CN114877618A - 一种采用混合制冷剂的lng船用bog再液化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于液化天然气储存和输运过程中蒸发气再液化及回收技术领域，提供了一种采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，包括BOG气源、LNG液舱、GCU管道（气体燃烧装置），其特征在于，还包括：BOG液化管路和液化装置，所述BOG液化管路包括第一BOG压缩机、第二BOG压缩机、闪蒸换热器、液化多股流换热器、主液化冷箱、第一JT阀和LNG分离罐。本发明采用了混合制冷剂液化，缩小了液化循环中的平均换热温差，提高了冷能利用率；混合制冷剂循环系统的制冷剂选用了氮气、甲烷、乙烷等轻烃类制冷剂混合物，相比于现有的LNG船用BOG再液化系统，该天然气液化系统在液化制冷循环部分使用了混合制冷剂大幅提高了整个系统的液化效率。
Description
技术领域
本发明属于液化天然气储存和输运过程中蒸发气再液化及回收技术领域，尤其涉及一种采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统。
背景技术
随着全球气候问题和温室气体排放等环境问题的广泛关注，作为清洁能源的天然气需求近几年快速增长。液化天然气（LNG）体积为气态天然气的约六百二十五分之一，是跨洋国家之间长距离运输的一种解决方案。因此，液化天然气LNG运输船和相关技术也得到了广泛的关注。液化天然气（LNG）运输过程中因为储罐内外温差大的问题，液化天然气（LNG）气化形成蒸发气体（BOG）是不可避免，这些蒸发气体（BOG）为了保护环境和经济性等问题需要回收处理。
LNG在海上运输过程中，因为有波浪、空间相对不足等特殊作业环境下，BOG再液化设计标准不同于陆上的天然气液化，比如安全性、工艺的简洁性、紧凑性和模块化设计等。巨永林等研发了专利号CN103759496B小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置，虽然工艺流程简单，结构紧凑但功耗不高。
目前为止，公开的LNG船用BOG再液化技术大多采用的是较简单的BOG加压和JT阀膨胀，或者氮膨胀液化技术。这些技术虽然流程简单、容易操作等特点，但存在液化效率功耗低导致运行费用高的特点。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，旨在解决现有LNG船用BOG再液化系统的液化效率相对低的问题。
本发明是这样实现的，一种采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，包括BOG气源、LNG液舱、GCU管道，还包括：BOG液化管路和液化装置，所述BOG液化管路包括第一BOG压缩机、第二BOG压缩机、闪蒸换热器、液化多股流换热器、主液化冷箱、第一JT阀和LNG分离罐；
所述第一BOG压缩机的入口与BOG气源连接，所述第一BOG压缩机的出口与第二BOG压缩机的入口连接，所述闪蒸换热器设置有两个入口和两个出口，所述第二BOG压缩机的出口与闪蒸换热器的第二入口连接，所述液化多股流换热器设置有三个入口和三个出口，所述闪蒸换热器的第二出口与液化多股流换热器第一入口连接，所述主液化冷箱设置有四个入口和四个出口，所述液化多股流换热器的第一出口与主液化冷箱的第二入口连接，所述主液化冷箱的第二出口和第一JT阀的入口连接，所述第一JT阀的出口与LNG分离罐的出口连接，所述LNG分离罐的气相出口与主液化冷箱第一入口连接，所述主液化冷箱的第一出口与闪蒸换热器的第一入口连接，所述闪蒸换热器的第一出口通过两个分支管道分别与第二BOG压缩机的出口和GCU管道连接，所述LNG分离罐的液相出口与LNG液舱连接，所述液化装置分别与液化多股流换热器和主液化冷箱连接，所述液化装置用于对BOG的再液化。
