CN115127304A - 一种可提升氦气纯度的bog再液化回收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统及方法，该系统包括LNG储罐（1）、一级降温机构、二级降温机构和气体回收机构，所述一级降温机构与LNG储罐（1）相连接，用以将LNG储罐（1）产生的闪蒸汽BOG温度降低至T1，所述二级降温机构与一级降温机构相连接，用以将闪蒸汽BOG的温度由T1降低至T2，转换成液化天然气LNG并通过第一气液分离罐（5）回转至LNG储罐（1），所述气体回收机构与第一气液分离罐（5）相连接，用以将第一气液分离罐（5）内剩余的气体进行分离并回收。本发明流程简单，可充分利用冷量，通过较低的能耗极大程度上提纯天然气中的氦气，同时提升BOG再液化回收的效率。

Description

一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统及方法
技术领域
本发明涉及液化天然气技术领域，尤其涉及一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统及方法。
背景技术
液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)，主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45%左右。其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理，经一连串超低温液化后，利用液化天然气船运送。液化天然气燃烧后对空气污染非常小，而且放出的热量大，所以液化天然气是一种比较先进的能源。液化天然气是天然气经压缩、冷却至其凝点（-161.5℃）温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内。其主要成分为甲烷，用专用船或油罐车运输，使用时重新气化，20世纪70年代以来，世界液化天然气产量和贸易量迅速增加。
LNG工厂生产的液化天然气大多先由大型LNG储罐储存。由于LNG特性，LNG进入储罐后会不断受热自然产生蒸发气，称之为闪蒸气 (BOG)，形成温度低于-140℃的气态天然气。另外，槽车充装过程也会产生大量的BOG，通常天然气液化工厂是将BOG用作燃料，多余的加压进入原料气再次液化或直接排放，造成浪费。
此外，天然气中含有少量氦，氦主要用于军事、航空航天和医疗。由于我国氦的储量较少，所使用的大部分氦是从储量丰富的美国进口，而美国对中国的氦的出口要求不得用于军事。因此，氦属于国家战略物资，我们使用的天然气中含有少量的氦，但由于含量太低，回收成本太较高，通常作为天然气中不可利用成分直接排放，造成战略资源的浪费。
现有技术当中，BOG回收方式流程复杂，并且回收氦的纯度较低，其中含有大量的氮气，增加了运输和进一步提纯的成本。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，以解决如何提高BOG再液化回收效率，以及如何提高氦回收纯度的技术问题。
本发明的第一个目的是采用以下技术方案实现的：一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，包括LNG储罐，还包括一级降温机构、二级降温机构和气体回收机构，所述一级降温机构与LNG储罐相连接，用以将LNG储罐产生的闪蒸汽BOG温度降低至T1，所述二级降温机构与一级降温机构相连接，用以将闪蒸汽BOG的温度由T1降低至T2，转换成液化天然气LNG并通过第一气液分离罐回转至LNG储罐，所述气体回收机构与第一气液分离罐相连接，用以将第一气液分离罐内剩余的气体进行分离并回收。
进一步的，所述一级降温机构包括第一热交换器和第二气液分离罐，所述第二气液分离罐通过第二低温潜液泵与第一热交换器相连接，所述第一热交换器与LNG储罐相连接，通过第二低温潜液泵将第二气液分离罐内的冷媒传输至第一热交换器中与LNG储罐产生的闪蒸汽BOG进行热交换。
进一步的，所述第一热交换器外还设置有空温气化器，所述空温气化器与第一热交换器相连接，用以将热交换后的冷媒进行回收。
进一步的，所述二级降温机构包括第二热交换器和冷剂压缩机，所述冷剂压缩机与第二热交换器相连接，所述第二热交换器与一级降温机构相连接，通过冷剂压缩机为第二热交换器提供冷能，将一级降温机构出来的闪蒸汽BOG的温度由T1降低至T2，转换成液化天然气LNG并传输至第一气液分离罐进行储存。
进一步的，所述第一气液分离罐的下部通过第一低温潜液泵与LNG储罐相连接，用以将液化天然气LNG回转至LNG储罐。
