG通过LPG常温泵2增压后通过管道送到脱水装置进行含水量脱除：

分子筛脱水塔4和5切换使用，确保一塔吸附一塔再生；再生气来自二级压缩机10的出口LPG气相，先被送至再生气加热器6加热至210～280℃（根据组分的不同温度会有所差异），加热后的气相经管道进入分子筛脱水塔4和5进行脱水和再生，其中：完成再生后的含水气体通过管道送至再生气冷却器7冷却，冷却后的再生气再经管道送至再生气回收分离器8进行气液分离，分离出的液相经管道送至污油回收罐3外输，分离出的气相经管道回注常温压力储罐1，用于平衡系统压力；完成脱水干燥达标后的LPG（即：将LPG的水含量脱到不产生冻堵的程度）经压力控制阀21减压（根据我们相关经验最优的操作压力在0.46MPa(G),但根据LPG的成份不同会有一定差异）后送至冷冻装置；

步骤二、冷冻装置将来自脱水装置的LPG冷冻到低温（即-32℃以下，根据组分不同，所处低温状态不同）常压液体平衡状态：

来自脱水装置的LPG经压力控制阀21减压后首先送至二级气液分离器12，二级气液分离器12减压闪蒸产生的气相通过管道被吸入二级压缩机10压缩，二级气液分离器12积累的液体（由干燥脱水LPG和气相压缩冷却而来）经JT阀22降温减压（成为温度为-6～-40℃、压力为10～20KPa(G)的饱和气液两相流）后进入一级气液分离器11闪蒸；二级压缩机10出口大部分产品气（99%，根据原料LPG组成不同，略有差异）通过冷却器14降温冷凝后，进入三级气液分离器13分离，需要时抽出少量的产品气（不到1%，根据原料LPG组成不同，略有差异）在脱水装置需要再生气时经再生气加热器6加热后去再生脱水塔（即处于再生状态的分子筛脱水塔）；三级气液分离器13的不凝气相通过管道返注回常温压力储罐1实现压力平衡，液相经JT阀23降温减压（成为温度为-10～-30℃、压力为10～20KPa(G)的饱和气液两相流）后进入二级气液分离器12闪蒸；一级气液分离器11的气相将低温储存区的蒸发气来气混合后，通过管道进入一级压缩机9压缩，一级压缩机9出口气体通过管道送至二级气液分离器12中部由三级气液分离器13送来的低温LPG液体洗涤；一级气液分离器11的液相则通过第一低温泵15增压后输送至低温储罐16。

步骤三、低温储罐16内的低温LPG通过第二低温泵17增压后送至LPG复热器18加热，加热后的LPG通过管道送至常温压力储罐1。

LPG复热器18出口的温度控制在0～5℃，并设置温度检测器19与入口流量调节阀20连锁调节。

经LPG复热器18复热后的LPG还可通过一根专线在常温压力储罐1实现喷淋降温，以降低常温储存时的温度和压力。

低温储罐16的BOG出口通过管道送至冷冻装置的一级气液分离器11进行回收处理。

本发明的工作原理为：接收来的常温/高压LPG先被送至常温压力储罐1储存；通过LPG常温泵2将常温LPG的加压，送至脱水装置脱除LPG中的饱和水，使LPG降温液化过程中不产生冻堵，再送至冷冻装置；在冷冻装置，脱水干燥后的LPG与LPG低温储罐产生的BOG混合，通过压缩机和JT阀的循环组合实现冷冻到常压下的饱和温度储存，最后再通过第一低温泵15送至低温储罐储存；低温储存的LPG亦可以通过第二低温泵17输送至加热器18，将LPG复热到0℃以上再送去常温压力储罐1，实现特殊工况下整个储运系统的物料热力的平衡。

常温储存区向脱水装置输送压力1.6MPa(G)、温度31℃的含水LPG（组分要求乙烷组分的摩尔比小于5%，丙烷、正丁烷、异丁烷、则可以为任意配合比例）；经脱水装置处理后可以向冷冻装置输送含水量低于10PPM、压力1.6MPa(G)、温度31℃的干燥LPG；经冷冻装置处理后，可以向低温储存区输送压力200KPa(G)，温度-6～-44℃的冷冻LPG；低温储存区增压后向复热装置输送压力1.6MPa(G),温度-6～-44℃的低温LPG；经复热装置复热后，可以向常温储罐区输送压力1.6MPa(G),温度0～5℃的常温LPG。

低温储存区在日常储存过程中会产生有少量压力10～20KPa(G)，温度-6～-44℃的蒸发气被输送到冷冻装置进行再液化处理；冷冻装置在运行时会有1～3% 压力1.6MPa(G)，温度40～50℃的不凝气回注常温储存区平衡系统压力；同时在需求时冷冻装置也可以抽出少量（不到1%，根据原料LPG组成不同，略有差异）1.6MPa(G)，温度60～100℃的气相作为脱水装置的再生气源；脱水装置再生时脱水塔会产生压力1.6MPa(G)，温度31～280℃的含水再生气，需要在温度冷却至40～50℃后回收处理。

