甲烷回收系统以及回收方法技术领域
本发明涉及气体回收再利用的技术领域,尤其是指应用在液化天然气(LNG)存储和运输过程中蒸发气体(BOG)的回收。
背景技术
液化天然气(LNG)主要成分是甲烷,被公认是地球上最干净的能源,无色、无味、无毒且无腐蚀性,其体积约为同量气态天然气体积的1/625,液化天然气的重量仅为同体积水的45%左右。液化天然气是天然气经压缩、冷却至其沸点温度后变成液体,通常液化天然气储存在零下161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储储罐内,用专用船或油罐车运输,使用时重新气化。液化天然气燃烧后对空气污染非常小,而且放出的热量大,所以液化天然气是一种比较先进的能源。
目前在LNG船舶、槽车运输过程以及LNG加注、卸载过程中,由于环境温度和低温LNG之间的巨大温差产生的热量传递,加气站系统的预冷以及其它原因,低温的LNG会不断受热产生蒸发气体(简称BOG)。虽然存储LNG的低温容器具有绝热层,但仍然无法避免外热的影响,导致产生BOG,而BOG的增加使得系统的压力上升,一旦压力超过存储罐允许的工作压力,需要启动安全保护装置释放BOG从而对存储罐减压。
现有的甲烷气体回收方式包括把气化出来的甲烷气体经与空气换热后进入城市管网或者使用压缩机把这些甲烷气体变成CNG(压力大于20MPa的甲烷气体产品)。进入城市管网方案需要LNG加注站靠近城市管网,对普通的LNG加注站并不适用;做成CNG产品市场价值较低,且储运复杂、压缩耗能较高、设备占地较大。也有利用液氮等冷源对甲烷进行冷却,重新变为低温甲烷液体回用,但是该方法需单独设置冷量产生装置,投资和运行功耗较高,流程复杂且占地较大,回收的甲烷的成本较高,且回收率低,一定程度上导致能源的浪费。另外,由于LNG加注站甲烷气体释放点较多,每个释放点的释放频率和每次释放的气量及压力受多种条件制约,因此大多采取人工控制方法,不但增加了人力成本而且工作效率低,存在安全隐患。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中回收放散甲烷时回收效率低的问题从而提供一种不但可以提高回收率,而且回收设备简单的的甲烷的回收系统以及回收方法。
为解决上述技术问题,本发明所述的一种甲烷回收系统,所述系统包括接收甲烷气的换热装置,所述换热装置包括至少两个通道,其中第一通道的入口用于接收甲烷气,第一通道的出口与压缩装置的入口相连,第二通道的入口与所述压缩装置的出口相连,第二通道的出口通过节流装置与气液分离装置相连,所述气液分离装置的出气口设有排气阀,所述排气阀与所述换热装置的第一通道入口相连,所述气液分离装置的出液口设有排液阀,所述排液阀与甲烷储罐相连,且所述排气阀的开度控制所述排液阀的启闭。
在本发明的一个实施例中,所述换热装置的第一通道入口与所述甲烷储罐或者泵池相连。
在本发明的一个实施例中,所述换热装置的第二通道出口通过切断阀与所述节流装置相连。
在本发明的一个实施例中,所述换热装置第一通道的出口通过气化器与所述压缩装置的入口相连。
在本发明的一个实施例中,所述气液分离装置设有液位检测装置,所述液位检测装置控制所述排气阀以及所述排液阀的开度。
在本发明的一个实施例中,所述气液分离装置的液位达到预定范围时,逐渐调小所述排气阀,当所述气液分离装置的出液压力与所述甲烷储罐的进液压差上升到设定范围时,逐渐开启所述排液阀开始排液;所述气液分离装置的液位小于预定范围时,逐渐调大所述排气阀,当所述气液分离装置的出液压力与甲烷储罐进液压差不在设定范围时,逐渐关小至完全关闭排液阀,停止排液。