进一步的，所述第一气液分离罐的上部与气体回收机构相连接，所述气体回收机构包括第三热交换器，所述第三热交换器与冷剂压缩机相连接，通过冷剂压缩机为第三热交换器提供冷能，将第一气液分离罐上部的气体进行分离并回收。
进一步的，所述气体包括氢气、氦气和氮气，通过冷剂压缩机为第三热交换器提供冷能，将第一气液分离罐上部的氮气转换为液态，并将液态的氮气传输至一级降温机构作为冷媒使用。
进一步的，所述一级降温机构外还设置有复温器，一级降温机构通过复温器与缓冲罐相连接，所述缓冲罐通过压缩机与高压储气瓶组相连接，所述高压储气瓶组用以储存没有被液化的氢气和氦气。
本发明的第二个目的在于提供一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收方法，以解决如何提高BOG再液化回收效率，以及如何提高氦回收纯度的技术问题。
本发明的第二个目的是通过以下技术手段来实现的：一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收方法，包括如下步骤：
通过第二气液分离罐引出的冷媒在第一热交换器中将LNG储罐产生的闪蒸汽BOG温度降低至T1；
通过冷剂压缩机为第二热交换器提供冷能，将第一热交换器出来的闪蒸汽BOG的温度由T1降低至T2，转换成液化天然气LNG并传输至第一气液分离罐进行储存；
通过第一低温潜液泵将第一气液分离罐内的液化天然气LNG回转至LNG储罐；
通过冷剂压缩机为第三热交换器提供冷能，将第一气液分离罐内的氮气转换为液态，并将液态的氮气传输至第二气液分离罐作为冷媒使用；
通过高压储气瓶组将第一气液分离罐内没有被液化的氢气和氦气进行储存。
本发明的有益效果在于：本发明利用LNG储罐中BOG自有压力将低温的BOG直接输送至一级降温机构和二级降温机构，通过一级降温机构和二级降温机构对BOG深度冷却后转化为LNG，再由第一低温潜液泵加压输送至LNG储罐中储存，本发明流程简单，并且可以极大程度上提升BOG再液化回收的效率；本发明通过气体回收机构对第一气液分离罐上部没有被液化的氢气、氦气和氮气进一步冷却，将第一气液分离罐上部的氮气转换为液态，并将液态的氮气传输至一级降温机构作为冷媒使用，并通过一级降温机构外设置的复温器、缓冲罐、压缩机和高压储气瓶组，对没有被液化的氢气（少量）和氦气进行回收，较大程度上提升了氦的回收纯度；本发明可充分利用冷量，通过较低的能耗极大程度上提纯天然气中的氦气，同时提升BOG再液化回收的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例一结构示意图；
图2为本发明实施例二结构示意图；
图3为本发明流程图；
图中，1-LNG储罐，2-第一气动调节阀，3-第一热交换器，4-第二热交换器，5-第一气液分离罐，6-第一低温潜液泵，7-冷剂压缩机，8-第三热交换器，9-第二气动调节阀，10-第三气动调节阀，11-第四气动调节阀，12-第二气液分离罐，13-第二低温潜液泵，14-空温气化器，15-压力传感器，16-复温器，17-缓冲罐，18-第五气动调节阀，19-压缩机，20-高压储气瓶组，21-第一气液分离罐液位计，22-第二气液分离罐液位计。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一：
参阅图1，一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，包括LNG储罐1、一级降温机构、二级降温机构和气体回收机构，所述一级降温机构与LNG储罐1相连接，用以将LNG储罐1产生的闪蒸汽BOG温度（LNG储罐1通过压差自然流出的BOG温度为-140摄氏度）降低至T1，所述二级降温机构与一级降温机构相连接，用以将闪蒸汽BOG的温度由T1降低至T2，转换成液化天然气LNG并通过第一气液分离罐5回转至LNG储罐1，所述气体回收机构与第一气液分离罐5相连接，用以将第一气液分离罐5内剩余的气体进行分离并回收。
在本实施例当中，所述一级降温机构包括第一热交换器3和第二气液分离罐12，所述第二气液分离罐12通过第二低温潜液泵13与第一热交换器3相连接，所述第一热交换器3与LNG储罐1相连接，通过第二低温潜液泵13将第二气液分离罐12内的冷媒传输至第一热交换器3中与LNG储罐1产生的闪蒸汽BOG进行热交换。进一步的，所述冷媒为液氮，利用液氮更低的温度（-205摄氏度）来降低LNG储罐1通过压差自然流出的BOG的温度，在LNG储罐1和第一热交换器3之间还设置有第一气动调节阀2，进入第一热交换器3的BOG的量可以由第一气动调节阀2根据第一热交换器3的温度通过DCS系统自动控制，温度较高则减小开度，温度较低则增大开度。