进一步的技术方案，所述液化装置包括混合制冷剂循环系统，所述混合制冷剂循环系统用于对BOG的再液化。
进一步的技术方案，所述混合制冷剂循环系统包括混合制冷剂、第一MR压缩机、第一冷却器、第二MR压缩机、第二冷却器、第一气液分离罐、第三MR压缩机、MR增压泵、第三冷却器、第二JT阀和第三JT阀，所述混合制冷剂依次通过第一MR压缩机、第一冷却器、第二MR压缩机、第二冷却器和气液分离罐，所述第一MR压缩机的入口与第一冷却器的出口连接，所述第一冷却器的出口与第二MR压缩机的入口连接，所述第二MR压缩机的出口与第二冷却器连接，所述第二冷却器的出口与第一气液分离罐连接，所述气液分离罐将混合制冷剂分为气相混合制冷剂和液相混合制冷剂，所述第三MR压缩机设置在气液分离罐的气相出口和第三冷却器的气相入口之间的连接管路上，所述MR增压泵设置在气液分离罐的液相出口和第三冷却器的液相入口之间的连接管路上，所述第三冷却器的出口与液化多股流换热器的第二入口连接，所述液化多股流换热器的第二出口通过两个分支管道分别与第二JT阀的入口和主液化冷箱的第三入口连接，所述主液化冷箱的第三出口与第三JT阀的入口连接，所述第三JT阀的出口与主液化冷箱的第四入口连接，所述主液化冷箱的第四出口和第二JT阀的出口股流混合后与液化多股流换热器的第三入口连接，所述液化多股流换热器的第三出口与第一MR压缩机的入口连接。
进一步的技术方案，所述液化多股流换热器为板翅式换热器。
进一步的技术方案，所述主液化冷箱为板翅式换热器或绕管式换热器。
进一步的技术方案，所述混合制冷剂包括氮气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷中的至少两种。
进一步的技术方案，所述甲烷摩尔分率为40%～50%、乙烷摩尔分率为15%～20%、丙烷摩尔分率为3%～9%、丁烷摩尔分率为10%～20%、氮气摩尔分率为7%～12%。
本发明实施例提供的一种采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，本发明采用了混合制冷剂液化，缩小了液化循环中的平均换热温差，提高了冷能利用率；混合制冷剂循环系统的制冷剂选用了氮气、甲烷、乙烷等轻烃类制冷剂混合物，提高了液化效率；相比于现有的LNG船用BOG再液化系统，该天然气液化系统在液化制冷循环部分使用了混合制冷剂大幅提高了整个系统的液化效率；此外，该液化系统设计可以在混合制冷剂循环系统里灵活选择使用丙烷制冷剂，降低LNG船在海上运行时安全性风险。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统的结构示意图。
附图中：第一BOG压缩机1、第二BOG压缩机2、闪蒸换热器3、液化多股流换热器4、主液化冷箱5、第一JT阀6、LNG分离罐7、第一MR压缩机8、第一冷却器9、第二MR压缩机10、第二冷却器11、第一气液分离罐12、第三MR压缩机13、MR增压泵14、第三冷却器15、第二JT阀16、第三JT阀17。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，包括BOG气源、LNG液舱、GCU管道，其特征在于，还包括：BOG液化管路和液化装置，所述BOG液化管路包括第一BOG压缩机1、第二BOG压缩机2、闪蒸换热器3、液化多股流换热器4、主液化冷箱5、第一JT阀6和LNG分离罐7；
