CN107448936A - 一种液化天然气蒸发气的处理装置、方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液化天然气蒸发气的处理装置、方法及其应用，属于天然气处理技术领域。该装置包括储罐、甲烷转化器、储能器，储罐包括罐体、包覆在罐体外壁上的保温夹层，甲烷转化器上设有排放口。罐体的顶部设有蒸发气出口，蒸发气出口通过蒸发气管线与甲烷转化器相连通，甲烷转化器还与储能器连接。甲烷转化器用于对液化天然气蒸发气进行化学转化处理，以将其转化成二氧化碳和水。本发明提供的装置在没有使用机械增压设备、压缩制冷设备或者大容量储罐的前提下即可实现液化天然气蒸发气的无害化处理，其结构简单，具有可携带性，操作方便且成本低廉，尤其适用于以液化天然气为燃料的LNG汽车。

Description

一种液化天然气蒸发气的处理装置、方法及其应用
技术领域
本发明涉及天然气处理技术领域，特别涉及一种液化天然气蒸发气的处理装置、方法及其应用。
背景技术
液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)是一种热值高、燃烧污染小的优质能源，其主要成分是甲烷。无论是在常压深冷或者是带压深冷状态下储存，液化天然气的储存温度至少在-100℃以下，而目前多在自然环境中对液化天然气进行应用，用于存储液化天然气的储罐与自然环境会发生热交换，导致静态存储的液化天然气随着时间的延长而发生蒸发相变，进而产生蒸发气(Boil OffGas，BOG)。如果对这部分蒸发气不经处理而直接进行排放，将会造成环境污染及能源浪费。所以，有必要对液化天然气蒸发气进行回收处理。
对于LNG液化工厂、LNG接收站或者部分大型运输船来说，通常以压缩后再冷凝的方式对液化天然气蒸发气进行回收处理。对于具备燃气管网接入条件的LNG加气站、LNG中转站来说，通常对液化天然气蒸发气进行升温、加压、冷凝后再输入到燃气管网。而进行如上过程需要配套使用压缩机、空冷器等设备，其设备投资高、占地面积大、后期维护和运营费用较高。
而对于以LNG为燃料的公路交通工具，例如汽车来说，当其长时间处于停驶状态时，其LNG储罐内蒸发气的量也随之增加，导致储罐内压力也随之升高，一旦超过预设压力阈值，则该蒸发气将被释放大气环境中，造成环境污染及能源浪费。进一步地，一旦所释放的蒸发气积聚在车库中，极容易引发安全事故。但是，由于该类LNG为燃料的汽车为可移动的，并且能够存储的LNG的量较小，如若增设上述压缩机和空冷器等设备对蒸发气进行处理，则使该类汽车丧失经济性。
针对上述问题，现有技术通过使用高压增强瓶来储存液化天然气，通过在高压和低温下的存储来延缓蒸发气的生成。但是，发明人发现现有技术仍然无法完全避免蒸发气的生成，并且高压和低温存储还会造成处理成本过高，还会造成安全隐患。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种简单可靠且低成本的液化天然气蒸发气的处理装置、方法及其应用。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种液化天然气蒸发气的处理装置，所述处理装置包括储罐、甲烷转化器、储能器；所述储罐包括罐体、包覆在所述罐体外壁上的保温夹层；所述甲烷转化器上设置有排放口；
所述罐体的顶部设置有蒸发气出口，所述蒸发气出口通过蒸发气管线与所述甲烷转化器相连通，同时，所述甲烷转化器还与所述储能器连接；
所述甲烷转化器用于对液化天然气蒸发气进行化学转化处理，以将所述液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水。
可选地，所述处理装置还包括与所述甲烷转化器电连接的加热器；
所述甲烷转化器为甲烷催化燃烧器；
所述储能器为蓄热体。
可选地，所述保温夹层外表面包覆有一层绝热层，所述绝热层内设置有与所述储能器电连接的制冷组件；
所述甲烷转化器为燃料电池；
所述储能器为蓄电池。
具体地，作为优选，所述制冷组件为半导体电制冷片。
具体地，作为优选，所述保温夹层的材料为膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维或者泡沫玻璃砖；
所述绝热层由真空粉末、真空硅酸盐纤维层或者多层铝箔反射屏制备得到。
具体地，作为优选，所述处理装置还包括换热器，所述换热器设置在所述蒸发气管线上。
