CN104390136A - 一种bog回收的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种BOG回收方法，包括LNG储罐、双排微通道口琴管冷凝回收装置、液氮储罐、自动控制系统和若干辅助装置，回收流程中不采用压缩机及低温泵，利用BOG气体和氮气自身压力作为流体在管道中流动的驱动力。LNG储罐BOG出口通过管道直接与双排微通道口琴管冷凝回收装置的BOG入口收器相连，回收的LNG液体的出口通过管道与LNG储罐相连，所述LNG储罐的管道上装有阀门及压力检测装置；液氮储罐的出口通过管道与双排微通道口琴管冷凝回收装置的液氮入口相连，冷凝回收装置氮气出口分为两路，一路直接排空，另外一路与液氮储罐的氮气入口相连，所述液氮储罐的管道上装有阀门及压力检测装置。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种BOG回收的方法和装置，是工业生产及加气站、LNG动力船舶等回收BOG气体的新型方法和装置。
背景技术
随着我国节能减排的不断推进和深化，LNG作为一种储量较大，燃烧热值较高，应用前景较广泛的气态清洁能源，正逐渐成为汽油、柴油等液体燃料的替代品。LNG的主要成分是甲烷，在常温常压下呈现气态，但在储运及销售过程中，需将常温常压下气态的天然气在0.1MPa，-163℃下液化，而用于储存LNG的储罐必须尽可能隔绝外界热量，避免因漏热使液化天然气温度升高再次气化。但是由于技术条件的限制，LNG储罐无法做到完全绝热，仍有少部分热量通过容器壁传入储罐内部，使LNG气化产生BOG气体，这部分气体的日产量约占LNG的0.05％～0.08％左右。从生产和环境的角度来说，这种可燃性气体会使储罐内压迅速升高，造成火灾或爆炸，BOG所产生的温室效应是其他温室气体如二氧化碳的21倍之多。工业上为保证生产的连续进行和设备安全，常常对BOG采取直接排空处理，造成资源的巨大浪费和环境问题。如能对这部分气体进行回收，则经济效益、社会效益十分可观。
目前常见的BOG回收技术主要来自国外，常见的方法有直接压缩法，复叠式液化法，混合制冷剂液化法和膨胀机液化法。直接压缩法是将BOG气体直接经压缩机提高压力后通过管网输送给下游用户使用，如日本东京和大阪的天然气接收站，这种方法虽然流程简单，但是面向的对象具有较大的局限性，当BOG气体产量较大超出下游用户需求量时，剩余的BOG将无法处理，且铺设管网也需要较高的成本投入，对于一般企业来说基本难以实现。复叠式液化法也称为级联式液化法，由三个独立的制冷循环组成，采用9个换热器，分别用丙烷、乙烯和甲烷为制冷剂，通过9个换热器的冷却，使BOG的温度逐渐降低直至液化，该方法设备成本高昂，流程复杂，除多个换热器外还需要与压缩机配合使用，使得运行和维护成本也较高；混合制冷剂液化法是采用多种组分的混合工质作为制冷剂，经过冷凝、蒸发、节流膨胀使BOG气体液化，虽然次方法仍然较为复杂，但较复叠式液化法已经有较大的提升和改进，然而高能耗和制冷剂的配比依然是此方法存在的较大问题；膨胀机液化法是利用高压制冷剂通过透平膨胀机膨胀的克劳德循环实现天然气液化流程，然而这一方法对BOG气体的干燥度要求较高，且液化率低，能耗大。
国内虽然有很多公司对上述问题进行了技术改进，如四川金星压缩机制造有限公司的专利《用于回收LNG储罐内的BOG的系统及方法》(CN102425725B)、中国寰球工程公司的发明专利《一种储罐中的蒸发气的回收系统和回收方法》(CN102269327B)等虽然在从前技术的基础上对流程进行了简化，但回收方法仍然需要配备压缩机组与多个换热设备；成都深冷科技有限公司的发明专利《具有BOG回收功能的LNG无泵加气方法及设备》(CN102155615B)虽然省去了低温泵和压缩机的安装运行成本，但其工作原理决定了该方法仅适用于LNG储罐在LNG装卸车时的BOG回收，适用范围较小；上海交通大学的发明专利《液化天然气汽车加气站蒸发气体的再液化装置》(CN101975335B)采用单级压缩加单级膨胀的方法配合低温泵达到BOG再液化的目的，仍然需要较高的能源消耗。