申请/专利权人：郑州大学

申请日：2018-11-27

公开（公告）日：2024-02-13

公开（公告）号：CN109404716B

主分类号：F17C5/02

分类号：F17C5/02;F17C13/00;F17D1/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.13#授权;2019.07.09#实质审查的生效;2019.03.01#公开

摘要：本发明公开了一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，该系统包括：开式自循环液化循环和同轴联动介式制冷液化循环，其中开式自循环液化循环由BOG压缩机、BOG控制阀门、LNG低温泵、LNG和BOG混合器、LNG储罐组成，同轴联动介式制冷液化循环由BOG液化模块、同轴联动介式制冷循环模块组成，同轴联动介式制冷循环由高温预冷循环、中温预冷循环和低温液化循环三个模块组成，共包括三个压缩机、一个冷凝器、三台膨胀机、一个气液分离器、六个换热器、一个节流阀、一个控制阀和一个混合罐，其中膨胀机的膨胀功为压缩机提供部分功耗；当LNG储罐中LNG的过冷度大于3℃时，系统只启用开式自循环液化循环，当LNG过冷度小于3℃时，只启用同轴联动介式制冷液化循环。

主权项：1.一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，该系统包括开式自循环液化循环和同轴联动介式制冷液化循环，其中开式自循环液化循环由BOG压缩机（20）、BOG分流器（21）、自循环BOG控制阀（24）、LNG分流器（18）、LNG低温泵（17）、LNG和BOG混合器（16）、LNG储罐（19）组成；同轴联动介式制冷液化循环由BOG液化模块、同轴联动介式制冷循环模块组成，BOG液化模块包括介式循环BOG控制阀（22）、回冷BOG混合罐（23）、过冷节流阀（14）和LNG气液分离罐（15）；同轴联动介式制冷循环由高温预冷循环、中温预冷循环和低温液化循环组成，共包括三个压缩机、一个冷凝器、三台膨胀机、一个气液分离器、六个换热器、一个节流阀、一个控制阀和一个混合罐，其中，高温预冷膨胀机（3）与中温预冷压缩机（6）同轴联动、中温预冷膨胀机（7）与低温液化压缩机（11）同轴联动、低温液化膨胀机（12）与高温预冷压缩机（1）同轴联动，膨胀机的膨胀功为压缩机提供部分功耗；所述BOG液化模块由介式循环BOG控制阀（22）、回冷BOG混合罐（23）、过冷节流阀（14）和LNG气液分离罐（15）依次相连；所述同轴联动介式制冷循环由高温预冷循环、中温预冷循环和低温液化循环组成，高温预冷循环中，高温预冷压缩机（1）、综合冷凝器（2）、高温预冷膨胀机（3）、高温一级预冷换热器（4）、高温二级预冷换热器（5）依次相连；所述高温预冷循环中第一物流（3-4）通过高温一级预冷换热器（4）为中温预冷循环模块预冷；第二物流（3-5）通过高温二级预冷换热器（5）为低温液化循环模块一级预冷；所述同轴联动介式制冷循环中的中温预冷循环，包括中温预冷压缩机（6）、综合冷凝器（2）、高温一级预冷换热器（4）、中温预冷膨胀机（7）、中温一级预冷换热器（8）、中温二级预冷换热器（9）、中温三级预冷换热器（10）依次相连；所述中温预冷循环中第三物流（4-5）通过中温一级预冷换热器（8）为低温液化循环模块二级预冷；第四物流（4-6）为中温二级预冷换热器（9）提供冷量；第五物流（4-7）为中温三级预冷换热器（10）提供冷量；所述同轴联动介式制冷循环中的低温液化循环，包括低温液化压缩机（11）、综合冷凝器（2）、高温二级预冷换热器（5）、中温一级预冷换热器（8）、低温液化膨胀机（12）、低温预冷换热器（13）、中温二级预冷换热器（9）、中温三级预冷换热器（10）依次相连，第六物流（5-6）为低温液化换热器（13）提供冷量，第七物流（5-7）为中温二级预冷换热器（9）提供冷量，第八物流（5-8）为中温三级预冷换热器（10）提供冷量；系统启动开式自循环液化循环时，自循环BOG控制阀门（24）打开，BOG经BOG压缩机（20）压缩为1020Kpa，经BOG分流器（21）进入系统，同时LNG低温泵（17）从LNG储罐（19）中抽取LNG过冷液进行增压为1000Kpa过冷液体，与来自自循环BOG控制阀门（24）的气态在LNG和BOG混合器（16）中进行混合，将气态液化后返回LNG储罐（19）。