第二方面，本发明实施例提供了利用上述的处理装置对液化天然气蒸发气进行处理的方法，包括：将储罐内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到所述甲烷转化器中进行化学转化处理，以将所述液化天然气蒸发气转化生成二氧化碳和水，将所述二氧化碳和水从排放口排出，与此同时，使用储能器来从所述甲烷转化器中获取所述液化天然气蒸发气化学转化过程中所产生的热量。
具体地，当使用甲烷催化燃烧器作为甲烷转化器，以及使用蓄热体作为储能器时，所述方法包括：通过加热器对所述甲烷转化器进行加热处理，使所述甲烷转化器的内部达到甲烷的燃烧温度；
将储罐内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到所述甲烷催化燃烧器中进行燃烧处理，以将所述液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水，并将所述二氧化碳和水从排放口排出，与此同时，使用所述蓄热体来从所述甲烷催化燃烧器中收集所述液化天然气蒸发气燃烧过程中所产生的热量。
具体地，当使用燃料电池作为甲烷转化器，以及使用蓄电池作为储能器时，所述方法包括：将储罐内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到所述燃料电池中进行电化学反应，以将所述液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水，并将所述二氧化碳和水从排放口排出，与此同时，使用所述蓄电池来从所述燃料电池中收集所述液化天然气蒸发气电化学反应中所产生的热量，并将所述热量转化成电能，进而将所述电能供应给所述储罐中的制冷组件，使所述制冷组件进行制冷作业，进而降低所述储罐的温度。
第三方面，本发明实施例提供了上述的处理装置在制备以液化天然气为燃料的汽车中的应用。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的液化天然气蒸发气的处理装置，通过使用甲烷转化器来对液化天然气蒸发气进行化学转化处理，以将其转化成无害的二氧化碳和水，随后经排放口排至大气环境中。同时，通过使用储能器来从甲烷转化器回收蒸发气化学转化过程中所产生的能量，避免了能源浪费。可见，本发明实施例提供的装置在没有使用机械增压设备、压缩制冷设备或者大容量储罐的前提下即可实现液化天然气蒸发气的无害化处理，其结构简单，具有可携带性，操作方便且成本低廉，尤其适用于以液化天然气为燃料的LNG汽车，便于规模化推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的第一类型的液化天然气蒸发气的处理装置的结构示意图；
图2是本发明又一实施例提供的第二类型的液化天然气蒸发气的处理装置的结构示意图。
附图标记分别表示：
1 储罐，
101 罐体，
102 保温夹层，
103 蒸发气出口，
104 绝热层，
2 甲烷转化器，
3 储能器，
4 制冷组件，
5 换热器，
6 整流电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种液化天然气蒸发气的处理装置，如附图1及附图2所示，该处理装置包括储罐1、甲烷转化器2、储能器3；储罐1包括罐体101、包覆在罐体101外壁上的保温夹层102；甲烷转化器2上设置有排放口。罐体101的顶部设置有蒸发气出口103，蒸发气出口103通过蒸发气管线与甲烷转化器2相连通，同时，甲烷转化器2还与储能器3连接。甲烷转化器2用于对液化天然气蒸发气进行化学转化处理，以将液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水。
本发明实施例提供的液化天然气蒸发气的处理装置，通过使用甲烷转化器来2对液化天然气蒸发气进行化学转化处理，以将其转化成无害的二氧化碳和水，随后经排放口排至大气环境中。同时，通过使用储能器3来从甲烷转化器2回收蒸发气化学转化过程中所产生的能量，避免了能源浪费。可见，本发明实施例提供的装置在没有使用机械增压设备、压缩制冷设备或者大容量储罐的前提下即可实现液化天然气蒸发气的无害化处理，其结构简单，具有可携带性，操作方便且成本低廉，尤其适用于以液化天然气为燃料的LNG汽车，便于规模化推广应用。
作为第一种实施方式，本发明实施例提供了第一类型的液化天然气蒸发气的处理装置，在前述基础上，该处理装置还包括与所述甲烷转化器2电连接的加热器，并且将甲烷转化器2限定为甲烷催化燃烧器，将储能器3限定为蓄热体。具体地，该第一类型的液化天然气蒸发气的处理装置的结构请参见附图1。