所述第一BOG压缩机1的入口与BOG气源连接，所述第一BOG压缩机1的出口与第二BOG压缩机2的入口连接，所述闪蒸换热器3设置有两个入口和两个出口，所述第二BOG压缩机2的出口与闪蒸换热器3的第二入口连接，所述液化多股流换热器4设置有三个入口和三个出口，所述闪蒸换热器3的第二出口与液化多股流换热器4第一入口连接，所述主液化冷箱5设置有四个入口和四个出口，所述液化多股流换热器4的第一出口与主液化冷箱5的第二入口连接，所述主液化冷箱5的第二出口和第一JT阀6的入口连接，所述第一JT阀6的出口与LNG分离罐7的出口连接，所述LNG分离罐7的气相出口与主液化冷箱5第一入口连接，所述主液化冷箱5的第一出口与闪蒸换热器3的第一入口连接，所述闪蒸换热器3的第一出口通过两个分支管道分别与第二BOG压缩机2的出口和GCU管道连接，所述LNG分离罐7的液相出口与LNG液舱连接，所述液化装置分别与液化多股流换热器4和主液化冷箱5连接，所述液化装置用于对BOG的再液化。
在本发明实施例中，BOG以绝对压力0.1MPa、温度-110℃～-130℃通过第一BOG压缩机1和第二BOG压缩机2增压至0.5Mpa～1.2Mpa，随后依次进入闪蒸换热器3、液化多股流换热器4后降温冷却至-80℃～-120℃，之后进入主液化冷箱5深冷至-150℃～-158℃，最后通过第一JT阀6降温至-162℃后流入LNG分离罐5，分离出的散蒸汽依次进入主液化冷箱5和闪蒸换热器 3提供冷量后进入船舶推进系统作为燃料，其余的进行再液化，分离出的LNG移送到LNG液舱，液化装置对BOG的再液化。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述液化装置包括混合制冷剂循环系统，所述混合制冷剂循环系统用于对BOG的再液化，所述混合制冷剂循环系统包括混合制冷剂、第一MR压缩机8、第一冷却器9、第二MR压缩机10、第二冷却器11、第一气液分离罐12、第三MR压缩机13、MR增压泵14、第三冷却器15、第二JT阀16和第三JT阀17，所述混合制冷剂依次通过第一MR压缩机8、第一冷却器9、第二MR压缩机10、第二冷却器11和气液分离罐12，所述第一MR压缩机8的入口与第一冷却器9的出口连接，所述第一冷却器9的出口与第二MR压缩机10的入口连接，所述第二MR压缩机10的出口与第二冷却器11连接，所述第二冷却器11的出口与第一气液分离罐12连接，所述气液分离罐12将混合制冷剂分为气相混合制冷剂和液相混合制冷剂，所述第三MR压缩机13设置在气液分离罐12的气相出口和第三冷却器15的气相入口之间的连接管路上，所述MR增压泵14设置在气液分离罐12的液相出口和第三冷却器15的液相入口之间的连接管路上，所述第三冷却器15的出口与液化多股流换热器4的第二入口连接，所述液化多股流换热器4的第二出口通过两个分支管道分别与第二JT阀16的入口和主液化冷箱5的第三入口连接，所述主液化冷箱5的第三出口与第三JT阀17的入口连接，所述第三JT阀17的出口与主液化冷箱5的第四入口连接，所述主液化冷箱5的第四出口和第二JT阀16的出口股流混合后与液化多股流换热器4的第三入口连接，所述液化多股流换热器4的第三出口与第一MR压缩机8的入口连接。
在本发明实施例中，混合制冷剂经第一MR压缩机8压缩至绝对压力0.4MPa～1MPa，压缩后经第一冷却器9冷却，冷却器的冷源采用海水或空冷，之后继续经第二MR压缩机10压缩至绝对压力1.0MPaMPa～3.0MPa，压缩后经第二冷却器11冷却，随后通过气液分离罐12进行气液分离，气相混合制冷剂通过第三MR压缩机13继续增压至绝对压力3.0MPa～6.0MPa，液相混合制冷剂通过MR增压泵14增压至绝对压力3.0MPa～6.0MPa，之后液相混合制冷剂和气相混合制冷剂进入第三冷却器15，通过第三冷却器15降温后的混合制冷剂进入液化多股流换热器4冷却至-80℃～-120℃，之后通过两个分支管道分别进入第二JT阀16和主液化冷箱5，混合制冷剂通过主液化冷箱5后冷却至-150℃～-158℃后 进入第三JT阀17节流减压至绝对压力0.2MPa～0.5MPa 获得-155℃～-158℃低温后返回主液化冷箱5提供冷量，随后与第二JT阀16的出口股流混合后进入液化多股流换热器4提供冷量后返回第一MR压缩机7，完成制冷剂循环。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述液化多股流换热器4为板翅式换热器，所述主液化冷箱5为板翅式换热器或绕管式换热器。
