CN107543368B - 一种残余bog气体再回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种残余BOG气体再回收系统，其包括：BOG收集及供气模块，用于收集残余BOG气体以及对残余BOG气体进行增压存储；BOG冷量回收利用模块，通过换热的方式收集、储存增压前的BOG气体释放的冷能；制冷液化模块，BOG收集及供气模块将增压后的常温BOG气体输入至制冷液化模块，制冷液化模块用于将增压后的常温BOG气体冷冻液化成LNG输出，BOG冷量回收利用模块储存的冷能构成制冷液化模块的冷源之一；LNG储存模块，用于储存制冷液化模块输出的LNG。

Description

一种残余BOG气体再回收系统

技术领域

本发明涉及液化天然气液化成套装置技术领域，特别涉及一种残余BOG气体再回收系统。

背景技术

由于LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)的温度与外界环境之间的温差很大，在当前的保冷技术条件下，低温储存容器内的LNG会不可避免地与外界环境之间产生热传递，称之为漏热。漏热将使LNG不断汽化，产生BOG气体(Boiled Off Gas，闪蒸汽)。BOG气体密度低，单位体积的经济价值很低，因此气相存储的经济性很差，而储存容器内的BOG气体持续产生，会造成储罐压力持续上升，如不进行有效处理，压力不断上升会导致严重的安全隐患；如果直接向大气排放，造成天然气资源浪费，且由于天然气的高温室效应，会造成环境污染等问题。

以LNG槽车为例，当前LNG槽车运输至目的地并进行LNG卸车后，槽车储罐内往往会有100-300kg的残余BOG气体，由于缺乏有效的、经济可行的回收方案，大量的槽车残余BOG气体直接向大气排放，造成资源浪费和污染。该问题同样存在于LNG工厂、LNG船、LNG加气站、LNG中转站等的相关储运容器、装置及设备。

目前，市场上针对BOG气体问题所采取的方案，其一是增设储罐储存排放的BOG气体，再行气体利用，但由于储存密度低，导致该方案的成本高，操作繁琐，不是一个理想的解决方案；其二，采用制冷技术将BOG液化，但由于技术的限制，对低压BOG直接液化存在能耗大、经济性差的问题，而对BOG先进行增压再进行液化，多需要先将BOG气体加热至常温才能进行压缩，这直接导致了BOG冷能的浪费，其同样存在能耗高、经济性差的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种能够回收BOG气体冷能的残余BOG气体再回收系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种残余BOG气体再回收系统，其包括：BOG收集及供气模块，用于收集残余BOG气体以及对残余BOG气体进行增压存储；BOG冷量回收利用模块，通过换热的方式收集、储存增压前的BOG气体释放的冷能；制冷液化模块，BOG收集及供气模块将增压后的常温BOG气体输入至制冷液化模块，制冷液化模块用于将增压后的常温BOG气体冷冻液化成LNG输出，BOG冷量回收利用模块储存的冷能构成制冷液化模块的冷源之一；LNG储存模块，用于储存制冷液化模块输出的LNG。

其中，LNG储存模块包括LNG储罐，LNG储罐包括LNG入口、LNG出口和二次BOG气体出口，制冷液化模块输出的LNG通过LNG入口注入LNG储罐，LNG储罐中形成的二次BOG气体通过二次BOG气体出口输出，二次BOG气体释放的冷能构成制冷液化模块的冷源之一。

其中，二次BOG气体释放冷能后形成两条分支，分支一上设置放散阀门，分支二连通BOG收集及供气模块；当的二次BOG气体中其他杂质组分比例大于一预设值时，开启放散阀门，将二次BOG气体向系统外放散，直至二次BOG气体中其他杂质组分比例降低到预设值以下，关闭放散阀门，二次BOG气体继续回收至BOG收集及供气模块中进行增压以进行二次液化回收。