全文数据：一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统技术领域本发明属于化工与低温工程技术领域，具体涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统。背景技术我国天然气加气站以每年500座的速度增长，加气站中都是应用LNG储罐对LNG进行储存。常压下，LNG的储存温度低至-162℃左右，在加气站LNG的储存过程中，不论是储罐还是管线，都不可能做到绝对的热绝缘，在内外巨大温差的推动下，LNG储存系统持续漏热，这些热量促使LNG蒸发为气体Boil-OffGas，简称BOG。但受条件限制，加气站的BOG无法进入管网，无条件转化为CNG，外输CNG不便、只能放空，产生巨大的资源浪费、安全隐患和环境污染。现有的天然气液化工艺主要是针对基于负荷型天然气液化工厂而设计的，我国还比较缺乏针对加气站BOG而单独设计的液化流程。致使加气站有许多问题，如：BOG回收进不了管网，现场无CNG高压储罐，外输CNG不便的回收利用问题。发明内容针对以上所述问题，本发明提供了一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，该系统具有流程简单、节能环保、运行稳定、启动快捷、维护及安装方便等优点。本发明的目的是通过以下技术方案来实现。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述系统包括：开式自循环液化循环和同轴联动介式制冷液化循环；其中开式自循环液化循环由BOG压缩机（20）、BOG分流器（21）、自循环BOG控制阀（24）、LNG分流器（18）、LNG低温泵（17）、LNG和BOG混合器（16）、LNG储罐（19）组成；同轴联动介式制冷液化循环由BOG液化模块、同轴联动介式制冷循环模块组成，BOG液化模块包括介式循环BOG控制阀（22）、回冷BOG混合罐（23）、过冷节流阀（14）和LNG气液分离罐（15）；同轴联动介式制冷循环由高温预冷循环、中温预冷循环和低温液化循环组成，包括高温预冷压缩机（1）、综合冷凝器（2）、高温预冷膨胀机（3）、高温一级预冷换热器（4）、高温二级预冷换热器（5）、中温预冷压缩机（6）、中温预冷膨胀机（7）、中温一级预冷换热器（8）、中温二级预冷换热器（9）、中温三级预冷换热器（10）、低温液化压缩机（11）、低温液化膨胀机（12）、低温液化换热器（13），其中，高温预冷膨胀机（3）与中温预冷压缩机（6）同轴联动、中温预冷膨胀机（7）与低温液化压缩机（11）同轴联动、低温液化膨胀机（12）与高温预冷压缩机（1）同轴联动，膨胀功为压缩机提供部分功耗，同轴联动介式制冷循环模块所用制冷剂为有机工质。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述BOG控制阀（24）和BOG控制阀（22）模块中，当LNG过冷度大于3℃时，BOG控制阀门（22）关闭，只开启BOG控制阀门（24），即此时只启用开式自循环制冷液化系统；当LNG过冷度小于3℃时，BOG控制阀门（24）关闭，只开启BOG控制阀门（22），即此时只启用同轴联动介式制冷液化循环系统。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述开式自循环模块中，LNG经LNG低温泵（17）增压后具有更大过冷度，其与经BOG压缩机（20）增压后的高压BOG在LNG和BOG混合器（16）中混合吸收后重新返回LNG储罐（19）。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述BOG液化模块由介式循环BOG控制阀（22）、回冷BOG混合罐（23）、过冷节流阀（14）和LNG气液分离罐（15）依次相连。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述同轴联动介式制冷循环中，高温预冷膨胀机（3）与中温预冷压缩机（6）同轴联动、中温预冷膨胀机（7）与低温液化压缩机（11）同轴联动、低温液化膨胀机（12）与高温预冷压缩机（1）同轴联动，膨胀功为压缩机提供部分功耗，同轴联动介式制冷循环模块所用制冷剂为有机工质。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述同轴联动介式制冷循环由高温预冷循环、中温预冷循环和低温液化循环组成，高温预冷循环中，高温预冷压缩机（1）、综合冷凝器（2）、高温预冷膨胀机（3）、高温一级预冷换热器（4）、高温二级预冷换热器（5）依次相连；所述高温预冷循环中物流（3-4）通过高温一级预冷换热器（4）为中温预冷循环模块预冷；所述物流（3-5）通过高温二级预冷换热器（5）为低温液化循环模块一级预冷。