在本发明实施例中，液化多股流换热器4为板翅式换热器，主液化冷箱5为板翅式换热器或绕管式换热器。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述混合制冷剂包括氮气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷中的至少两种。
在本发明实施例中，混合制冷剂循环系统的制冷剂选用了氮气、甲烷、乙烷等轻烃类制冷剂混合物，提高了液化效率，该液化系统设计可以在混合制冷剂循环系统里灵活选择使用丙烷制冷剂，降低LNG船在海上运行时安全性风险。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述甲烷摩尔分率为40%～50%、乙烷摩尔分率为15%～20%、丙烷摩尔分率为3%～9%、丁烷摩尔分率为10%～20%、氮气摩尔分率为7%～12%。
在本发明实施例中，相比于现有的LNG船用BOG再液化系统，该天然气液化系统在液化制冷循环部分使用了混合制冷剂大幅提高了整个系统的液化效率，该液化系统设计可以在混合制冷剂循环系统里灵活选择使用丙烷制冷剂，降低LNG船在海上运行时安全性风险。
本发明上述实施例中提供了一种采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，BOG以绝对压力0.1MPa、温度-110℃～-130℃通过第一BOG压缩机1和第二BOG压缩机2增压至0.5Mpa～1.2Mpa，随后依次进入闪蒸换热器3、液化多股流换热器4后降温冷却至-80℃～-120℃，之后进入主液化冷箱5深冷至-150℃～-158℃，最后通过第一JT阀6降温至-162℃后流入LNG分离罐5，分离出的散蒸汽依次进入主液化冷箱5和闪蒸换热器 3提供冷量后进入船舶推进系统作为燃料，其余的进行再液化，分离出的LNG移送到LNG液舱；混合制冷剂经第一MR压缩机8压缩至绝对压力0.4MPa～1MPa，压缩后经第一冷却器9冷却，冷却器的冷源采用海水或空冷，之后继续经第二MR压缩机10压缩至绝对压力1.0MPaMPa～3.0MPa，压缩后经第二冷却器11冷却，随后通过气液分离罐12进行气液分离，气相混合制冷剂通过第三MR压缩机13继续增压至绝对压力3.0MPa～6.0MPa，液相混合制冷剂通过MR增压泵14增压至绝对压力3.0MPa～6.0MPa，之后液相混合制冷剂和气相混合制冷剂进入第三冷却器15，通过第三冷却器15降温后的混合制冷剂进入液化多股流换热器4冷却至-80℃～-120℃，之后通过两个分支管道分别进入第二JT阀16和主液化冷箱5，混合制冷剂通过主液化冷箱5后冷却至-150℃～-158℃后 进入第三JT阀17节流减压至绝对压力0.2MPa～0.5MPa 获得-155℃～-158℃低温后返回主液化冷箱5提供冷量，随后与第二JT阀16的出口股流混合后进入液化多股流换热器4提供冷量后返回第一MR压缩机7，完成制冷剂循环；本发明采用了混合制冷剂液化，缩小了液化循环中的平均换热温差，提高了冷能利用率；混合制冷剂循环系统的制冷剂选用了氮气、甲烷、乙烷等轻烃类制冷剂混合物，提高了液化效率。相比于现有的LNG船用BOG再液化系统，该天然气液化系统在液化制冷循环部分使用了混合制冷剂大幅提高了整个系统的液化效率；此外，该液化系统设计可以在混合制冷剂循环系统里灵活选择使用丙烷制冷剂，降低LNG船在海上运行时安全性风险。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，包括BOG气源、LNG液舱、GCU管道，其特征在于，还包括：BOG液化管路和液化装置，所述BOG液化管路包括第一BOG压缩机、第二BOG压缩机、闪蒸换热器、液化多股流换热器、主液化冷箱、第一JT阀和LNG分离罐；