在本发明的一个实施例中,所述气液分离装置的出气口设有第一手动调节阀,所述第一手动调节阀与所述排气阀并联;所述气液分离装置的出液口设有第二手动调节阀,所述第二手动调节阀与所述排液阀并联。
本发明还提供了一种甲烷回收方法,包括如下步骤:步骤S1:将待回收的甲烷气体进行换热升温后进入压缩处理形成高压甲烷气;步骤S2:将所述高压甲烷气进行换热降温形成高压低温甲烷气;步骤S3:对所述高压低温甲烷气进行降压处理形成降压低温甲烷气和甲烷液的混合物,对所述混合物进行分离形成甲烷气和甲烷液,其中所述甲烷气通过排气阀返回步骤S1进行循环处理,通过所述排液阀回收甲烷液,且回收甲烷液时通过调节所述排气阀的开度控制所述排液阀的启闭。
在本发明的一个实施例中,所述步骤S1中,对回收的甲烷气体进行压力监测决定是否进入压缩处理步骤,若压力在设定范围内,则对换热后的甲烷气进行压缩处理,若压力不在设定范围内,则停止对换热后的甲烷气进行压缩处理。
在本发明的一个实施例中,所述步骤S3中,回收甲烷液时,若甲烷液的液位在指定范围内,且出液压力与待收集的进液压差也在设定范围时,回收甲烷液。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
本发明所述的甲烷回收系统以及回收方法,利用BOG的冷能为压缩装置出口气体降温,有效利用了冷源,并通过压力差来输送LNG液体,使能量得到了充分回收利用的同时还节省了泵输送时产生的电耗以及泵预冷能量,同时通过控制手段实现了工艺的安全和回收效率。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据本发明的具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中
图1是本发明实施例一所述甲烷回收系统的示意图;
图2是本发明实施例二所述甲烷回收系统的示意图;
图3是本发明实施例三所述甲烷回收系统的示意图。
具体实施方式
实施例一:
如图1所示,本实施例提供了一种甲烷回收系统,所述系统包括接收甲烷气的换热装置11,所述换热装置11包括至少两个通道,其中第一通道的入口用于接收甲烷气,第一通道的出口与压缩装置12的入口相连,第二通道的入口与所述压缩装置12的出口相连,第二通道的出口通过节流装置13与气液分离装置14相连,所述气液分离装置14的出气口设有排气阀18,所述排气阀18与所述换热装置11的第一通道入口相连,所述气液分离装置14的出液口设有排液阀19,所述排液阀19与甲烷储罐15相连,且所述排气阀18的开度控制所述排液阀19的启闭。
上述是本发明所述的核心技术方案,本发明所述的甲烷回收系统包括换热装置11、压缩装置12、节流装置13以及气液分离装置14,其中所述换热装置11包括至少两个通道,其中第一通道的入口用于接收甲烷气,第一通道的出口与压缩装置12的入口相连,使接收到的低温低压甲烷气经过换热升温流入所述压缩装置12内,通过所述压缩装置12的压缩形成升温高压甲烷气,第二通道的入口与所述压缩装置12的出口相连,升温高压甲烷气经过第二通道时与所述第一通道排出的低压低温甲烷气换热形成降温高压甲烷气,由于利用了BOG的冷能为所述压缩装置12出口气体降温,因此能量得到了充分的回收利用,第二通道的出口通过节流装置13与气液分离装置14相连,所述降温高压甲烷气经过所述节流装置13的节流作用降压降温,转变为降压低温甲烷气和甲烷液的混合物,所述混合物在所述气液分离装置14内被分离为甲烷气和甲烷液;所述气液分离装置14的出气口设有排气阀18,所述排气阀18与所述换热装置11的第一通道入口相连,通过所述排气阀18可以控制所述甲烷气流入所述换热装置11的第一通道内,有利于继续回收利用,提高回收率;所述气液分离装置14的出液口设有排液阀19,所述排液阀19与所述甲烷储罐15相连,且所述排气阀18的开度控制所述排液阀19的启闭,从而可以避免通过液泵来回收甲烷液,不但使能量得到了充分的回收利用,提高回收效率,还节省了泵输送时产生的电耗以及泵预冷能量。
