一种小型液化天然气蒸发气快速再液化回收装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种小型液化天然气蒸发气快速再液化回收装置，其包括低温液化天然气储罐、压力监测装置、控制系统、低温制冷机、翅片式冷凝换热器、真空绝热储罐、盘管换热器、第二阀门、液化天然气槽车/船进气管线、第三阀门、液化天然气储罐进气管线、下进液管线、上喷淋装置、上进液管线、第三阀门、第四阀门、压力温度监测装置、第五阀门、自增压气化器和自增压进气管线。
【专利说明】
一种小型液化天然气蒸发气快速再液化回收装置和方法
技术领域
[0001]本发明涉及石油化工技术领域，尤其涉及一种基于低温制冷机的液化天然气蒸发气再液化回收装置。
【背景技术】
[0002]液化天然气作为公认的清洁能源，近年来得到了快速的发展。国内现有液化天然气加气站2000余座，在液化天然气卸载、存储、加注、运输等环节，由于外界环境温度和液化天然气温度之间的巨大温差产生的热量传递，液化天然气加气站的预冷、调饱和及其他原因，不可避免的会产生蒸发气体(B0G)。蒸发气体的增加会使得系统的压力升高，一旦压力超过储罐允许的工作压力，蒸发气体将会通过安全阀等排放减压；另外液化天然气槽车卸车后车载储罐压力一般为0.6MPa左右，在液化天然气车上路前，需要排放槽车储罐内蒸发气体，至压力0.2-0.3MPa左右，以避免液化天然气槽车在运输过程中发生超压的风险。以上两种情况都将造成大量的资源浪费、环境污染和潜在的安全隐患。目前处理蒸发气体的方式主要有2种:一种是将蒸发气体升温压缩，进入城市管网或者CNG标准站管网；另一种是将蒸发气体再液化返回到液化天然气储罐中，目前对于蒸发气体再液化主要采用的是液氮液化或者氮膨胀制冷液化工艺流程。
[0003]CN103759496 A提供一种小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置，上述相关专利所述技术只能实现小量蒸发气体再冷凝液化，且回收时间长，无法实现天然气蒸发气槽车等蒸发气体的再冷凝液化回收。同时其天然气蒸发气回罐采用重力差形式，针对立式天然气蒸发气储罐，其再冷凝后天然气蒸发气无法实现顺利回罐。
【发明内容】
[0004]本发明就是针对液化天然气加气站场存在的蒸发气体及液化天然气槽车卸载气直接排放无法有效回收的技术问题，提出一种基于低温制冷机的液化天然气蒸发气体快速回收装置。该装置具有结构紧凑、工艺流程简单、易于操作、且可实现蒸发气体快速回收的优点，能够实现液化天然气加气站场蒸发气体零排放和减少液化天然气槽车蒸发气体排放;同时也可用于液化天然气车/船等液化天然气气瓶蒸发气体回收。
[0005]基于此，本发明提供一种小型液化天然气蒸发气快速再液化回收装置，其包括低温液化天然气储罐、压力监测装置、控制系统、低温制冷机、翅片式冷凝换热器、真空绝热储罐、盘管换热器、第二阀门、液化天然气槽车/船进气管线、第三阀门、液化天然气储罐进气管线、下进液管线、上喷淋装置、上进液管线、第三阀门、第四阀门、压力温度监测装置、第五阀门、自增压气化器和自增压进气管线。
[0006]所述控制系统通过管线分别与压力检测装置、低温制冷机、压力温度监测装置、第三阀门和第四阀门相连接，第三阀门通过上进液管线与上喷淋装置相连接，第三阀门通过管线与真空绝热储罐相连接，压力检测装置位于低温液化天然气储罐中，压力温度监测装置位于真空绝热储罐中，低温制冷机与翅片式冷凝换热器相连接，翅片式冷凝换热器位于真空绝热储罐的顶端，盘管换热器位于真空绝热储罐的底部，自增压气化器位于真空绝热储罐的侧面，在自增压气化器与真空绝热储罐的连接管线上安装有第五阀门，液化天然气槽车/船进气管线通过第二阀门连接在真空绝热储罐的底部，液化天然气储罐进气管线与低温液化天然气储罐和液化天然气槽车/船进气管线相连接，在液化天然气储罐进气管线上安装有第二阀门、下进液管线与低温液化天然气储罐、真空绝热储罐连接，第四阀门安装在下进液管线上。