该第一类型的处理装置不仅适用于LNG汽车，还适用于移动的和中小型的LNG站场，例如LNG中转站，LNG加注站等。在利用上述的处理装置处理液化天然气蒸发气时，其具体操作过程如下：通过加热器对甲烷转化器2进行加热处理，使甲烷转化器2的内部达到甲烷的燃烧温度。
将储罐1内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到甲烷催化燃烧器中进行燃烧处理，以将液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水，并将二氧化碳和水从排放口排出。与此同时，使用蓄热体来从甲烷催化燃烧器中收集液化天然气蒸发气燃烧过程中所产生的热量。
当将该第一类型的处理装置用于LNG汽车时，可以将汽车自带的电加热系统作为加热器，同时利用车载电源来为该电加热系统供电。
本领域技术人员可以理解的是，液化天然气蒸发气在甲烷催化燃烧器中发生燃烧反应，该燃烧反应主要针对甲烷的燃烧。对于本领域技术人员来说，甲烷的催化燃烧为本领域所常见的，所以该甲烷催化燃烧器的结构以能够实现甲烷的充分燃烧为宜。
作为第二种实施方式，本发明实施例提供了第二种类型的液化天然气蒸发气的处理装置，该第二类型的液化天然气蒸发气的处理装置的结构请参见附图2。可以理解的是，在前述基础上，该第二类型的液化天然气蒸发气的处理装置中，其储罐1的保温夹层102外表面包覆有一层绝热层104，绝热层104内设置有与储能器3电连接的制冷组件4，并且将该甲烷转化器2具体限定为燃料电池，将储能器3具体限定为蓄电池。作为优选，该制冷组件4为半导体电制冷片。进一步地，作为优选，在蓄电池的前端设置有整流电路6，以便于电能转化。
该第二类型的处理装置尤其适用于LNG汽车，在利用上述的处理装置处理液化天然气蒸发气时，其具体操作过程如下：
当使用燃料电池作为甲烷转化器2，以及使用蓄电池作为储能器3时，方法包括：将储罐1内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到燃料电池中进行电化学反应，以将液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水，并将二氧化碳和水从排放口排出，与此同时，使用蓄电池来从燃料电池中收集液化天然气蒸发气电化学反应中所产生的热量，并将热量转化成电能，进而将电能供应给储罐1中的制冷组件4，使制冷组件4进行制冷作业，进而降低储罐1的温度。
可见，将第二种类型的处理装置应用于LNG汽车时，其不仅能够实现蒸发气的无害化处理，且能够充分利用能量，以减少储罐1中蒸发气的产生量，具有较强的适应性。
其中，在本发明实施例中，储罐1的罐体101作为存储液化天然气的容器，为了保证其尽可能地与外界自然环境发生热交换，在罐体101外壁上包覆一层保温夹层102，同时在保温夹层102外表面包覆一层绝热层104。本领域技术人员可以理解的是，液化天然气的储罐1上的保温夹层102和绝热层104均为本领域常见的，举例来说，该保温夹层102的材料可以为膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维、泡沫玻璃砖以及其他保温绝热材料，其厚度一般为25-35mm，例如为25mm、27mm、30mm、31mm、32mm、33mm、34mm等。该绝热层104可以由真空粉末、真空硅酸盐纤维层或者多层铝箔反射屏(例如4-8层)制备得到，其厚度一般为15-25mm，例如为15mm、17mm、20mm、22mm、25mm等。当该处理装置用于LNG汽车时，该储罐1的结构与常见的车用LNG储罐1相一致。
在上述提供的处理装置的基础上，作为优选，本发明实施例提供的处理装置还包括换热器5，该换热器5设置在蒸发气管线上。通过使用换热器5对由储罐1而来的蒸发气进行预加热处理，以利于其在甲烷转化器2中的充分转化。
第二方面，本发明实施例提供了利用上述的处理装置对液化天然气蒸发气进行处理的方法，该方法包括：将储罐1内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到甲烷转化器2中进行化学转化处理，以将液化天然气蒸发气转化生成二氧化碳和水，将二氧化碳和水从排放口排出。与此同时，使用储能器3来从甲烷转化器2中获取液化天然气蒸发气化学转化过程中所产生的热量。
作为一种实施方式，当使用甲烷催化燃烧器作为甲烷转化器2，以及使用蓄热体作为储能器3时，该方法具体包括：通过加热器对甲烷转化器2进行加热处理，使甲烷转化器2的内部达到甲烷的燃烧温度。