在本实施例当中，所述第一热交换器3外还设置有空温气化器14，所述空温气化器14与第一热交换器3相连接，用以将热交换后的冷媒进行回收，第二气液分离罐12下部的液氮由第二低温潜液泵13泵入第一热交换器3与LNG储罐1出来的BOG进行热交换后再进入空温气化器14，利用空气中的热量将液氮转化为常温氮气后供生产厂区LNG储罐和冷箱等使用氮气的设备使用。进一步的，所述第二低温潜液泵13的开启或关闭可由DCS系统根据第二气液分离罐12上的第二气液分离罐液位计22和设置于空温气化器14管路上的压力传感器15进行自动控制。
在本实施例当中，所述二级降温机构包括第二热交换器4和冷剂压缩机7，所述冷剂压缩机7与第二热交换器4相连接，所述第二热交换器4与第一热交换器3相连接，通过冷剂压缩机7为第二热交换器4提供冷能，将第一热交换器3出来的闪蒸汽BOG的温度由T1降低至-165摄氏度（T2=-165摄氏度，T1>T2），转换成液化天然气LNG并传输至第一气液分离罐5进行储存。进一步的，进入第二热交换器4的冷量的大小调节可由冷剂压缩机7通过DCS系统手动调节。
在本实施例当中，所述第一气液分离罐5的下部通过第一低温潜液泵6与LNG储罐1相连接，用以将第二热交换器4出来的液化天然气LNG回转至LNG储罐1，第一低温潜液泵6的开启与关闭，可由DCS系统根据第一气液分离罐5上的第一气液分离罐液位计21所测数据自动控制。从第二热交换器4出来的LNG进入第一气液分离罐5，LNG为液态，因重力自然积聚在第一气液分离罐5的下部，而在-165摄氏度不能被液化的氦、氮和氢等气体则在第一气液分离罐5的上部。
在本实施例当中，所述第一气液分离罐5的上部与气体回收机构相连接，所述气体回收机构包括第三热交换器8，所述第三热交换器8与冷剂压缩机7相连接，通过冷剂压缩机7为第三热交换器8提供冷能，将第一气液分离罐5上部的气体进行分离并回收。进一步的，所述冷剂压缩机7与第二热交换器4之间设置有第四气动调节阀11，所述冷剂压缩机7与第三热交换器8之间设置有第二气动调节阀9，所述第二热交换器4和第三热交换器8之间设置有第三气动调节阀10。根据第二热交换器4和第三热交换器8的冷量分配，由第二气动调节阀9、第三气动调节阀10和第四气动调节阀11通过DCS系统手动调节。
在本实施例当中，所述气体包括氢气、氦气和氮气，第一气液分离罐5上部的气体混合物（-165摄氏度）进入第三热交换器8后，通过冷剂压缩机7为第三热交换器8提供冷能，将温度降至-205摄氏度后进入第二气液分离罐12，此时，气体混合物中的氮气转换为液态，并将液态的氮气传输至第二气液分离罐12作为冷媒使用。氦和氢仍为气态，液氮因重力原因沉积在第二气液分离罐12下部，氦和氢则在第二气液分离罐12的上部。第二气液分离罐12下部的液氮由第二低温潜液泵13泵入第一热交换器3与LNG储罐1出来的BOG进行热交换后再进入空温气化器14。
为了便于对第二气液分离罐12上部的氦和氢进行回收，本发明提供了实施例二。
实施例二：
参阅图2，相较于实施例一，在本实施例当中，在第二气液分离罐12外还设置有复温器16，第二气液分离罐12通过复温器16与缓冲罐17相连接，所述缓冲罐17通过压缩机19与高压储气瓶组20相连接，所述高压储气瓶组20用以储存没有被液化的氢气（少量）和氦气。
进一步的，第二气液分离罐12上部的较高纯度的氦（含有少量的氢）通过压差自然流入复温器16，利用空气中的热量将低温气体升高至常温后进入缓冲罐17，从缓冲罐17出来的常温较高纯度的氦气（含有少量的氢气）进入压缩机19，由压缩机19将压力升高至25MPa后进入高压储气瓶组20，当高压储气瓶组20储存到一定量后，由专用车辆将储存在高压储气瓶组中的较高纯度氦气运送至专业厂家进行进一步提纯工作。更进一步的，在缓冲罐17和压缩机19之间的管路上还设置有第五启动调节阀18，进入压缩机19的气量可通过DCS系统由第五启动调节阀18的开启度来控制。
参阅图3，本发明的回收流程为：一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收方法，包括如下步骤：
通过第二气液分离罐12引出的冷媒在第一热交换器3中将LNG储罐1产生的闪蒸汽BOG温度降低至T1；
通过冷剂压缩机7为第二热交换器4提供冷能，将第一热交换器3出来的闪蒸汽BOG的温度由T1降低至T2，转换成液化天然气LNG并传输至第一气液分离罐5进行储存；
通过第一低温潜液泵6将第一气液分离罐5内的液化天然气LNG回转至LNG储罐1；
通过冷剂压缩机7为第三热交换器8提供冷能，将第一气液分离罐5内的氮气转换为液态，并将液态的氮气传输至第二气液分离罐12作为冷媒使用；
通过高压储气瓶组20将第一气液分离罐5内没有被液化的氢气和氦气进行储存。
需要说明的是，对于前述的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请所必须的。