[0007]本发明还提供采用上述液化天然气蒸发气快速再液化回收装置进行液化天然气蒸发气快速再液化回收的方法，其包括:
[0008]第一步，蒸发气体再冷凝；
[0009]第二步，蒸发气体回收。
[0010]所述第一步进一步具体分为LNG站场BOG再冷凝流程和LNG槽车/船BOG再冷凝流程，两个流程切换使用。
[0011]所述LNG站场BOG再冷凝流程具体为低温液化天然气储罐内蒸发气体压力达到一定程度时，通过压力监测装置将压力信号传送至控制系统，控制系统控制打开第二阀门，储罐内蒸发气体经过盘管换热器进入到真空绝热储罐，同时开启低温制冷机，制冷机产生的冷量通过翅片式冷凝换热器导出，将蒸发气体冷凝成低温液化天然气，储存在真空绝热储罐内。
[0012]所述LNG槽车/船BOG再冷凝流程具体为根据液化天然气槽车/船卸车时间，提前在真空绝热储罐内预留足量液化天然气，并开启低温制冷机，将低温制冷机冷量以液化天然气过冷冷量的形式储存;等液化天然气槽车/船卸车完毕，将槽车/船气相管线与真空绝热储罐槽车/船进气管线相连，打开第一阀门，槽车/船内蒸发气体经过盘管换热器进入到真空绝热储罐，由于存在足量过冷液化天然气，使得蒸发气体在进入真空绝热储罐后迅速液化，同时真空绝热储罐内保持相对较低的压力，液化天然气槽车/船等蒸发气体可以在压差的作用下持续被冷凝液化，实现液化天然气槽车/船蒸发气体快速回收。
[0013]所述第二步进一步具体分为卧式回灌流程和立式回灌流程。
[0014]所述卧式回灌流程有2种进入低温液化天然气储罐方式:一种是经过第三阀门、上进液管线和上喷淋装置，进入低温液化天然气储罐，并可利用过冷液化天然气冷量液化部分储罐中蒸发气体;达到进一步降低储罐内压力的目的；另一种是经过第四阀门、下进液管线从低温液化天然气储罐底部进液;这种情况主要发生在当低温液化天然气储罐内液化天然气处于过冷状态，而真空绝热储罐内冷凝液化天然气温度较高时，可降低低温制冷机做功消耗。两种蒸发气体回收方式可通过压力监测装置和压力温度检测装置通过控制系统控制。
[0015]所述立式回灌流程具体为蒸发气体经冷凝液化变为液化天然气，通过第五阀门、自增压气化器、自增压管线回到真空绝热储罐内，提高真空绝热储罐内压力到一定程度，打开第四阀门、经下进液管线进入立式储罐底部，实现液化天然气回灌操作。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]1、该再液化回收装置采用低温制冷机，可直接利用低温蒸发气体冷量，避免了其他液化流程复杂的工艺、设备等，工艺流程简单，可做成撬装，便于操作；
[0018]2、该再液化回收装置具有蓄冷的作用，可以实现蒸发气体快速回收，特别是快速回收液化天然气槽车/船蒸发气体；
[0019]3、可以根据不同液化天然气存储情况采取不同的蒸发气体回罐形式，以实现最小功耗；
[0020]4、针对不同的液化天然气站场储罐形式(卧式、立式等)，可采取不同的蒸发气体回灌工艺，适用性广。
【附图说明】
[0021]图1基于低温制冷机的液化天然气蒸发气快速回收装置示意图。
【具体实施方式】
[0022]本发明提供一种小型液化天然气蒸发气快速再液化回收装置，其包括低温液化天然气储罐、压力监测装置、控制系统、低温制冷机、翅片式冷凝换热器、真空绝热储罐、盘管换热器、第二阀门、液化天然气槽车/船进气管线、第三阀门、液化天然气储罐进气管线、下进液管线、上喷淋装置、上进液管线、第三阀门、第四阀门、压力温度监测装置、第五阀门、自增压气化器和自增压进气管线。