将储罐1内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到甲烷催化燃烧器中进行燃烧处理，以将液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水，并将二氧化碳和水从排放口排出，与此同时，使用蓄热体来从甲烷催化燃烧器中收集液化天然气蒸发气燃烧过程中所产生的热量。
作为另外一种实施方式，当使用燃料电池作为甲烷转化器2，以及使用蓄电池作为储能器3时，该方法具体包括：将储罐1内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到燃料电池中进行电化学反应，以将液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水，并将二氧化碳和水从排放口排出。与此同时，使用蓄电池来从燃料电池中收集液化天然气蒸发气电化学反应中所产生的热量，并将热量转化成电能，进而将电能供应给储罐1中的制冷组件4，使制冷组件4进行制冷作业，进而降低储罐1的温度。
可以理解的是，在利用上述方法处理液化天然气蒸发气时，可以采用间歇操作方式，还可采用连续操作的方式。
由上述可知，本发明实施例提供的方法能够将液化天然气蒸发气在排放之前转化为水和二氧化碳，尤其是对于以液化天然气为燃料的LNG汽车来说，这有效消除了LNG汽车在长时间停驶时所存在的安全隐患。
第三方面，本发明实施例提供了上述的处理装置在制备以液化天然气为燃料的汽车，即LNG汽车中的应用。具体地，通过在以LNG汽车中安装本发明实施例提供的上述处理装置，能够在对蒸发气进行无害化处理的前提下，降低其处理成本，保证了该类汽车的经济适用性。
第四方面，本发明实施例还提供了一种以液化天然气为燃料的LNG汽车，该LNG汽车包括上述的处理装置。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种可应用于LNG汽车上的液化天然气蒸发气的处理装置，该处理装置包括：车用LNG储罐、甲烷催化燃烧器、蓄热体、加热器、换热器。该车用LNG储罐包括罐体、包覆在罐体外壁上的膨胀珍珠岩保温夹层。其中，甲烷催化燃烧器上设置有排放口，车用LNG储罐的罐体的顶部设置有蒸发气出口，该蒸发气出口通过蒸发气管线与甲烷催化燃烧器相连通，同时，甲烷催化燃烧器还与蓄热体连接。换热器设置在蒸发气出口与甲烷催化燃烧器之间的蒸发气管线上。并且，以汽车自带的电加热系统作为加热器，以车载电源为该电加热系统供电。
在利用上述处理装置对LNG汽车内的液化天然气蒸发气进行处理时，其具体操作过程如下：当压力传感器检测到车用LNG储罐内的压力达到预设阈值时(即说明液化天然气蒸发气将要从储罐中排放)，利用车载电源来为汽车自带的电加热系统进行功能，并启动该电加热系统来为甲烷催化燃烧器进行加热。待甲烷催化燃烧器内的温度达到足以点燃甲烷时，蒸发气将从蒸发气出口排出并进入换热器进行预热处理，随后进入甲烷催化燃烧器中进行燃烧处理。在该甲烷催化燃烧器中，蒸发气中的甲烷以及其他微量的可燃气体发生燃烧，生产二氧化碳和水后经排放口排至大气环境中。
可见，当LNG汽车使用上该处理装置后，其能够及时地对蒸发气进行无害化处理，避免了直接将其排放至大气中造成污染。同时基于该处理装置的可携带性，其能够方便地用于LNG汽车上，且成本低廉，便于操作，有效提高了LNG汽车的适用性。
实施例2
本实施例提供了一种可应用于LNG汽车上的液化天然气蒸发气的处理装置，该处理装置包括：车用LNG储罐、燃料电池、蓄电池、换热器。该车用LNG储罐包括罐体、包覆在罐体外壁上的弹性玻璃纤维保温夹层、包覆在该保温夹层外表面的多层铝箔反射屏绝热层，设置在绝热层中的半导体电制冷片。其中，燃料电池内放置有甲烷燃料电池薄膜，并且其上设置有排放口，车用LNG储罐的罐体的顶部设置有蒸发气出口，该蒸发气出口通过蒸发气管线与燃料电池相连通，同时，燃料电池还通过整流电路与蓄电池电连接，蓄电池还与半导体电制冷片电连接。换热器设置在蒸发气出口与燃料电池之间的蒸发气管线上。
