采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化系统及工艺

摘要

本发明涉及一种采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化系统及工艺，减少了设备、降低了成本，且能耗低，启停响应速度快，操作弹性大，变负荷能力强，适用范围广。LNG储罐蒸发出的BOG先经换热器回收冷量后进入BOG缓冲罐与作为冷剂的BOG汇合，而后进入BOG压缩机，压缩后的BOG经第一冷却器后分为两部分；第一部分BOG进入换热器中进一步被冷却液化之后经节流阀进入气液分离器进行气液分离；第二部分用做第一部分的冷剂，该部分的BOG经过透平膨胀机增压后经第二冷却器水冷后进入换热器冷却，再进入透平膨胀机膨胀，膨胀后的BOG返回换热器提供冷量同时被复热后进入BOG缓冲罐与第一部分的BOG汇合，如此循环。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化系统及工艺。

背景技术

天然气作为一种优质、洁净的能源，其热值高，对环境污染小，被认为是未来首选能源。常压液化天然气（LNG）作为天然气的一种存在形式，其体积仅相当于标况体积的1/625，十分有利于运输和储存。随着世界和我国经济的发展，对天然气需求与日俱增，LNG以其很高的经济性、灵活性等受到世界各国的青睐。由于LNG特殊的储存条件，LNG液化工厂、LNG转运站及LNG接收站中产生大量的BOG气体，主要来源为LNG储罐中自然蒸发及LNG槽车充装时产生大量的BOG气体。目前液化工厂中BOG大多是返回原料气中再液化处理，但当液化工厂停产时，蒸发出的BOG无法处理，而接收站及转运站中若没有配置再液化处理装置，这些BOG只能放空燃烧，对环境造成污染的同时，也浪费了大量的能源，造成能耗高等问题。

BOG再液化工艺的优劣将直接影响LNG储运的安全和经济效益。目前的采用的BOG再液化工艺大致有两种：一种为氮气压缩膨胀制冷工艺，该工艺采用氮气作为制冷剂，压缩膨胀为BOG提供制冷量；该工艺需要独立的氮气制冷循环，流程设备多且复杂，能耗相对较高。第二种是采用BOG直接冷凝法，BOG经BOG压缩机压缩后与来自泵的LNG混合后重新冷凝，利用从LNG储罐输出的LNG的冷能；此工艺能耗低，但是仅适用于有连续LNG输出时的情况。

申请号为201510167535.2的中国专利公开了一种BOG再液化工艺及其再液化回收系统，在对BOG进行冷却的过程中采用BOG自身压缩后节流产生的冷量对自身进行制冷，使得BOG再液化，重新收集到LNG储罐内，从而能够避免采用其他制冷剂液化BOG带来的成本增加。但该技术方案的工艺流程和系统处理单位体积BOG的能耗非常高（专利中指出为3.45～7.655KW.h/Nm³）,仍有很大优化空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构合理的采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化系统及工艺，通过采用BOG自身作为制冷剂，仅需1台常温BOG压缩机、1台透平膨胀机及1个换热器，大大地简化了流程，减少了设备、降低了成本，且能耗低，启停响应速度快，操作弹性大，变负荷能力强，适用范围广。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化系统，其特征在于：LNG储罐、BOG缓冲罐、BOG压缩机、透平膨胀机、换热器、节流阀、气液分离器、第一冷却器和第二冷却器；

换热器具有第一流道、第二流道、第三流道和第四流道；

LNG储罐的BOG出口与换热器的第一流道的冷端入口连通，而换热器的第一流道的热端出口与BOG缓冲罐的入口连通；BOG缓冲罐的出口与BOG压缩机的入口连通；BOG压缩机的出口与第一冷却器的入口连通；

第一冷却器的出口与换热器的第二流道的热端入口连通，而换热器的第二流道的冷端出口与节流阀的入口连通，节流阀的出口与气液分离器的入口连通，气液分离器的出口与LNG储罐的入口连通；

第一冷却器的出口还与透平膨胀机的增压端入口连通，透平膨胀机的增压端出口与第二冷却器的入口连通，第二冷却器的出口与换热器的第三流道的热端入口连通，而换热器的第三流道的冷端出口与透平膨胀机的膨胀端入口连通；透平膨胀机的膨胀端出口与换热器的第四流道的冷端入口连通，而换热器的第四流道的热端出口与BOG缓冲罐的入口连通。

本发明还包括三通；第一冷却器的出口与三通用管道连通，三通的两个出口分别与换热器的第二流道的热端入口和透平膨胀机的增压端入口连通。

本发明所述的第一冷却器和第二冷却器为水冷却器。

一种采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化工艺，其特征在于：采用上述的系统进行处理；

LNG储罐蒸发出的BOG先经换热器回收冷量复热至15～30℃，再进入BOG缓冲罐与同样复热至15～30℃的作为冷剂的BOG汇合，而后进入BOG压缩机压缩至600～1000Kpa.A，压缩后的BOG经第一冷却器冷却至35～40℃后分为两部分；