[0023]所述控制系统通过管线分别与压力检测装置、低温制冷机、压力温度监测装置、第三阀门和第四阀门相连接，第三阀门通过上进液管线与上喷淋装置相连接，第三阀门通过管线与真空绝热储罐相连接，压力检测装置位于低温液化天然气储罐中，压力温度监测装置位于真空绝热储罐中，低温制冷机与翅片式冷凝换热器相连接，翅片式冷凝换热器位于真空绝热储罐的顶端，盘管换热器位于真空绝热储罐的底部，自增压气化器位于真空绝热储罐的侧面，在自增压气化器与真空绝热储罐的连接管线上安装有第五阀门，液化天然气槽车/船进气管线通过第二阀门连接在真空绝热储罐的底部，液化天然气储罐进气管线与低温液化天然气储罐和液化天然气槽车/船进气管线相连接，在液化天然气储罐进气管线上安装有第二阀门、下进液管线与低温液化天然气储罐、真空绝热储罐连接，第四阀门安装在下进液管线上。
[0024]本发明还提供采用上述液化天然气蒸发气快速再液化回收装置进行液化天然气蒸发气快速再液化回收的方法，其包括:
[0025]第一步，蒸发气体再冷凝；
[0026]第二步，蒸发气体回收。
[0027]所述第一步进一步具体为采用低温制冷机作为蒸发气体再冷凝液化的冷量来源，能够将液化天然气站场蒸发气体或者液化天然气槽车蒸发气体气体快速液化回收，采用的低温制冷机温度低、冷量大、运行可靠稳定，冷端通过翅片式冷凝换热器将制冷机低温冷量导出，并提高制冷机冷端的换热效率，一定压力下的蒸发气体进入真空绝热储罐，在翅片式冷凝换热器进行换热，实现蒸发气体再冷凝液化，为了加速蒸发气体冷凝液化速度，在真空绝热储罐内预留一部分过冷液化天然气，在蒸发气体与翅片式冷凝换热器换热之前，先通过盘管换热器与过冷液化天然气进行预冷处理。
[0028]对于液化天然气槽车/船内蒸发气体，需要快速回收以便于液化天然气槽车/船的下一步运输，需要根据槽车卸液情况提前开启低温制冷机，将真空绝热储罐内液化天然气置为过冷状态，即提前蓄冷，以满足快速回收蒸发气体的需求。
[0029]所述第二步进一步具体为液化天然气站场蒸发气体回收主要回收至液化天然气储罐，根据液化天然气储罐卧式、立式形式的区别，采取不同的回灌方式。
[0030]对于卧式液化天然气储罐，保持真空绝热储罐与低温液化天然气储罐之间一定高度差，当蒸发气体再冷凝结束，利用重力差将液化天然气回收至低温绝热储罐。
[0031]对于卧式液化天然气储罐，蒸发气体回罐包含两种进液方式:一种是当再液化液化天然气处于过冷状态，通过上进液喷淋的形式返回低温液化天然气储罐，同时降低储罐内蒸发气体压力；另一种是当低温液化天然气储罐内液化天然气处于过冷状态，，通过下进液的形式可将再液化液化天然气进一步冷却，进而降低蒸发气体再液化所需功耗。
[0032]对于立式液化天然气储罐，由于液化天然气液位较高，无法单纯靠两罐之间液位差实现液化天然气回流，此时采用自增压方式，将真空绝热储罐升压，克服两罐液位差阻力，实现液化天然气回流操作。
[0033]以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
[0034]本明提供的小型液化天然气蒸发气快速再液化回收装置，其包括低温液化天然气储罐1、压力监测装置2、控制系统3、低温制冷机4、翅片式冷凝换热器5、真空绝热储罐6、盘管换热器7、第一阀门8、液化天然气槽车/船进气管线9、第二阀门10、液化天然气储罐进气管线11、下进液管线12、上喷淋装置13、上进液管线14、第三阀门15、第四阀门16、压力温度监测装置17、第五阀门18、自增压气化器19和自增压进气管线20。