鉴于以上技术现状，有必要提出一种适用范围广泛、成本低廉、回收效率高的BOG回收方法实现BOG气体的高效低成本回收。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种流程简单、能耗较小、能源利用率高、成本低的BOG回收方法。该方法在回收过程中不需对BOG及氮气配备压缩机和低温泵，仅利用回收过程中BOG气体和液氮气化产生的压力作为管道中流体流动的驱动力。该方法可大大简化流程，节省设备的安装和维护成本，同时降低了设备运行的能耗，大大提高整套设备的稳定性，采用价格低廉的液氮作为制冷剂，进一步降低回收成本。本方法原理简单，节能环保，结构紧凑无冗余。
本发明的目的还在于提供一种新型的BOG回收设备。本设备采用一种全新的双排孔微通道口琴管结构，配合多孔导流片，可以大大提高设备的通量，提高回收装置的回收效率，且体积小，广泛适用于需要BOG回收的各种场合，较传统的紧凑式和管壳式换热设备具有传热效率更高、造价更低的优点。
本发明涉及的回收方法通过如下技术方案实现：一种BOG回收方法，包括LNG储罐，止回阀，压力检测系统，冷凝回收装置，双层液氮储罐及自动控制系统。LNG储罐上有BOG气体出口管道、回收液入口管道及压力检测装置，液氮储罐上设有补充液进口管道、液氮出口管道和氮气进口管道，BOG冷凝回收装置设有BOG进口管道和回收液出口管道、液氮进口管道和氮气出口管道。LNG储罐的BOG出口接管与冷凝回收装置的BOG入口管道相连，冷凝回收装置的LNG回收液出口与LNG储罐的回收液入口相连，液氮储罐的出口通过阀门与冷凝回收装置的液氮入口相连，冷凝回收装置的氮气出口管道一路与大气相通，另一路则与液氮储罐的氮气进口管道相连。系统工作时，当LNG储罐的压力高于安全工作压力(0.8～1.2MPa)时，控制系统打开LNG储罐出口的单向阀门，使BOG气体流出储罐，BOG气体流出后，LNG储罐压力降低，当压力达到设定值时，控制系统自动关闭出口阀门停止出气。从LNG储罐流出的高温BOG气体通过止回阀流入冷凝回收装置的BOG气体通道，同时打开液氮储罐的出口阀门，使液氮流入冷凝回收装置的制冷剂通道与相邻通道的BOG气体进行换热，换热后的BOG气体被冷凝为液态，从回收装置的回收液出口流出回收装置，并在压力作用下流回到LNG储罐，而换热后的氮气则从氮气出口流出，一部分直接排入大气，另一部分返回液氮储罐用于维持液氮储罐内的工作压力，使储罐内的液氮因压力作用流入冷凝回收装置，液氮储罐上方还设有进液口用于液氮的补充，当储罐内的液位低于设定值时就要进行液氮补充。
本发明涉及的BOG冷凝回收设备通过如下技术方案实现：一种具有双排孔微通道口琴管的BOG冷凝吸附回收装置，包括双排微通道的制冷剂通道、BOG气体通道及通道两端的多孔金属导流片、通道与通道之间的金属隔板、通道两侧的边条、进出口管道组成。BOG气体和液氮在双排微通道内流动，BOG通道和液氮通道按ABABABA……的顺序间隔重叠排列，通道之间采用隔板隔开，两侧采用边条进行完全密封，只留两端的进出口供流体流入和流出，进出口处还装有改变流体流动方向和使流体流动更为均匀双重作用的多孔导流片，可以使两种流体在各自通道内流动。流体在设备内通过隔板和作为扩展传热面的金属多孔翅片和微通道壁面进行传热，大大提高传热效率。BOG气体再装置内与液氮进行换热后被重新冷凝为液体，从设备出口管道流出冷凝回收设备，进入LNG双层储罐进行储存。