第一部分BOG进入换热器中进一步被冷却液化至-150～-155℃，之后经节流阀节流后至120Kpa.A进入气液分离器进行气液分离，分离出的含氮量高的气体放空，液体进入LNG储罐储存；

第二部分用做第一部分的冷剂，该部分的BOG先经过透平膨胀机的增压端增压至1000～1200Kpa.A，再经第二冷却器水冷至35～40℃后进入换热器冷却至-95～-110℃，再进入透平膨胀机的膨胀端膨胀至130～150Kpa.A、-155～-160℃，膨胀后的BOG返回换热器提供冷量同时被复热至15～30℃后进入BOG缓冲罐与第一部分的BOG汇合，如此循环。

本发明所述的采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化工艺，其特征在于：

LNG储罐蒸发出的BOG先经换热器回收冷量复热至20℃，再进入BOG缓冲罐与同样复热至20℃的作为冷剂的BOG汇合，而后进入BOG压缩机压缩至700Kpa，压缩后的BOG经第一冷却器冷却至40℃后分为两部分；

第一部分BOG进入换热器中进一步被冷却液化至-152℃，之后经节流阀节流后至120Kpa进入气液分离器进行气液分离，分离出的含氮量高的气体放空，液体进入LNG储罐储存；

第二部分用做第一部分的冷剂，该部分的BOG先经过透平膨胀机的增压端增压至1080Kpa，再经第二冷却器水冷至40℃后进入换热器冷却至-100℃，再进入透平膨胀机的膨胀端膨胀至130Kpa和-160℃，膨胀后的BOG返回换热器提供冷量同时被复热至20℃后进入BOG缓冲罐与第一部分的BOG汇合，如此循环。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明的制冷剂采用BOG本身，无需额外的冷剂及冷剂制备装置，减少了制冷循环中冷剂储罐的配置，减少了额外的冷剂压缩机，仅需1台常温的BOG压缩机，使整个流程更加简单，投资更省。

2、本发明的BOG压缩机压缩后的压力为700Kpa，可采用螺杆压缩机，可靠性高、寿命长、自动化程度高，适应性强，投资省；并且在LNG液化工厂中，还可利用原有的BOG压缩机，无需额外配置。

3、本发明流程简单，设备少，仅有1台常温BOG压缩机、1台BOG透平膨胀机、1台换热器、1节流阀及闪蒸罐，投资省，经济性好且可实现撬装化。

4、节流后气体放空，避免整个工艺流路中氮含量的聚集而增加能耗。

5、本发明压缩后分两部分，一部分为需要液化的BOG量，一部分为进入透平膨胀机的制冷剂量，可根据实际项目中BOG量及组分的情况，调整进入透平膨胀机的制冷剂量或调整透平膨胀机机后压力来满足制冷量的要求，使之满足不同项目不同BOG量的要求及变负荷生产，操作调节方便简单，适应性好。

6、本流程采用透平膨胀机制冷，充分利用膨胀机高压、高焓降的特点，降低了能耗；充分利用膨胀机的输出功，使冷剂BOG继续增压后膨胀，提高了制冷量；

7、储罐蒸发出的BOG通过换热器复热后进入压缩机，避免了冷量的浪费，降低了能耗，且压缩机可采用常温压缩机，大大降低了成本。

因此，本发明具有流程简单、占地面积小、投资省，并且装置能耗低，操作弹性大，变负荷能力强，适用范围广，易于做撬块等优点，尤其适用于LNG接收站或有多余BOG的LNG液化工厂。

附图说明

图1为本发明实施例系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，本发明实施例采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化系统包括LNG储罐1、BOG缓冲罐2、BOG压缩机3、透平膨胀机4、换热器5、节流阀6、气液分离器7、第一冷却器8和第二冷却器9。

换热器5具有第一流道、第二流道、第三流道和第四流道。

第一冷却器和第二冷却器为水冷却器。

LNG储罐1的BOG出口与换热器5的第一流道的冷端入口用管道连通，而换热器5的第一流道的热端出口与BOG缓冲罐2的入口用管道连通；BOG缓冲罐2的出口与BOG压缩机3的入口用管道连通；BOG压缩机3的出口与第一冷却器8的入口用管道连通。

第一冷却器8的出口与换热器5的第二流道的热端入口用管道连通，而换热器5的第二流道的冷端出口与节流阀6的入口用管道连通，节流阀6的出口与气液分离器7的入口用管道连通，气液分离器7的出口与LNG储罐1的入口用管道连通。