[0035]所述控制系统3通过电缆和信号线分别与压力检测装置2、低温制冷机4、压力温度监测装置17、第三阀门15和第四阀门16相连接，第三阀门15通过上进液管线14与上喷淋装置13相连接，第三阀门15通过管线与真空绝热储罐6相连接，压力检测装置2位于低温液化天然气储罐I中，压力温度监测装置17位于真空绝热储罐6中，低温制冷机4与翅片式冷凝换热器5相连接，翅片式冷凝换热器5位于真空绝热储罐6的顶端，盘管换热器7位于真空绝热储罐6的底部，自增压气化器19位于真空绝热储罐6的侧面，在自增压气化器19与真空绝热储罐6的连接管线上安装有第五阀门18，液化天然气槽车/船进气管线9通过第二阀门8连接在真空绝热储罐6的底部，液化天然气储罐进气管线11与低温液化天然气储罐I和液化天然气槽车/船进气管线9相连接，在液化天然气储罐进气管线11上安装有第二阀门10、下进液管线12与低温液化天然气储罐1、真空绝热储罐6连接，第四阀门16安装在下进液管线12上。
[0036]液化天然气站场蒸发气体再冷凝流程:低温液化天然气储罐I内蒸发气体压力达到一定程度时，通过压力监测装置2将压力信号传送至控制系统3，控制系统3控制打开第二阀门10，储罐内蒸发气体经过盘管换热器7进入到真空绝热储罐6，同时开启低温制冷机4，制冷机产生的冷量通过翅片式冷凝换热器5导出，将蒸发气体冷凝成低温液化天然气，储存在真空绝热储罐6内。
[0037]液化天然气槽车/船蒸发气体再冷凝流程:根据液化天然气槽车/船卸车时间，提前在真空绝热储罐6内预留足量液化天然气，并开启低温制冷机4，将低温制冷机冷量以液化天然气过冷冷量的形式储存;等液化天然气槽车/船卸车完毕，将槽车/船气相管线与真空绝热储罐槽车/船进气管线9相连，打开阀门8，槽车/船内蒸发气体经过盘管换热器7进入到真空绝热储罐6，由于存在足量过冷液化天然气，使得蒸发气体在进入真空绝热储罐后迅速液化，同时真空绝热储罐6内保持相对较低的压力，液化天然气槽车/船等蒸发气体可以在压差的作用下持续被冷凝液化，实现液化天然气槽车/船蒸发气体快速回收。
[0038]液化天然气回罐流程分为卧式回灌流程和立式回灌流程:蒸发气体经上述流程冷凝成低温过冷液化天然气，储存在真空绝热储罐6内。
[0039]针对卧式回灌流程有2种进入低温液化天然气储罐I方式:一种是经过阀门15、上进液管线14和上喷淋装置13，进入低温液化天然气储罐I，并可利用过冷液化天然气冷量液化部分储罐中蒸发气体;达到进一步降低储罐内压力的目的；另一种是经过阀门16、下进液管线12从低温液化天然气储罐I底部进液;这种情况主要发生在当低温液化天然气储罐内液化天然气处于过冷状态，而真空绝热储罐6内冷凝液化天然气温度较高时，可降低低温制冷机4做功消耗。两种蒸发气体回收方式可通过压力监测装置2和压力温度检测装置17通过控制系统3控制。
[0040]立式回灌流程:蒸发气体经冷凝液化变为液化天然气，通过阀门18、自增压气化器19、自增压管线20回到真空绝热储罐6内，提高真空绝热储罐6内压力到一定程度，打开阀门16、经下进液管线12进入立式储罐底部，实现液化天然气回灌操作。
[0041 ]所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
[0042]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.一种小型液化天然气蒸发气快速再液化回收装置，其特征在于:包括低温液化天然气储罐、压力监测装置、控制系统、低温制冷机、翅片式冷凝换热器、真空绝热储罐、盘管换热器、第二阀门、液化天然气槽车/船进气管线、第三阀门、液化天然气储罐进气管线、下进液管线、上喷淋装置、上进液管线、第三阀门、第四阀门、压力温度监测装置、第五阀门、自增压气化器和自增压进气管线。2.