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述同轴联动介式制冷循环中的中温预冷循环，包括中温预冷压缩机（6）、综合冷凝器（2）、高温一级预冷换热器（4）、中温预冷膨胀机（7）、中温一级预冷换热器（8）、中温二级预冷换热器（9）、中温三级预冷换热器（10）依次相连；所述中温预冷循环中物流（4-5）通过中温一级预冷换热器（8）为低温液化循环模块二级预冷；所述物流（4-6）为中温二级预冷换热器（9）提供冷量；所述物流（4-7）为中温三级预冷换热器（10）提供冷量。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述同轴联动介式制冷循环中的低温液化循环，包括低温液化压缩机（11）、综合冷凝器（2）、高温二级预冷换热器（5）、中温一级预冷换热器（8）、低温液化膨胀机（12）、低温预冷换热器（13）、中温二级预冷换热器（9）、中温三级预冷换热器（10）依次相连；所述物流（5-6）为低温液化换热器（13）提供冷量；所述物流（5-7）为中温二级预冷换热器（9）提供冷量；所述物流（5-8）为中温三级预冷换热器（10）提供冷量。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述LNG储存过冷度为8℃。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，有效地将BOG利用LNG过冷度自循环液化和利用同轴联动介式制冷循环液化工艺结合在一起，大大降低到了系统能耗，节能环保，运行稳定，操作安全。本发明涉及一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，利用油气行业通用性很强的HYSYS软件进行模拟计算，利用同等状态的液氮蒸发气进行实验验证。附图说明附图1为加气站BOG再液化介式系统工艺流程图。其中：1-高温预冷压缩机，2-综合冷凝器，3-高温预冷膨胀机，4-高温一级预冷换热器，5-高温二级预冷换热器，6-中温预冷压缩机，7-中温预膨胀机，8-中温一级预冷换热器，9-中温二级预冷换热器，10-中温三级预冷换热器，11-低温液化压缩机，12-低温液化膨胀机，13-低温液化换热器，14-过冷节流阀，15-LNG气液分离罐，16-LNG和BOG混合器，17-LNG低温泵，18-LNG分流器，19-LNG储罐，20-BOG压缩机，21-BOG分流器，22-介式循环BOG控制阀，23-回冷BOG混合罐，24-自循环BOG控制阀。具体实施方式下面结合附图1与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。本发明的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，如附图1所示，该系统包括开式自循环液化循环和同轴联动介式制冷液化循环。本发明的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述BOG控制阀（24）和BOG控制阀（22）模块中，当LNG过冷度大于3℃时，BOG控制阀门（22）关闭，只开启BOG控制阀门（24），即此时只启用开式自循环制冷液化系统；当LNG过冷度小于3℃时，BOG控制阀门（24）关闭，只开启BOG控制阀门（22），即此时只启用同轴联动介式制冷液化循环系统。本发明的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述BOG液化模块由介式循环BOG控制阀（22）、回冷BOG混合罐（23）、过冷节流阀（14）和LNG气液分离罐（15）依次相连。本发明的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述开式自循环模块中，LNG经LNG低温泵（17）增压后具有更大过冷度，其与经BOG压缩机（20）增压后的高压BOG在LNG和BOG混合器（16）中混合吸收后重新返回LNG储罐（19）。本发明的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，所述同轴联动介式制冷循环中，高温预冷膨胀机（3）与中温预冷压缩机（6）同轴联动、中温预冷膨胀机（7）与低温液化压缩机（11）同轴联动、低温液化膨胀机（12）与高温预冷压缩机（1）同轴联动，膨胀功为压缩机提供部分功耗，同轴联动介式制冷循环模块所用制冷剂为有机工质；所述同轴联动介式制冷循环由高温预冷循环、中温预冷循环和低温液化循环组成，高温预冷循环中，高温预冷压缩机（1）、综合冷凝器（2）、高温预冷膨胀机（3）、高温一级预冷换热器（4）、高温二级预冷换热器（5）依次相连，所述高温预冷循环中物流（3-4）通过高温一级预冷换热器（4）为中温预冷循环模块预冷，所述物流（3-5）通过高温二级预冷换热器（