在利用上述处理对LNG汽车内的液化天然气蒸发气进行处理时，其具体操作过程如下：当压力传感器检测到车用LNG储罐内的压力达到预设阈值时(即说明液化天然气蒸发气将要从储罐中排放)，液化天然气蒸发气从蒸发气出口排出并进入换热器进行预热处理后，随后进入燃料电池内中进行电化学反应，所生成的二氧化碳和水后经排放口排至大气环境中。与此同时，燃料电池所产生的热量将由蓄电池转化为电能进而提供给半导体电制冷片，使半导体电制冷片进行制冷作业，进而保证车用LNG储罐的低温状态。对于车用LNG储罐来说，由于保温夹层的内壁温度基本等同于所储存的液化天然气的温度，而保温夹层的外表面温度由与外界环境的传热以及半导体制冷片的制冷作业来确定，一旦降低此处的温度，将会显著降低该LNG储罐的漏热量，进而降低蒸发气的产生量。
可见，当LNG汽车使用上该处理装置后，其能够及时地对蒸发气进行无害化处理，避免了直接将其排放至大气中造成污染。而且，还将处理过程中产生的热量进行回收利用，避免了能源浪费。基于该处理装置的可携带性，其能够方便地用于LNG汽车上，且成本低廉，便于操作，有效提高了LNG汽车的适用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液化天然气蒸发气的处理装置，其特征在于，所述处理装置包括储罐、甲烷转化器、储能器；所述储罐包括罐体、包覆在所述罐体外壁上的保温夹层；所述甲烷转化器上设置有排放口；
所述罐体的顶部设置有蒸发气出口，所述蒸发气出口通过蒸发气管线与所述甲烷转化器相连通，同时，所述甲烷转化器还与所述储能器连接；
所述甲烷转化器用于对液化天然气蒸发气进行化学转化处理，以将所述液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括与所述甲烷转化器电连接的加热器；
所述甲烷转化器为甲烷催化燃烧器；
所述储能器为蓄热体。
3.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述保温夹层外表面包覆有一层绝热层，所述绝热层内设置有与所述储能器电连接的制冷组件；
所述甲烷转化器为燃料电池；
所述储能器为蓄电池。
4.根据权利要求3所述的处理装置，其特征在于，所述制冷组件为半导体电制冷片。
5.根据权利要求3所述的处理装置，其特征在于，所述保温夹层的材料为膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维或者泡沫玻璃砖；
所述绝热层由真空粉末、真空硅酸盐纤维层或者多层铝箔反射屏制备得到。
6.根据权利要求1-5任一项所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括换热器，所述换热器设置在所述蒸发气管线上。
7.利用权利要求1-6任一项所述的处理装置对液化天然气蒸发气进行处理的方法，包括：将储罐内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到所述甲烷转化器中进行化学转化处理，以将所述液化天然气蒸发气转化生成二氧化碳和水，将所述二氧化碳和水从排放口排出，与此同时，使用储能器来从所述甲烷转化器中获取所述液化天然气蒸发气化学转化过程中所产生的热量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当使用甲烷催化燃烧器作为甲烷转化器，以及使用蓄热体作为储能器时，所述方法包括：通过加热器对所述甲烷转化器进行加热处理，使所述甲烷转化器的内部达到甲烷的燃烧温度；
将储罐内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到所述甲烷催化燃烧器中进行燃烧处理，以将所述液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水，并将所述二氧化碳和水从排放口排出，与此同时，使用所述蓄热体来从所述甲烷催化燃烧器中收集所述液化天然气蒸发气燃烧过程中所产生的热量。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当使用燃料电池作为甲烷转化器，以及使用蓄电池作为储能器时，所述方法包括：将储罐内的液化天然气蒸发气经蒸发气管线输送到所述燃料电池中进行电化学反应，以将所述液化天然气蒸发气转化成二氧化碳和水，并将所述二氧化碳和水从排放口排出，与此同时，使用所述蓄电池来从所述燃料电池中收集所述液化天然气蒸发气电化学反应中所产生的热量，并将所述热量转化成电能，进而将所述电能供应给所述储罐中的制冷组件，使所述制冷组件进行制冷作业，进而降低所述储罐的温度。
10.权利要求1-6任一项所述的处理装置在制备以液化天然气为燃料的汽车中的应用。
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