如权利要求1所述的小型液化天然气蒸发气快速再液化回收装置，其特征在于:所述控制系统通过管线分别与压力检测装置、低温制冷机、压力温度监测装置、第三阀门和第四阀门相连接，第三阀门通过上进液管线与上喷淋装置相连接，第三阀门通过管线与真空绝热储罐相连接，压力检测装置位于低温液化天然气储罐中，压力温度监测装置位于真空绝热储罐中，低温制冷机与翅片式冷凝换热器相连接，翅片式冷凝换热器位于真空绝热储罐的顶端，盘管换热器位于真空绝热储罐的底部，自增压气化器位于真空绝热储罐的侧面，在自增压气化器与真空绝热储罐的连接管线上安装有第五阀门，液化天然气槽车/船进气管线通过第二阀门连接在真空绝热储罐的底部，液化天然气储罐进气管线与低温液化天然气储罐和液化天然气槽车/船进气管线相连接，在液化天然气储罐进气管线上安装有第二阀门、下进液管线与低温液化天然气储罐、真空绝热储罐连接，第四阀门安装在下进液管线上。3.采用权利要求1或2所述液化天然气蒸发气快速再液化回收装置进行液化天然气蒸发气快速再液化回收的方法，其特征在于，包括: 第一步，蒸发气体再冷凝； 第二步，蒸发气体回收。4.如权利要求3所述的液化天然气蒸发气快速再液化回收的方法，其特征在于:所述第一步进一步具体分为LNG站场BOG再冷凝流程和LNG槽车/船BOG再冷凝流程，两个流程切换使用。5.如权利要求3或4所述的液化天然气蒸发气快速再液化回收的方法，其特征在于:所述LNG站场BOG再冷凝流程具体为低温液化天然气储罐内蒸发气体压力达到一定程度时，通过压力监测装置将压力信号传送至控制系统，控制系统控制打开第二阀门，储罐内蒸发气体经过盘管换热器进入到真空绝热储罐，同时开启低温制冷机，制冷机产生的冷量通过翅片式冷凝换热器导出，将蒸发气体冷凝成低温液化天然气，储存在真空绝热储罐内。6.如权利要求3至5所述的液化天然气蒸发气快速再液化回收的方法，其特征在于:所述LNG槽车/船BOG再冷凝流程具体为根据液化天然气槽车/船卸车时间，提前在真空绝热储罐内预留足量液化天然气，并开启低温制冷机，将低温制冷机冷量以液化天然气过冷冷量的形式储存;等液化天然气槽车/船卸车完毕，将槽车/船气相管线与真空绝热储罐槽车/船进气管线相连，打开第一阀门，槽车/船内蒸发气体经过盘管换热器进入到真空绝热储罐，由于存在足量过冷液化天然气，使得蒸发气体在进入真空绝热储罐后迅速液化，同时真空绝热储罐内保持相对较低的压力，液化天然气槽车/船等蒸发气体可以在压差的作用下持续被冷凝液化，实现液化天然气槽车/船蒸发气体快速回收。7.如权利要求3至6所述的液化天然气蒸发气快速再液化回收的方法，其特征在于:所述第二步进一步具体分为卧式回灌流程和立式回灌流程。8.如权利要求3至7所述的液化天然气蒸发气快速再液化回收的方法，其特征在于:所述卧式回灌流程有2种进入低温液化天然气储罐方式:一种是经过第三阀门、上进液管线和上喷淋装置，进入低温液化天然气储罐，并可利用过冷液化天然气冷量液化部分储罐中蒸发气体;达到进一步降低储罐内压力的目的；另一种是经过第四阀门、下进液管线从低温液化天然气储罐底部进液;这种情况主要发生在当低温液化天然气储罐内液化天然气处于过冷状态，而真空绝热储罐内冷凝液化天然气温度较高时，可降低低温制冷机做功消耗。两种蒸发气体回收方式可通过压力监测装置和压力温度检测装置通过控制系统控制。9.如权利要求3至8所述的液化天然气蒸发气快速再液化回收的方法，其特征在于:所述立式回灌流程具体为蒸发气体经冷凝液化变为液化天然气，通过第五阀门、自增压气化器、自增压管线回到真空绝热储罐内，提高真空绝热储罐内压力到一定程度，打开第四阀门、经下进液管线进入立式储罐底部，实现液化天然气回灌操作。
【文档编号】F17C5/02GK105927848SQ201610246850
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】鲍磊, 党文义, 王全国, 凌晓东, 于安峰, 武志峰, 韩中枢
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院