5）为低温液化循环模块一级预冷；所述同轴联动介式制冷循环中的中温预冷循环，包括中温预冷压缩机（6）、综合冷凝器（2）、高温一级预冷换热器（4）、中温预冷膨胀机（7）、中温一级预冷换热器（8）、中温二级预冷换热器（9）、中温三级预冷换热器（10）依次相连，所述中温预冷循环中物流（4-5）通过中温一级预冷换热器（8）为低温液化循环模块二级预冷，所述物流（4-6）为中温二级预冷换热器（9）提供冷量，所述物流（4-7）为中温三级预冷换热器（10）提供冷量；所述同轴联动介式制冷循环中的低温液化循环，包括低温液化压缩机（11）、综合冷凝器（2）、高温二级预冷换热器（5）、中温一级预冷换热器（8）、低温液化膨胀机（12）、低温预冷换热器（13）、中温二级预冷换热器（9）、中温三级预冷换热器（10）依次相连；所述物流（5-6）为低温液化换热器（13）提供冷量，所述物流（5-7）为中温二级预冷换热器（9）提供冷量，所述物流（5-8）为中温三级预冷换热器（10）提供冷量。应用本发明的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统的方法具体见以下实施例。BOG摩尔组分92%CH4+1%C2H6+2%C3H8+5%N2，BOG压力900Kpa，温度-120℃、流量8.92kmolh，新型撬装式加气站BOG液化系统运行的具体步骤如下。当LNG储罐中LNG的过冷度大于3℃时，系统只启用开式自循环液化循环，当LNG过冷度小于3℃时，只启用同轴联动介式制冷液化循环。1、系统启动开式自循环液化循环时，自循环BOG控制阀门（24）打开，BOG经BOG压缩机（20）压缩为1020Kpa，经BOG分流器（21）进入系统，同时LNG低温泵（17）从LNG储罐（19）中抽取LNG过冷液（流量9.82kmolh）进行增压为1000Kpa过冷液体，与来自自循环BOG控制阀门（24）的气态在LNG和BOG混合器（16）中进行混合，将气态液化后返回LNG储罐（19），从而LNG过冷度减小。2、随着LNG过冷度减小，当过冷度小于3℃时，系统进入同轴联动介式制冷液化循环系统，高压BOG气体依次经中温三级预冷换热器（10）、中温二级预冷换热器（9）、低温液化换热器（13），再经过冷节流阀（14）冷凝液化为-162℃，960Kpa过冷LNG。3、步骤2，同轴联动介式制冷循环中，包含高温预冷循环、中温预冷循环和低温液化循环三个模块，每个模块压缩机后均与综合冷凝器相连，用以冷却压缩后的制冷剂。高温预冷循环模块中，制冷剂（3-1）经压缩至1250Kpa，压缩后的制冷剂（3-2）流入综合冷凝器（2）冷却到35℃，冷却后的制冷剂（3-3）流入高温预冷膨胀机（3），膨胀降温后的制冷剂（3-4）温度为-32.83℃，经过高温一级预冷换热器（4）给中温预冷循环模块预冷，之后流出的制冷剂（3-5）温度为-28℃，经过高温二级预冷换热器（5）给低温液化循环模块一级预冷，流出的制冷剂（3-6）温度为7.235℃，回流至（3-1）；中温预冷循环模块中，制冷剂（4-1）经压缩至3969Kpa，压缩后的制冷剂（4-2）流入综合冷凝器（2）冷却到35℃，冷却后的制冷剂（4-3）经高温一级预冷换热器（4）预冷至-29.81℃，然后经中温预冷膨胀机（7），温度降为-93.54℃，制冷剂（4-5）经过中温一级预冷换热器（8）给低温液化循环模块二级预冷，流出的制冷剂（4-6）温度为-80℃，为中温二级预冷换热器（19）提供冷量，其中流出的制冷剂（4-7）温度为-51.07℃，为中温三级预冷换热器（10）提供冷量，从其流出的制冷剂（4-8）温度为-43.39℃，回流；低温液化循环模块中，制冷剂（5-1）经压缩至3500Kpa；压缩后的制冷剂（5-2）流入综合冷凝器（2）冷却到35℃，冷却后的制冷剂（5-3）经高温二级预冷换热器（5）一级预冷至-25℃，一级预冷后的制冷剂（5-4）经中温一级预冷换热器（8）二级预冷至-93.49℃，然后经过低温液化膨胀机（12）膨胀降温，制冷剂（5-6）温度变为-154.9℃，之后为低温液化换热器（13）提供冷量，流出的制冷剂（5-7）温度为-75.65℃，再为中温二级预冷换热器（9）提供冷量，流出的制冷剂（5-8）温度为-60.34℃，然后再为中温三级预冷换热器（10）提供冷量，流出的制冷剂（5-9）温度为-22.27℃，然后回流。4、BOG经中温三级预冷换热器（10）一级预冷至-21℃，再经中温二级预冷换热器（9）二级预冷至-70℃，然后经低温液化换热器（13）冷却至-150℃，最后经过冷节流阀（14），BOG（2-5）温度为-155.8℃。5、BOG（2-5）流入LNG气液分离罐（15），不凝气（2-6）温度为-155.8℃，为低温液化换热器（13）提供冷量，流出的BOG（2-7）温度为-71℃，回流至回冷BOG混合罐（23），LNG（1-7）温度为-155.8℃，回流至LNG储罐（19）。