Claims (8)

1.一种LPG低温常压储存系统，其特征在于：包括常温压力储罐、低温储罐、LPG复热器，以及由两个分子筛脱水塔、再生气加热器、再生气冷却器和再生气回收分离器构成的脱水装置，由一级压缩机、二级压缩机、一级气液分离器、二级气液分离器、三级气液分离器、冷却器和第一低温泵构成的冷冻装置；所述常温压力储罐的LPG出口通过管道与LPG常温泵的进口连接，LPG常温泵的出口分别与两个分子筛脱水塔连接，其中：

（1）两个分子筛脱水塔的含水气体出口经管道汇集后依次与再生气冷却器、再生气回收分离器连接，再生气回收分离器的液相出口与污油回收罐连接，再生气回收分离器的气相出口与常温压力储罐连接；

（2）两个分子筛脱水塔的LPG出口经管道汇集后通过压力控制阀接入二级气液分离器，其中：

1）二级气液分离器的气相出口与二级压缩机连接，二级压缩机的出口分成两路，其中：一路与再生气加热器连接，再生气加热器的出口分别接两个分子筛脱水塔底部的再生气进口；另一路经冷却器接入三级气液分离器，三级气液分离器的不凝气相出口与常温压力储罐连接，液相出口经JT阀接入二级气液分离器；

2）二级气液分离器的液相出口经JT阀接入一级气液分离器，其中：一级气液分离器的气相出口依次与一级压缩机、二级气液分离器连接；一级气液分离器的液相出口依次与第一低温泵、低温储罐、第二低温泵、LPG复热器和常温压力储罐连接；低温储罐的BOG出口通过管道与一级气液分离器连接。

2.根据权利要求1所述的一种LPG低温常压储存系统，其特征在于：在LPG复热器的出口和入口处分别设置有温度检测器和入口流量调节阀。

3.根据权利要求1所述的一种LPG低温常压储存系统，其特征在于：在LPG复热器和常温压力储罐之间设置喷淋管线。

4.根据权利要求1所述的一种LPG低温常压储存系统，其特征在于：所述常温压力储罐为球罐、普通卧罐或覆土型卧罐；所述LPG常温泵为屏蔽泵、离心泵或潜液泵。

5.根据权利要求1所述的一种LPG低温常压储存系统，其特征在于：所述再生气冷却器为空温冷却器或循环水冷却器。

6.根据权利要求1所述的一种LPG低温常压储存系统，其特征在于：所述低温储罐为单容罐、双容罐或全容罐，所述第二低温泵为潜液式、普通离心式或柱塞式。

7.根据权利要求1所述的一种LPG低温常压储存系统，其特征在于：所述LPG复热器为空温式、水浴式、开架式、浸没燃烧式或中间介质式。

8.一种LPG低温常压储存方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、常温压力储罐的LPG通过LPG常温泵增压后通过管道送到脱水装置进行含水量脱除：

两个分子筛脱水塔切换使用，确保一塔吸附一塔再生；再生气来自二级压缩机的出口LPG气相，先被送至再生气加热器加热至210～280℃，加热后的气相经管道进入两个分子筛脱水塔进行脱水和再生，其中：完成再生后的含水气体通过管道送至再生气冷却器冷却，冷却后的再生气再经管道送至再生气回收分离器进行气液分离，分离出的液相经管道送至污油回收罐外输，分离出的气相经管道回注常温压力储罐，用于平衡系统压力；完成脱水干燥达标后的LPG经压力控制阀减压后送至冷冻装置；

步骤二、冷冻装置将来自脱水装置的LPG冷冻到低温常压液体平衡状态：

来自脱水装置的LPG经压力控制阀减压后首先送至二级气液分离器，二级气液分离器减压闪蒸产生的气相通过管道被吸入二级压缩机压缩，二级气液分离器积累的液体经JT阀降温减压后进入一级气液分离器闪蒸；二级压缩机出口的大部分产品气通过冷却器降温冷凝后，进入三级气液分离器分离，少量的产品气在脱水装置需要再生气时经再生气加热器加热后去再生脱水塔；三级气液分离器的不凝气相通过管道返注回常温压力储罐实现压力平衡，液相经JT阀降温减压后进入二级气液分离器闪蒸；一级气液分离器的气相将低温储存区的蒸发气来气混合后，通过管道进入一级压缩机压缩，一级压缩机出口气体通过管道送至二级气液分离器中部由三级气液分离器送来的低温LPG液体洗涤；一级气液分离器的液相则通过第一低温泵增压后输送至低温储罐；

步骤三、低温储罐内的低温LPG通过第二低温泵增压后送至LPG复热器加热，加热后的LPG通过管道送至常温压力储罐，LPG复热器出口的温度控制在0～5℃，并设置温度检测器与入口流量调节阀连锁调节。