一种天然气蒸发气的回收方法

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种天然气蒸发气的回收方法。

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。LNG是-162℃的低温液体，是一种绿色能源，耗费很多的能源获得，因为液化成LNG的体积是原天然气的1/600，所以天然气产业链中采用LNG储运较多。

然而由于LNG的温度远低于环境温度，即使对储罐和管道采取高性能的绝热措施，LNG仍会蒸发而产生BOG（Boil Off Gas）闪蒸气，BOG气体造成系统的压力增加，但如将BOG排放到大气中，不仅造成严重的温室效应，同时也会浪费能源。

LNG（液化天然气）的蒸发气（BOG）的回收是行业内的一个大难题，如何高效低成本的回收BOG再利用是LNG行业以及各大运行机构一直在致力研究的课题。

BOG的排放温度通常为-100℃，目前常用的BOG回收工艺有两种：第一种方式为仍 然将BOG以气体形式压缩回收，以CNG销售，或者并入天然气管网，或者采用天然气发电等； 第二种为再冷凝工艺处理BOG。其中第一种回收方法工艺较为简单，但是有两个影响因素：

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种天然气蒸发气的回收方法，高效回收BOG，无BOG排放，提高能源利用效率，节能环保。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种天然气蒸发气的回收方法，包括如下步骤：

（1）LNG储罐内产生-100℃的BOG气体；

（2）-100℃的BOG气体经由气体管道输送至换热器内，与换热器内的空气进行换热后得到大于0℃的BOG气体，并将大于0℃的BOG气体暂存于缓冲罐内，同时空气被降温至0-5℃；

（3）0-5℃的空气进入天然气压缩机，冷却天然气压缩机在工作过程中产生的热能；随后将连通缓冲罐和天然气压缩机的气体管道上的阀门打开，大于0℃的BOG气体进入天然气压缩机被压缩成高压CNG气体备用，至此实现BOG无排放回收。

其中，步骤（2）中，换热器的空气进气口处连接有气泵或压缩空气管线。选用小型气泵即可，用于将外部大气泵入换热器内，与-100℃的BOG气体进行换热。

其中，步骤（2）中的换热器为组合式二级换热器。

优选的，步骤（2）中所用缓冲罐的容积为200L。

上述的天然气蒸发气的回收方法采用的回收装置包括LNG储罐、换热器、气泵、缓冲罐和天然气压缩机，换热器的物质入口与LNG储罐的排气口通过气体管道连接，物质出口与缓冲罐相连，换热器的换热介质入口与气泵相连，换热介质出口通过气体管道与天然气压缩机的冷却管路相连；缓冲罐的出气口通过气体管道与天然气压缩机的进气口相连。

其中，换热介质出口与天然气压缩机之间的气体管道上设有单向节流阀，用于控制空气流量。

其中，连接换热器的物质出口与缓冲罐的气体管道、连接换热器的换热介质出口与天然气压缩机的气体管道上均设有温度传感器。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明采用高效换热器将BOG气体进入天然气压缩机前具有的冷能用来给天然气压缩机冷却，主要是通过增加一个小型气泵，用冷却空气来冷却天然气压缩机，BOG无排放。天然气压缩机不需要额外的冷却能耗（通常占压缩机能耗的20%以上），提高了流程的适用性和推广性，节能环保。

2、本发明通过增加了成本低廉的一个小型气泵和小缓冲罐，占地空间小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中BOG气体在换热器内部的路径图。

附图标记说明：

1、LNG储罐；2、换热器；3、气泵；4、缓冲罐；5、天然气压缩机；6、单向节流阀；7、温度传感器；8、纳米低温相变材料。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供了一种天然气蒸发气的回收方法，采用如图1所示的回收装置，包括LNG储罐1、换热器2、气泵3、缓冲罐4和天然气压缩机5，所述换热器2选用组合式二级换热器，一级换热的管程入口与LNG储罐1的排气口通过气体管道连接，二级换热的管程出口与缓冲罐4相连，一级换热的壳程入口与气泵3相连，一级换热的壳程出口通过气体管道与天然气压缩机5的冷却管路相连，换热介质出口与天然气压缩机之间的气体管道上设有单向节流阀6，单向节流阀主要是适用于天然气压缩机在不同功率工作时产生的热能有所变化，从而为了冷却所需的冷能也有所变化而特别设置进行调节的，这样可以节约冷能。。缓冲罐4的出气口通过气体管道与天然气压缩机5的进气口相连。