有益效果：本发明流程简单、原理清晰，可以解决目前BOG回收方法中普遍存在的流程复杂、能耗较高的问题。回收设备是一种新型的微通道冷凝回收装置，结构紧凑，高通量、低成本、适用范围广，与现有的回收装置相比传热传质效率更高，造价更低。
附图说明
图1为本发明BOG回收方法流程说明。
图2为本发明冷凝回收装置内部结构示意图。
图3为本发明冷凝回收装置整体结构示意图。
图4为本发明冷凝回收装置双排微通道口琴管结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的实施做进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。
如图1所示，本实施例的装置包括LNG储罐110，冷凝回收器120，氮气储罐130。LNG储罐110和液氮储罐130上均装有压力检测装置压力表，LNG储罐110、冷凝回收器120和氮气储罐130的进出口管道上均装有控制流体流动方向的单向阀。储罐110的压力随着LNG的不断气化而升高，当压力高于设定值时，控制系统打开LNG储罐110出口的单向阀门111，使储罐110内的BOG气体从出口流出储罐，从而降低LNG储罐110的压力，保证生产的安全进行。当压力低于设定值时，放气过程结束，控制系统自动关闭出口阀门111停止放气过程。来自LNG储罐110的高温高压BOG气体通过冷凝回收装置120的BOG入口121流入装置内的BOG通道，同时打开液氮储罐的出口阀门，使液氮从出口131流入冷凝回收装置的制冷剂通道入口123，在冷凝回收装置内与BOG气体进行换热后，BOG气体被冷凝为液态，从回收装置的液态出口122流出回收装置，并在压力作用下流入LNG储罐的回液口113在储罐内储存，而换热后气化的氮气从制冷剂出口124流出冷凝回收装置，一部分排入大气，另一部分通过液氮储罐的氮气入口132流入双层液氮储罐用于维持液氮罐内的正常工作压力，当液氮储罐内的液位低于设定值时，即打开液氮进口阀门133对储罐内的液氮进行补充。
如图2所示，本发明还提供一种新型的BOG冷凝回收装置。图2为本发明BOG冷凝回收设备的内部传热传质单元结构示意图，而设备由多个如图2所示的单元结构钎焊而成。该装置主要是利用冷凝相变的原理，用液氮与BOG气体换热，将气体中的气化潜热置换出来从而达到BOG气体再液化的目的。BOG冷凝吸附回收装置传热传质单元的主要结构，包括制冷剂通道230、制冷剂通道导流片220、BOG通道250、BOG通道导流片260、通道与通道之间的隔板210及边条240构成。BOG气体和液氮分别沿箭头指示的方向从金属多孔导流片220、260流入BOG通道250及液氮通道230内部，采用金属多孔导流片的目的在于改变流体的流向，同时便于使两种流体在各自的通道内互不干涉的流动，顺利完成传热传质过程。在完成传热传质过程后，被冷凝的BOG气体和气化的氮气从箭头指示的方向从BOG通道和液氮通道尾端流出冷凝回收装置。隔板210用于通道与通道之间的分隔，边条240则用于通道两侧的密封，图示中的所有部件通过真空钎焊成为一个完整的传热传质单元，保证了设备的密封性。本设备的主体即是由多个这样的传质单元重叠排列钎焊而成。流体在设备内通过隔板和作为扩展传热面的金属多孔翅片和微通道壁面进行传热，大大提高传热效率。
如图3所示，为本发明中冷凝回收装置的整体结构示意图，即图1中设备120的整体结构示意图。冷凝回收装置的外部结构包括BOG进口管道及封头320、BOG回收液管道及封头340、液氮进口管道及封头330及氮气出口管道及封头310，BOG气体进口管道320进入设备主体，沿导流片流入BOG通道内进行冷凝，冷凝后的回收液从通道尾端流出并从出口管道340流出设备；而液氮则通过进口管道330流入，经导流片导流流入液氮通道，最后从氮气出口310流出。