其中，冷量回收利用模块包括通过管道首尾连接的常温储罐、常温泵、冷储罐和低温泵，BOG收集及供气模块包括冷量回收换热器，常温储罐中储存常温载冷介质，BOG收集及供气模块收集BOG气体的过程中，常温泵驱动常温载冷介质在冷量回收换热器中与增压前的BOG气体实现换热，常温载冷介质经冷量回收换热器换热后吸收BOG气体的冷能形成低温载冷介质储存于冷储罐中，低温泵用于在制冷液化模块工作的过程中驱动低温载冷介质流动为制冷液化模块提供冷源，低温载冷介质释放冷能后恢复为常温载冷介质重新存储于常温储罐中参与下次载冷循环。

其中，BOG冷量回收利用模块还包括与低温泵并联设置的旁路，旁路连通冷储罐和常温储罐，旁路上设置旁路阀门，低温泵的入口设置有入口阀门，BOG冷量回收利用模块长时间运行时，开启旁路阀门，关闭低温泵的入口阀门，载冷介质的循环流动依靠常温泵驱动。

其中，低温泵由一个开关阀门替代，冷储罐的位置高于载冷介质在制冷液化模块中释放冷能的高度。

其中，BOG收集及供气模块还包括BOG集气系统、BOG增压机、散热器和BOG储罐，BOG集气系统用于收集至少一个来源的残余BOG气体，残余BOG气体经冷量回收换热器释放冷能后恢复常温，然后经BOG增压机压缩成高温高压BOG气体，再经散热器冷却至常温形成增压后的常温BOG气体，增压后的常温BOG气体存储于BOG储罐中，BOG储罐向制冷液化模块提供增压后的常温BOG气体。

其中，制冷液化模块包括主换热器、压缩机、冷凝器和节流阀/膨胀机，形成由压缩机驱动的工质循环制冷系统，制冷工质依次经压缩机压缩为高温高压状态，后通过冷凝器冷却，再经过主换热器冷却至低温，然后通过节流阀/膨胀机后成为低温低压工质，低温低压工质流经主换热器释放冷量，将增压后的BOG气体冷冻至液态形成LNG，释放冷量后的低压工质回到压缩机吸气口进行下一次循环。

其中，工质循环制冷系统所采取的制冷循环工艺可以是MRC混合工质单循环制冷循环、带预冷的MRC混合工质制冷循环、氮气膨胀法制冷循环、BOG自增压膨胀制冷循环、级联式制冷循环中的一种或多种方式的组合。

其中，MRC混合工质单循环制冷循环或带预冷的MRC混合工质制冷循环中，当BOG供气压力低于4.6MPa时，随着BOG压力的降低，增加MRC混合制冷剂中的低沸点工质比例；随着BOG压力的升高，增加MRC混合制冷剂中的高沸点工质比例。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明残余BOG气体再回收系统中设置BOG冷量回收利用模块，BOG冷量回收利用模块通过换热的方式收集、储存增压前的BOG气体释放的冷能，既可以将BOG气体加热至常温，避免采用专业加热设备带来的能耗损失，进一步地，在换热的过程中收集了BOG气体释放的冷能，并且将将收集到的冷能存储于BOG冷量回收利用模块中，避免了BOG冷能的浪费；以及，该存储冷能进一步构成将增压后的BOG气体冷冻液化的冷源之一，节约了制冷能耗。

附图说明

图1是本发明残余BOG气体再回收系统的一较佳实施方式的结构示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明残余BOG气体再回收系统的一较佳实施方式，在该实施方式中，残余BOG气体再回收系统包括BOG收集及供气模块50、BOG冷量回收利用模块20、制冷液化模块30和LNG储存模块40。

BOG收集及供气模块50用于收集残余BOG气体以及对残余BOG气体进行增压存储；BOG冷量回收利用模块20，通过换热的方式收集、储存增压前的BOG气体释放的冷能；BOG收集及供气模块50将增压后的常温BOG气体输入至制冷液化模块30，制冷液化模块30用于将增压后的常温BOG气体冷冻液化成LNG输出，LNG储存模块40用于储存制冷液化模块30输出的LNG。BOG冷量回收利用模块20储存的冷能构成制冷液化模块30的冷源之一。