第一冷却器8的出口还与透平膨胀机4的增压端入口用管道连通，透平膨胀机4的增压端出口与第二冷却器9的入口用管道连通，第二冷却器9的出口与换热器5的第三流道的热端入口用管道连通，而换热器5的第三流道的冷端出口与透平膨胀机4的膨胀端入口用管道连通；透平膨胀机4的膨胀端出口与换热器5的第四流道的冷端入口用管道连通，而换热器5的第四流道的热端出口与BOG缓冲罐2的入口用管道连通。

　　第一冷却器8的出口与三通用管道连通，而三通的两个出口分别与换热器5的第二流道的热端入口和透平膨胀机4的增压端入口用管道连通，这样第一冷却器8的出口就分别与换热器5的第二流道的热端入口和透平膨胀机4的增压端入口用管道连通。

本发明采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化工艺如下：

LNG储罐1蒸发出的BOG压力为120Kpa.A、温度为-140～-160℃，该BOG先经换热器5回收冷量复热至15～30℃，再进入BOG缓冲罐2与同样复热至15～30℃的冷剂BOG汇合，而后进入BOG压缩机3压缩至600～1000Kpa.A，压缩后的BOG经第一冷却器8冷却至35～40℃后分为两部分。

第一部分BOG的流量为为LNG储罐1蒸发出的BOG量，压力为600～1000Kpa.A、温度为35～40℃，这部分即BOG每小时从LNG储罐1中闪蒸出来的BOG量，这部分BOG进入换热器5中进一步被冷却液化至-150～-155℃，之后经节流阀6节流后至120Kpa进入气液分离器7进行气液分离，分离出的含氮量高的气体放空，液体进入LNG储罐1储存。

第二部分用做第一部分的冷剂，该部分的BOG其流量为第一部分BOG量的6～9倍，压力为600～1000Kpa.A、温度为35～40℃，这部分BOG先经过透平膨胀机4的增压端增压至1000～1200Kpa.A，再经第二冷却器9水冷至35～40℃后进入换热器5冷却至-95～-110℃，再进入透平膨胀机4的膨胀端膨胀至130～150Kpa.A、-155～-160℃，膨胀后的BOG返回换热器5提供冷量同时被复热至15～30℃后进入BOG缓冲罐2与第一部分的BOG汇合，如此循环。

上述膨胀流程所需的制冷剂，来自BOG压缩机后，开车时，先用来自BOG压缩机后的气体引入透平膨胀机4的增压端，待膨胀所需的制冷剂量达到制冷要求后，调节BOG压缩机3去透平膨胀机4增压缩的阀门。BOG量发生变化时，可通过调节常温BOG压缩机后制冷剂BOG的量及换热器后冷剂BOG的温度及透平膨胀机后压力来满足制冷量的要求。

本发明实施例采用BOG自身压缩膨胀液化BOG的再液化工艺优化方案如下：

LNG储罐1蒸发出的BOG其流量为800Nm³/h、压力为120Kpa.A、温度为-140℃，该BOG先经换热器5回收冷量复热至20℃，再进入BOG缓冲罐2与同样复热至20℃的冷剂BOG汇合，而后进入BOG压缩机3压缩至700Kpa，压缩后的BOG经第一冷却器8冷却至40℃后分为两部分。

第一部分BOG的流量为800Nm³/h、压力为700Kpa.A、温度为40℃，这部分即BOG每小时从LNG储罐1中闪蒸出来的BOG量，这部分BOG进入换热器5中进一步被冷却液化至-152℃，之后经节流阀6节流后至120Kpa进入气液分离器7进行气液分离，分离出的含氮量高的气体放空，液体进入LNG储罐1储存。

第二部分用做第一部分的冷剂，该部分的BOG其流量为5800Nm³/h、压力为700Kpa.A、温度为40℃，这部分BOG先经过透平膨胀机4的增压端增压至1080Kpa，再经第二冷却器9水冷至40℃后进入换热器5冷却至-100℃，再进入透平膨胀机4的膨胀端膨胀至130Kpa、-160℃，膨胀后的BOG返回换热器5提供冷量同时被复热至20℃后进入BOG缓冲罐2与第一部分的BOG汇合，如此循环。

上述膨胀流程所需的制冷剂，来自BOG压缩机后，开车时，先用来自BOG压缩机后的气体引入透平膨胀机4的增压端，待膨胀所需的制冷剂量达到制冷要求后，调节BOG压缩机3去透平膨胀机4增压缩的阀门。BOG量发生变化时，可通过调节常温BOG压缩机后制冷剂BOG的量及换热器后冷剂BOG的温度及透平膨胀机后压力来满足制冷量的要求。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。