上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，包括LNG储罐（1），其特征在于，还包括一级降温机构、二级降温机构和气体回收机构，所述一级降温机构与LNG储罐（1）相连接，用以将LNG储罐（1）产生的闪蒸汽BOG温度降低至T1，所述二级降温机构与一级降温机构相连接，用以将闪蒸汽BOG的温度由T1降低至T2，转换成液化天然气LNG并通过第一气液分离罐（5）回转至LNG储罐（1），所述气体回收机构与第一气液分离罐（5）相连接，用以将第一气液分离罐（5）内剩余的气体进行分离并回收。
2.如权利要求1所述的一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，其特征在于，所述一级降温机构包括第一热交换器（3）和第二气液分离罐（12），所述第二气液分离罐（12）通过第二低温潜液泵（13）与第一热交换器（3）相连接，所述第一热交换器（3）与LNG储罐（1）相连接，通过第二低温潜液泵（13）将第二气液分离罐（12）内的冷媒传输至第一热交换器（3）中与LNG储罐（1）产生的闪蒸汽BOG进行热交换。
3.如权利要求2所述的一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，其特征在于，所述第一热交换器（3）外还设置有空温气化器（14），所述空温气化器（14）与第一热交换器（3）相连接，用以将热交换后的冷媒进行回收。
4.如权利要求1所述的一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，其特征在于，所述二级降温机构包括第二热交换器（4）和冷剂压缩机（7），所述冷剂压缩机（7）与第二热交换器（4）相连接，所述第二热交换器（4）与一级降温机构相连接，通过冷剂压缩机（7）为第二热交换器（4）提供冷能，将一级降温机构出来的闪蒸汽BOG的温度由T1降低至T2，转换成液化天然气LNG并传输至第一气液分离罐（5）进行储存。
5.如权利要求4所述的一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，其特征在于，所述第一气液分离罐（5）的下部通过第一低温潜液泵（6）与LNG储罐（1）相连接，用以将液化天然气LNG回转至LNG储罐（1）。
6.如权利要求4所述的一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，其特征在于，所述第一气液分离罐（5）的上部与气体回收机构相连接，所述气体回收机构包括第三热交换器（8），所述第三热交换器（8）与冷剂压缩机（7）相连接，通过冷剂压缩机（7）为第三热交换器（8）提供冷能，将第一气液分离罐（5）上部的气体进行分离并回收。
7.如权利要求6所述的一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，其特征在于，所述气体包括氢气、氦气和氮气，通过冷剂压缩机（7）为第三热交换器（8）提供冷能，将第一气液分离罐（5）上部的氮气转换为液态，并将液态的氮气传输至一级降温机构作为冷媒使用。
8.如权利要求7所述的一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，其特征在于，所述一级降温机构外还设置有复温器（16），一级降温机构通过复温器（16）与缓冲罐（17）相连接，所述缓冲罐（17）通过压缩机（19）与高压储气瓶组（20）相连接，所述高压储气瓶组（20）用以储存没有被液化的氢气和氦气。
9.一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收方法，采用权利要求1-8任意一项所述的一种可提升氦气纯度的BOG再液化回收系统，其特征在于，包括如下步骤：
通过第二气液分离罐（12）引出的冷媒在第一热交换器（3）中将LNG储罐（1）产生的闪蒸汽BOG温度降低至T1；
通过冷剂压缩机（7）为第二热交换器（4）提供冷能，将第一热交换器（3）出来的闪蒸汽BOG的温度由T1降低至T2，转换成液化天然气LNG并传输至第一气液分离罐（5）进行储存；
通过第一低温潜液泵（6）将第一气液分离罐（5）内的液化天然气LNG回转至LNG储罐（1）；
通过冷剂压缩机（7）为第三热交换器（8）提供冷能，将第一气液分离罐（5）内的氮气转换为液态，并将液态的氮气传输至第二气液分离罐（12）作为冷媒使用；
通过高压储气瓶组（20）将第一气液分离罐（5）内没有被液化的氢气和氦气进行储存。
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