权利要求：1.一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，该系统包括开式自循环液化循环和同轴联动介式制冷液化循环，其中开式自循环液化循环由BOG压缩机（20）、BOG分流器（21）、自循环BOG控制阀（24）、LNG分流器（18）、LNG低温泵（17）、LNG和BOG混合器（16）、LNG储罐（19）组成；同轴联动介式制冷液化循环由BOG液化模块、同轴联动介式制冷循环模块组成，BOG液化模块包括介式循环BOG控制阀（22）、回冷BOG混合罐（23）、过冷节流阀（14）和LNG气液分离罐（15）；同轴联动介式制冷循环由高温预冷循环、中温预冷循环和低温液化循环组成，共包括三个压缩机、一个冷凝器、三台膨胀机、一个气液分离器、六个换热器、一个节流阀、一个控制阀和一个混合罐，其中，高温预冷膨胀机（3）与中温预冷压缩机（6）同轴联动、中温预冷膨胀机（7）与低温液化压缩机（11）同轴联动、低温液化膨胀机（12）与高温预冷压缩机（1）同轴联动，膨胀机的膨胀功为压缩机提供部分功耗。2.根据权利要求1所述的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，当LNG储罐中LNG的过冷度大于3℃时，系统只启用开式自循环液化循环，当LNG过冷度小于3℃时，只启用同轴联动介式制冷液化循环。3.根据权利要求1所述的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，所述开式自循环液化循环中，包括LNG低温泵（17），其与BOG压缩机（20）和高压LNG和BOG混合器（16）依次连接。4.根据权利要求1所述的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，所述BOG液化模块由介式循环BOG控制阀（22）、回冷BOG混合罐（23）、过冷节流阀（14）和LNG气液分离罐（15）依次相连。5.根据权利要求1所述的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，所述同轴联动介式制冷循环中，高温预冷膨胀机（3）与中温预冷压缩机（6）同轴联动、中温预冷膨胀机（7）与低温液化压缩机（11）同轴联动、低温液化膨胀机（12）与高温预冷压缩机（1）同轴联动，膨胀功为压缩机提供部分功耗。6.根据权利要求1所述的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，所述同轴联动介式制冷循环由高温预冷循环、中温预冷循环和低温液化循环组成，高温预冷循环中，高温预冷压缩机（1）、综合冷凝器（2）、高温预冷膨胀机（3）、高温一级预冷换热器（4）、高温二级预冷换热器（5）依次相连；所述高温预冷循环中物流（3-4）通过高温一级预冷换热器（4）为中温预冷循环模块预冷；所述物流（3-5）通过高温二级预冷换热器（5）为低温液化循环模块一级预冷。7.根据权利要求1所述的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，所述同轴联动介式制冷循环中的中温预冷循环，包括中温预冷压缩机（6）、综合冷凝器（2）、高温一级预冷换热器（4）、中温预冷膨胀机（7）、中温一级预冷换热器（8）、中温二级预冷换热器（9）、中温三级预冷换热器（10）依次相连；所述中温预冷循环中物流（4-5）通过中温一级预冷换热器（8）为低温液化循环模块二级预冷；所述物流（4-6）为中温二级预冷换热器（9）提供冷量；所述物流（4-7）为中温三级预冷换热器（10）提供冷量。8.根据权利要求1所述的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，所述同轴联动介式制冷循环中的低温液化循环，包括低温液化压缩机（11）、综合冷凝器（2）、高温二级预冷换热器（5）、中温一级预冷换热器（8）、低温液化膨胀机（12）、低温预冷换热器（13）、中温二级预冷换热器（9）、中温三级预冷换热器（10）依次相连，所述物流（5-6）为低温液化换热器（13）提供冷量，所述物流（5-7）为中温二级预冷换热器（9）提供冷量，所述物流（5-8）为中温三级预冷换热器（10）提供冷量。9.根据权利要求1所述的一种加气站BOG再液化同轴联动介式系统，其特征在于，所述LNG储存过冷度为8℃。

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