图4为本发明双排孔微通道口琴管结构示意图。单个微通道通常采用边长为0.5mm的矩形截面通道，相邻通道间的壁厚为0.25～0.3mm，每个传热传质单元之间通过隔板隔开，隔板厚度为0.6～0.8mm，传热单元两侧采用边条密封。该结构可以大大提高传热传质效率降低设备的制造和运行成本。
以上所述，本发明的上述方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的保护范围，本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
Claims (10)
1.一种BOG回收方法，其特征在于：包括LNG储罐、双排微通道口琴管冷凝回收装置、液氮储罐、自动控制系统和若干辅助装置，回收流程中不采用压缩机及低温泵，利用BOG气体和氮气自身压力作为流体在管道中流动的驱动力。
2.根据权利要求1所述的BOG回收方法，其特征在于：LNG储罐BOG出口通过管道直接与双排微通道口琴管冷凝回收装置的BOG入口收器相连，回收的LNG液体的出口通过管道与LNG储罐相连，所述LNG储罐的管道上装有阀门及压力检测装置；
液氮储罐的出口通过管道与双排微通道口琴管冷凝回收装置的液氮入口相连，冷凝回收装置氮气出口分为两路，一路直接排空，另外一路与液氮储罐的氮气入口相连，所述液氮储罐的管道上装有阀门及压力检测装置。
3.根据权利要求1所述的BOG回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、LNG储罐内的压力高于设定压力值后，控制系统自动打开出口阀门使BOG气体通过管道流入双排微通道口琴管冷凝回收装置内，同时打开液氮储罐的出口阀门使液氮流入口琴管冷凝回收装置的制冷剂通道；
步骤二、当LNG储罐内的压力达到设定值时，打开LNG储罐的回收液入口阀门，由于进入冷凝回收装置的BOG被冷凝，此时管道及冷凝器内的压力降低，LNG储罐始终与冷凝回收装置及管道保持压力差，利用LNG储罐与管道的压力差将冷凝液送回LNG储罐内储存；
步骤三、流经冷凝回收器的氮气从出口流出，经过管道分流，一部分排空，另一部分从管道返回液氮储罐用于维持液氮储罐和管道的工作压力，液氮每隔一段时间需要进行补充。
4.根据权利要求2或3所述的BOG回收方法，其特征在于：LNG储罐、冷凝回收装置和氮气储罐的进出口管道上均装有控制流体流动方向的单向阀；LNG储罐内的压力高于设定压力值0.8～1.2MPa后，打开出口阀门；LNG储罐内的压力达到设定值0.3MPa时，打开入口阀门。
5.一种BOG回收装置，它是BOG冷凝回收器，其特征在于：冷凝回收器内的流体通道采用双排孔微通道口琴管结构，分为制冷剂通道和BOG通道。
6.根据权利要求5所述的BOG回收装置，其特征在于：每个微通道的当量直径为10～1000μm，微通道的横截面是矩形、圆形或其它可加工的几何形状，通道上下两排微通道间的距离为0.2～0.5mm，微通道壁厚小于0.3mm。
7.根据权利要求5所述的BOG回收装置，其特征在于：流体通道上下具有隔板，左右有边条，隔板和边条上有钎料，口琴管与隔板、边条钎焊在一起，双排孔微通道两端具有多孔结构的金属导流片。
8.根据权利要求5所述的BOG回收装置，其特征在于：每台装置都是由多个分别用于液氮和BOG的双排孔微通道口琴管通道重叠排列而成，其微通道排列方式是间隔排列、两两叠加、或者随机方式排列。
9.根据权利要求5至8之一所述的BOG回收装置，其特征在于：设备外侧还具有BOG通道和液氮通道的封头和接管。
10.根据权利要求5至8之一所述的BOG回收装置，其特征在于：设备具有传热传质的功能，即质量由气体向液体的传递过程，其通道内部的流体均发生相变，且状态为汽液混合物。
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