本实施例中，连接换热器的物质出口与缓冲罐的气体管道、连接换热器的换热介质出口与天然气压缩机的气体管道上均设有温度传感器7。

如图2所示为BOG气体在换热器内部的路径图，换热器是一种组合式二级换热器，低于-100℃的BOG气体进入一级换热器区域的盘管，和来自气泵中的压缩空气进行换热，使得空气被降温到0℃左右，但是由于BOG气体的冷能比较大，和压缩空气换热后，BOG气体的温度仍然低于0℃，为了不浪费冷能，此时BOG气体进入二级换热区域，和分布在BOG盘管周围的纳米低温相变材料8进行换热，纳米低温相变材料具有良好的储冷性能，这样就可以保证BOG气体从换热器离开时的温度高于0℃。

其中，纳米低温相变材料8是用非常细目数的丝网包裹放置于BOG盘管周围，可以在二级换热器区域，每间隔5cm左右设置支撑板，用于放置纳米材料。

纳米低温相变材料的用量根据LNG储罐内的压力及排放压力进行设计。

低于-100℃的BOG气体自换热器中下部的物质入口进入换热器后与一级换热内的空气进行换热，但是换热后BOG气体的温度不会马上降低到0℃左右，换热后的BOG气体沿设置在二级换热内的盘管流动，被填塞在盘管周围的纳米低温相变材料再次制冷，使流动至天然气压缩机内的BOG气体满足温度要求。

本发明中采用的纳米低温相变材料的好处是：吸收冷能，并在下次使用时释放冷能。值得注意的是：首次使用回收装置时，缓冲罐4与天然气压缩机5之间的阀门先关闭，打开LNG储罐1和换热器2之间的阀门，让换热器2进行预冷，10s后打开换热器2与天然气压缩机5之间的阀门和单向节流阀6；然后打开气泵3后打开缓冲罐4与天然气压缩机5之间的阀门，天然气压缩机5开始工作。

首次使用回收装置进行BOG气体回收时，由于换热器内部是常温状态，所以需要先打开储罐的BOG排放阀，对换热器内部的空气和纳米材料进行预冷，然后大于0℃的BOG气体进入缓冲罐，此过程需要10~20秒，然后打开单向节流阀，打开天然气压缩机，开始进行BOG气体的正常回收。

在系统关闭后第二次回收BOG气体时，由于换热器内部的纳米低温相变材料的储冷性能，换热器中已经是一个低温环境，此时不再需要10~20秒的BOG阀门提前开启充入BOG气体对压缩空气进行预冷，而是先开启气泵，压缩空气冷却后，通过单向节流阀进入天然气压缩机，开启天然气压缩机，然后开启BOG排放阀，进行正常的BOG气体回收。

所述天然气蒸发气的回收方法包括如下步骤：

（1）LNG储罐内产生-100℃的BOG气体；

（2）-100℃的BOG气体经由气体管道输送至换热器内，与换热器内的空气和纳米低温换热材料进行换热后得到大于0℃的BOG气体，并将大于0℃的BOG气体暂存于200L的缓冲罐内，同时空气被降温至0-5℃；本步骤中，换热器的空气进气口处连接有气泵，用于将外部大气泵入换热器内，吸收BOG气体的冷能后被冷却至0-5℃；

（3）0-5℃的空气进入天然气压缩机，冷却天然气压缩机在工作过程中产生的热能；随后将连通缓冲罐和天然气压缩机的气体管道上的阀门打开，大于0℃的BOG气体进入天然气压缩机被压缩成高压CNG气体备用，至此实现BOG无排放回收。

本发明的工作原理为：当LNG储罐压力达到排放压力时，首先开启小型气泵，然后开启LNG储罐的BOG排放阀门，-100℃的BOG气体在组合式二级换热器内与空气和纳米低温相变材料进行换热，0℃以上的BOG进入缓冲罐；换热器内被冷却的空气进入天然气压缩机，冷却压缩机在工作过程中产生的热能，随后打开缓冲罐后侧的阀门，BOG气体进入天然气压缩机内被压缩成高压气体后备用，可再液化，可用于燃气使用，可发电等。

天然气压缩机进口温度通常在0℃以上，而BOG气体的排放温度通常为-100℃，本发明利用高效换热器回收BOG气体从-100℃到0℃的冷能，空气从常温冷却至0-5℃，纳米低温相变材料同时也吸收部分冷能，保持组合式二级换热的低温环境；空气冷却后为天然气压缩机降温，用BOG排放的冷能来冷却天然气压缩机，采用换热器的冷能交换，实现节能环保。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。