具体地，BOG收集及供气模块50包括BOG集气系统9、冷量回收换热器8、BOG增压机7、散热器6和BOG储罐5。BOG集气系统9用于收集至少一个来源的残余BOG气体，残余BOG气体经冷量回收换热器8释放冷能后恢复常温，然后经BOG增压机7压缩成高温高压BOG气体，再经散热器6冷却至常温形成增压后的常温BOG气体，增压后的常温BOG气体存储于BOG储罐5中，BOG储罐5向制冷液化模块30提供增压后的常温BOG气体。

一优选实施方式中，BOG增压机7可以是多级压缩机组成的增压机组，散热器6包括多个与增压机组的多级压缩机一一对应的级间冷却换热器，高温高压BOG气体在级间冷却换热器中散热降温，散热形式为水冷冷却或空气冷却。

一优选实施方式中，BOG集气系统9包含多个LNG槽车车位，可容纳单台或多台载有残余低温BOG气体的LNG槽车同时供气。BOG增压机7驱动残余BOG气体流动，将残余低温BOG气体从槽车内抽出。

冷量回收利用模块20包括通过管道首尾连接的常温储罐11、常温泵10、冷储罐13和低温泵12。常温储罐11中储存常温载冷介质，BOG收集及供气模块50收集BOG气体的过程中，常温泵10驱动常温载冷介质在冷量回收换热器8中与增压前的BOG气体实现换热，常温载冷介质经冷量回收换热器8换热后吸收BOG气体的冷能形成低温载冷介质储存于冷储罐13中。低温泵12用于在制冷液化模块30工作的过程中驱动低温载冷介质流动进而为制冷液化模块30提供冷源。低温载冷介质释放冷能后恢复为常温载冷介质重新存储于常温储罐中参与下次载冷循环。

简而言之，冷量回收利用模块20是一个载冷介质循环回路，载冷介质通过冷量回收换热器8获取残余BOG气体释放的冷能并存储于冷储罐13内，使用时输送至制冷液化模块20内提供冷能，提供冷能后的载冷介质恢复常温又储存于常温罐11内。

一个优选实施方式中，BOG冷量回收利用模块20还包括与低温泵12并联设置的旁路。旁路连通储冷罐13和常温储罐，旁路上设置旁路阀门，低温泵12的入口设置有入口阀门，BOG冷量回收利用模块20长时间运行时，开启旁路阀门，关闭低温泵12的入口阀门，载冷介质的循环流动仅依靠常温泵10驱动。

在其他的实施例中，低温泵12亦可以有一个开关阀门替代，冷储罐13的位置高于载冷介质在制冷液化模块中释放冷能的高度。

BOG冷量回收利用模块20的收集储存冷能过程或冷能释放利用过程可以分时独立运行，视BOG收集及供气模块50和制冷液化模块30的运行需求，选择单独运行其中一个过程，或者同时运行两个过程。

制冷液化模块30包括主换热器3、压缩机1、冷凝器2和节流阀/膨胀机(未图示)，形成由压缩机驱动的工质循环制冷系统。制冷工质依次经压缩机1压缩为高温高压状态，后经冷凝器冷却形成高压制冷工质，再经过主换热器冷却至低温，然后通过节流阀/膨胀机后成为低温低压制冷工质，该低温低压制冷工质流经主换热器3释放冷量，将增压后的BOG气体冷冻至液态形成所述LNG，释放冷量后的低温低压工质回到压缩机1吸气口进行下一次循环。

优选地，制冷液化模块30的工质循环制冷系统所采取的制冷循环工艺可以是MRC混合工质单循环制冷循环、带预冷的MRC混合工质制冷循环、氮气膨胀法制冷循环、BOG自增压膨胀制冷循环、级联式制冷循环中的一种或多种方式的组合。

MRC混合工质单循环制冷循环或带预冷的MRC混合工质制冷循环可以灵活应对BOG供气压力在0.3MPa～6.4MPa的宽范围变化，当BOG供气压力高于4.6MPa时，其处于高效额定工况运行；当BOG供气压力低于4.6MPa时，通过调整制冷循环工质的配比来适应压力变化，调节的办法是，当BOG供气压力低于4.6MPa时，随着BOG压力的降低，增加MRC混合制冷剂中的低沸点工质比例；随着BOG压力的升高，增加MRC混合制冷剂中的高沸点工质比例。