所述第一BOG压缩机的入口与BOG气源连接，所述第一BOG压缩机的出口与第二BOG压缩机的入口连接，所述闪蒸换热器设置有两个入口和两个出口，所述第二BOG压缩机的出口与闪蒸换热器的第二入口连接，所述液化多股流换热器设置有三个入口和三个出口，所述闪蒸换热器的第二出口与液化多股流换热器第一入口连接，所述主液化冷箱设置有四个入口和四个出口，所述液化多股流换热器的第一出口与主液化冷箱的第二入口连接，所述主液化冷箱的第二出口和第一JT阀的入口连接，所述第一JT阀的出口与LNG分离罐的出口连接，所述LNG分离罐的气相出口与主液化冷箱第一入口连接，所述主液化冷箱的第一出口与闪蒸换热器的第一入口连接，所述闪蒸换热器的第一出口通过两个分支管道分别与第二BOG压缩机的出口和GCU管道连接，所述LNG分离罐的液相出口与LNG液舱连接，所述液化装置分别与液化多股流换热器和主液化冷箱连接，所述液化装置用于对BOG的再液化。
2.根据权利要求1所述的采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，其特征在于，所述液化装置包括混合制冷剂循环系统，所述混合制冷剂循环系统用于对BOG的再液化。
3.根据权利要求2所述的采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，其特征在于，所述混合制冷剂循环系统包括混合制冷剂、第一MR压缩机、第一冷却器、第二MR压缩机、第二冷却器、第一气液分离罐、第三MR压缩机、MR增压泵、第三冷却器、第二JT阀和第三JT阀，所述混合制冷剂依次通过第一MR压缩机、第一冷却器、第二MR压缩机、第二冷却器和气液分离罐，所述第一MR压缩机的入口与第一冷却器的出口连接，所述第一冷却器的出口与第二MR压缩机的入口连接，所述第二MR压缩机的出口与第二冷却器连接，所述第二冷却器的出口与第一气液分离罐连接，所述气液分离罐将混合制冷剂分为气相混合制冷剂和液相混合制冷剂，所述第三MR压缩机设置在气液分离罐的气相出口和第三冷却器的气相入口之间的连接管路上，所述MR增压泵设置在气液分离罐的液相出口和第三冷却器的液相入口之间的连接管路上，所述第三冷却器的出口与液化多股流换热器的第二入口连接，所述液化多股流换热器的第二出口通过两个分支管道分别与第二JT阀的入口和主液化冷箱的第三入口连接，所述主液化冷箱的第三出口与第三JT阀的入口连接，所述第三JT阀的出口与主液化冷箱的第四入口连接，所述主液化冷箱的第四出口和第二JT阀的出口股流混合后与液化多股流换热器的第三入口连接，所述液化多股流换热器的第三出口与第一MR压缩机的入口连接。
4.根据权利要求1或3所述的采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，其特征在于，所述液化多股流换热器为板翅式换热器。
5.根据权利要求1或3所述的采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，其特征在于，所述主液化冷箱为板翅式换热器或绕管式换热器。
6.根据权利要求3所述的采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，其特征在于，所述混合制冷剂包括氮气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷中的至少两种。
7.根据权利要求6所述的采用混合制冷剂的LNG船用BOG再液化系统，其特征在于，所述甲烷摩尔分率为40%～50%、乙烷摩尔分率为15%～20%、丙烷摩尔分率为3%～9%、丁烷摩尔分率为10%～20%、氮气摩尔分率为7%～12%。
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