[发明专利]一种基于氮气膨胀和节流制冷的天然气BOG直接再液化系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于氮气膨胀和节流制冷的天然气BOG直接再液化系统及方法，其中，二级增压单元的出口与一级回热器的第一通道连通后分为两路，一路顺次连接二级回热器的第一通道、膨胀阀、换热器的第一通道、二级回热器的第二通道、一级回热器的第二通道的进口端；另一路顺次连接膨胀机单元、二级回热器的第三通道、一级回热器的第三通道、一级增压单元的进口端；一级增压单元的出口和一级回热器的第二通道的出口分别与二级增压单元的进口端相连接；BOG缓冲罐顺次连接换热器的第二通道、LNG贮罐的进口端。利用本发明，可以提升BOG的液化产量，降低液化能耗。

技术领域

本发明涉及天然气液化技术领域，尤其是涉及一种基于氮气膨胀和节流制冷的天然气BOG直接再液化系统及方法。

背景技术

天然气产业链中，常将天然气制成液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)(其体积约为原来气态体积的1/600)，以便于贮运。在LNG生产过程中，需要通过末级节流阀将液化压力降至贮罐压力。天然气中各组分的沸点不同(常压下，氮气：77.36K，甲烷111.7K，丙烷：231.03K)，在贮罐压力下，节流过程相当于对LNG进行一次简单蒸发，沸点较低的气体分子率先从LNG中逸出，称为闪蒸气(Boil Off Gas,BOG)。此外，将LNG流经节流阀后形成的气液混合物通过低温管道送至LNG罐贮存，贮存过程中因环境向贮罐漏热，也会产生BOG，其组分主要是氮气和甲烷。为了避免LNG贮罐的超压，需要将BOG去除，常用的处理方式有燃烧和再液化，其中，后者因回收甲烷而更具有经济和社会效益。

现有的BOG再液化流程多采用将BOG复温至常温后加压(提高液化温度)，然后二次降温液化，再节流至常压的方式。如公开号为CN108870866A的中国专利文献公开了一种采用BOG作制冷剂适用于LNG运输船的BOG再液化回收工艺。该工艺包括如下步骤：原料BOG经过换热器复热后，进入压缩机、膨胀机压缩端压缩冷却后进入换热器进一步冷却，输入至冷箱中经冷却降温、节流后进入气液分离罐，液相LNG进入储罐储存；制冷剂BOG与经复热的原料BOG一起进入压缩机、膨胀机压缩端压缩冷却后进入换热器进一步冷却，输入至冷箱中进行预冷，预冷后的制冷剂BOG从冷箱中引出，进入膨胀机膨胀端，经膨胀节流降温后，返回冷箱为冷箱提供冷量；经过复热后的制冷剂BOG与经复热的原料BOG重复上述操作。

然而，上述工艺增加了换热损失、设备投资(如BOG压缩机组、多流股换热器、节流阀)及系统复杂度(如多流股换热器中各流股流量的控制)，且节流后不可避免有新的BOG产生，降低了液化产量。

此外，对于采用单级氮气逆布雷顿循环的BOG直接再液化流程，膨胀后低温低压氮气(冷流体)的升温曲线为斜率(与质量流量和定压比热容的乘积成反比)大于零的直线，而BOG(热流体)相变过程温度变化不大，氮气的定压比热容随温度的变化较小(除临界点外)，因而靠氮气的显热来提供BOG再液化需要的潜热，将导致较大的氮气流量和较高的低温段传热温差，系统的综合能效较低。另一方面，气化后的低温氮气不足以将高压常温的氮气预冷至节流前温度。

发明内容

为改善现有工艺的不足，本发明提供了一种基于氮气膨胀和节流制冷的天然气BOG直接再液化系统，采用氮气膨胀制冷技术与液氮节流制冷技术，将来自LNG贮罐的低温低压BOG进行直接液化，系统具有安全、热力学效率高、经济性好、产品量大的特征。

一种基于氮气膨胀和节流制冷的天然气BOG直接再液化系统，包括一级增压单元、二级增压单元、一级回热器、二级回热器、膨胀机单元、膨胀阀、换热器、BOG缓冲罐和LNG贮罐；

其中，二级增压单元的出口与一级回热器的第一通道连通后分为两路，一路顺次连接二级回热器的第一通道、膨胀阀、换热器的第一通道、二级回热器的第二通道、一级回热器的第二通道的进口端；另一路顺次连接膨胀机单元、二级回热器的第三通道、一级回热器的第三通道、一级增压单元的进口端；

所述的一级增压单元的出口和一级回热器的第二通道的出口分别与二级增压单元的进口端相连接；