一优选实施方式中，压缩机1为螺杆式压缩机或者离心式压缩机，压缩机1由电动机带动，电动机由带有变频器的交流电源驱动，当BOG供气流量变化时，通过调节变频器，改变电动机输入电源的频率来调节载荷，BOG供气量增大时，提高输入电源的频率；BOG供气量减少时，降低输入电源的频率。

另一优选实施方式中，压缩机1为螺杆式压缩机，螺杆式压缩机带有调节载荷的载位滑阀，当BOG供气流量变化时，通过调节所述的载位滑阀，来调节载荷适应BOG供气量。

优选地，主换热器由单台或多台换热器组成。单台换热器依据温度分布分为高于零下20°的中高温段和低于零下20°的低温段；多台换热器包括高于零下20°的中高温换热器和低于零下20°的低温换热器；所述中高温段或中高温换热器为多股流换热。主换热器、中高温换热器、低温换热器均为板翅式换热器、绕管式换热器、管壳式换热器、板式换热器、套管换热器中的一种或是多种类型换热器的组合。

LNG储存模块40包括LNG储罐14。LNG储罐14包括LNG入口、LNG出口和二次BOG气体出口。制冷液化模块30输出的LNG通过LNG入口注入LNG储罐14，LNG储罐14中形成的二次BOG气体通过二次BOG气体出口输出，二次BOG气体释放的冷能构成制冷液化模块的另一冷源。

在上述实施例中，压缩机驱动的工质循环制冷系统产生的高压制冷工质、低压制冷工质、二次BOG气体释放的冷能，以及BOG冷量回收利用模块储存的冷能共同构成制冷液化模块的冷源。二次BOG气体经主换热器换热后，释放冷能，成为常温BOG气体。BOG冷量回收利用模块提供的低温载冷介质经主换热器换热后，释放冷能，成为常温载冷介质重新流回常温储罐11中。

在一优选实施方式中，二次BOG气体释放冷能后形成两条分支，分支一上设置放散阀门4，分支二连通BOG收集及供气模块，具体连通BOG增压机。当二次BOG气体中其他杂质成分大于一预设值时，开启放散阀门4，将二次BOG气体向系统外放散，直至二次BOG气体中其他杂质组分比例降低到该预设值一下，关闭放散阀门，二次BOG气体继续回收至BOG收集及供气模块50中进行增压以进行二次液化回收。

区别于现有技术，本发明残余BOG气体再回收系统中设置BOG冷量回收利用模块20，BOG冷量回收利用模块20通过换热的方式收集、储存增压前的BOG气体释放的冷能，既可以将BOG气体加热至常温，避免采用专业加热设备带来的能耗损失，进一步地，在换热的过程中收集了BOG气体释放的冷能，并且将将收集到的冷能存储于BOG冷量回收利用模块中，避免了BOG冷能的浪费；以及，该存储冷能进一步构成将增压后的BOG气体冷冻液化的冷源之一，节约了制冷能耗。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种残余BOG气体再回收系统，其特征在于，所述残余BOG气体再回收系统包括：

BOG收集及供气模块，用于收集残余BOG气体以及对所述残余BOG气体进行增压存储；

BOG冷量回收利用模块，通过换热的方式收集、储存增压前的BOG气体释放的冷能；

制冷液化模块，所述BOG收集及供气模块将增压后的常温BOG气体输入至所述制冷液化模块，所述制冷液化模块用于将所述增压后的常温BOG气体冷冻液化成LNG输出，所述BOG冷量回收利用模块储存的冷能构成所述制冷液化模块的冷源之一；

LNG储存模块，用于储存所述制冷液化模块输出的LNG；

所述冷量回收利用模块包括通过管道首尾连接的常温储罐、常温泵、冷储罐和低温泵，所述BOG收集及供气模块包括冷量回收换热器，所述常温储罐中储存常温载冷介质，所述BOG收集及供气模块收集所述BOG气体的过程中，所述常温泵驱动所述常温载冷介质在所述冷量回收换热器中与所述增压前的BOG气体实现换热，所述常温载冷介质经所述冷量回收换热器换热后吸收所述BOG气体的冷能形成低温载冷介质储存于所述冷储罐中，所述低温泵用于在所述制冷液化模块工作的过程中驱动所述低温载冷介质流动为所述制冷液化模块提供冷源，所述低温载冷介质释放冷能后恢复为常温载冷介质重新存储于所述常温储罐中参与下次载冷循环；

所述BOG冷量回收利用模块还包括与所述低温泵并联设置的旁路，所述旁路连通冷储罐和所述常温储罐，所述旁路上设置旁路阀门，所述低温泵的入口设置有入口阀门，所述BOG冷量回收利用模块长时间运行时，开启所述旁路阀门，关闭所述低温泵的入口阀门，载冷介质的循环流动依靠所述常温泵驱动。

2.根据权利要求1所述的BOG气体再回收系统，其特征在于，所述LNG储存模块包括LNG储罐，所述LNG储罐包括LNG入口、LNG出口和二次BOG气体出口，所述制冷液化模块输出的LNG通过LNG入口注入所述LNG储罐，所述LNG储罐中形成的二次BOG气体通过所述二次BOG气体出口输出，所述二次BOG气体释放的冷能构成所述制冷液化模块的冷源之一。

3.根据权利要求2所述的BOG气体再回收系统，其特征在于，所述二次BOG气体释放冷能后形成两条分支，分支一上设置放散阀门，分支二连通所述BOG收集及供气模块；当所述的二次BOG气体中其他杂质组分比例大于一预设值时，开启放散阀门，将二次BOG气体向系统外放散，直至二次BOG气体中其他杂质组分比例降低到所述预设值以下，关闭所述放散阀门，二次BOG气体继续回收至所述BOG收集及供气模块中进行增压以进行二次液化回收。

4.根据权利要求1所述的残余BOG气体再回收系统，其特征在于，所述低温泵由一个开关阀门替代，所述冷储罐的位置高于所述载冷介质在所述制冷液化模块中释放冷能的高度。

5.根据权利要求1所述的残余BOG气体再回收系统，其特征在于，所述BOG收集及供气模块还包括BOG集气系统、BOG增压机、散热器和BOG储罐，所述BOG集气系统用于收集至少一个来源的所述残余BOG气体，所述残余BOG气体经所述冷量回收换热器释放冷能后恢复常温，然后经所述BOG增压机压缩成高温高压BOG气体，再经所述散热器冷却至常温形成所述增压后的常温BOG气体，所述增压后的常温BOG气体存储于所述BOG储罐中，所述BOG储罐向所述制冷液化模块提供所述增压后的常温BOG气体。

6.根据权利要求1所述的残余BOG气体再回收系统，其特征在于，所述制冷液化模块包括主换热器、压缩机、冷凝器和节流阀/膨胀机，形成由所述压缩机驱动的工质循环制冷系统，制冷工质依次经所述压缩机压缩为高温高压状态，后通过所述冷凝器冷却，再经过所述主换热器冷却至低温，然后通过所述节流阀/膨胀机后成为低温低压工质，所述低温低压工质流经所述主换热器释放冷量，将所述增压后的BOG气体冷冻至液态形成所述LNG，释放冷量后的低压工质回到所述压缩机吸气口进行下一次循环。

7.根据权利要求6所述的残余BOG气体再回收系统，其特征在于，所述工质循环制冷系统所采取的制冷循环工艺可以是MRC混合工质单循环制冷循环、带预冷的MRC混合工质制冷循环、氮气膨胀法制冷循环、BOG自增压膨胀制冷循环、级联式制冷循环中的一种或多种方式的组合。

8.根据权利要求7所述的残余BOG气体再回收系统，其特征在于，所述MRC混合工质单循环制冷循环或带预冷的MRC混合工质制冷循环中，当BOG供气压力低于4.6MPa时，随着BOG压力的降低，增加MRC混合制冷剂中的低沸点工质比例；随着BOG压力的升高，增加MRC混合制冷剂中的高沸点工质比例。