所述换热装置11的第一通道入口与所述甲烷储罐15或者泵池16相连,使来自所述甲烷储罐15和所述泵池16来的新鲜BOG气体均可以流入所述换热装置11的第一通道内,由于利用了BOG的冷能为所述压缩装置12出口气体降温,因此能量得到了充分的回收利用。另外,所述甲烷储罐15来的新鲜BOG气上设有压力监测装置,该压力监测装置控制所述压缩装置12的启闭。当储罐来的BOG压力达到0.7MPa-1.2MPa时,联锁开启所述压缩装置12,当储罐来的BOG压力降低到0.3MPa-0.7MPa时,联锁关闭所述压缩装置12,由此通过控制手段实现了工艺的安全。
所述换热装置11的第一通道出口设有温度监测装置,所述温度监测装置自动联锁控制所述压缩装置12的启闭。当换热装置11的第一通道出口温度达到零下10℃--35℃时,联锁可以开启所述压缩装置12,当第一通道出口温度达到零下10℃--零下20℃时,联锁停止所述压缩装置12,由此通过控制手段实现了工艺的安全。
所述换热装置11的第二通道出口通过切断阀17与所述节流装置13相连,所述切断阀17与所述压缩装置12的启闭相关联。所述气液分离装置14设有压力监测装置,所述压力监测装置控制所述压缩装置12的开启或者关闭。具体地,所述压力监测装置控制所述压缩装置12的启闭和换热装置11第二通道出口紧急切断阀17的关闭。当气液分离装置14的压力达到储罐的高限1.0—1.6MPa时,联锁停止压缩装置12并关闭换热装置11第二通道出口上的切断阀17,当压力降低到1.0—1.6MPa后,联锁可以开启压缩装置12并打开紧急切断阀17。
所述气液分离装置14设有液位检测装置,所述液位检测装置控制所述排气阀18以及所述排液阀19的开度。具体地,当所述气液分离装置14的液位达到50%--99%时,逐渐关小气液分离装置14出口气体排气阀18,当气液分离装置14的出液压力与所述甲烷储罐15进液压差上升到0.05—0.25MPa时,逐渐开启所述气液分离装置14的排液阀19开始排液;当所述气液分离装置14的液位达到1%--49%时,逐渐开大所述气液分离装置14出口气体排气阀18,当所述气液分离装置14出液压力与甲烷储罐15进液压差下降到0.05—0.25MPa时,逐渐关小至完全关闭排液阀19,停止排液。
所述气液分离装置14的出口排液阀19的开启受所述气液分离装置14的液位和所述气液分离装置14出液与甲烷储罐15进液压差共同控制,以上两个条件共同满足时,才可以开启排液阀19;以上两个条件有任何一条件达到关闭阀门要求时,都自动关闭排液阀19,由此通过控制手段实现了工艺的安全。所述压缩装置12的停止受所述甲烷储罐15来的BOG气压力、所述换热装置11的第一通道出口温度以及所述气液分离装置14的压力控制,当三者之中任意一个条件存在时,所述压缩装置12均自动停止。
实施例二:
实施例二是在实施例一的基础上作出的改进,为了完善回收甲烷气的系统,在实施例一的系统上对进入所述压缩装置12前的甲烷气进行改进,下面详细说明:
如图2所示,所述换热装置11第一通道的出口通过气化器20与所述压缩装置12的入口相连,通过所述空气气化剂20可以提高气体的温度,从而可以保证所述换热装置11第一通道的出口气体满足所述压缩装置12进口的要求。
实施例三:
本实施例还提供了一种甲烷回收系统,为了完善回收甲烷气的系统,在实施例二的系统上为了防止自动阀门出现问题而采用了手动方式调节,下面详细说明:
如图3所示,所述气液分离装置13的出气口设有第一手动调节阀21,所述第一手动调节阀21与所述排气阀18并联,以防止自动阀门出现问题可以采用手动方式调节;所述气液分离装置13的出液口设有第二手动调节阀22,所述第二手动调节阀22与所述排液阀19并联,以防止自动阀门出现问题可以采用手动方式调节。
本实施例中,所述排气阀18是自动调气阀或者自动启闭阀,所述排液阀19是自动调液阀或者自动启闭阀。
实施例四:
本实施例提供一种甲烷回收方法,利用实施例一、实施例二、实施例三的任意一个所述的甲烷回收系统回收甲烷气,其具体包括如下步骤:
步骤S1:将待回收的甲烷气体进行换热升温后进入压缩处理形成高压甲烷气;步骤S2:将所述高压甲烷气进行换热降温形成高压低温甲烷气;步骤S3:对所述高压低温甲烷气进行降压处理形成降压低温甲烷气和甲烷液的混合物,对所述混合物进行分离形成甲烷气和甲烷液,其中所述甲烷气通过排气阀18返回步骤S1进行循环处理,通过所述排液阀19回收甲烷液,且回收甲烷液时通过调节所述排气阀18的开度控制所述排液阀19的启闭。
本实施例所述甲烷回收方法,所述步骤S1中,将待回收的甲烷气体进行换热升温后进入压缩处理形成高压甲烷气;所述步骤S2中,将所述高压甲烷气进行换热降温形成高压低温甲烷气,由于利用了BOG的冷能为压缩后的出口气体降温,因此能量得到了充分的回收利用;所述步骤S3中,对所述高压低温甲烷气进行降压处理形成降压低温甲烷气和甲烷液的混合物,对所述混合物进行分离形成甲烷气和甲烷液,其中所述甲烷气通过排气阀18返回步骤S1进行循环处理,可以继续回收利用,因此有利于提高回收率;通过所述排液阀19回收甲烷液,且回收甲烷液时通过调节所述排气阀18的开度控制所述排液阀19的启闭,从而避免通过液泵来回收甲烷液,不但使能量得到了充分的回收利用,提高回收效率,还节省了泵输送时产生的电耗以及泵预冷能量。
本实施例中,所述步骤S1中,对回收的甲烷气体进行压力监测决定是否进入压缩处理步骤,若压力在设定范围内,则对换热后的甲烷气进行压缩处理,若压力不在设定范围内,则停止对换热后的甲烷气进行压缩处理,通过控制手段实现了工艺的安全。所述步骤S3中,回收甲烷液时,若甲烷液的液位在指定范围内,且出液压力与待收集的进液压差也在预定范围时,回收甲烷液,由于通过压力差来输送LNG液体,使能量得到了充分的回收利用还节省了泵输送的电耗以及泵预冷能量。
本发明所述换热装置11是换热器,所述压缩装置12是压缩机,所述节流装置13是节流阀,所述气液分离装置14是气液分离罐。
综上,本发明所述的以上技术方案具有以下优点:
1.本发明所述甲烷回收系统,包括换热装置、压缩装置、节流装置以及气液分离装置,其中所述换热装置包括至少两个通道,其中第一通道的入口用于接收甲烷气,第一通道的出口与压缩装置的入口相连,使接收到的低温低压甲烷气经过换热升温流入所述压缩装置内,通过所述压缩装置的压缩形成升温高压甲烷气,第二通道的入口与所述压缩装置的出口相连,升温高压甲烷气经过第二通道时与所述第一通道排出的低压低温甲烷气换热形成降温高压甲烷气,由于利用了BOG的冷能为所述压缩装置出口气体降温,因此能量得到了充分的回收利用,第二通道的出口通过节流装置与气液分离装置相连,所述降温高压甲烷气经过所述节流装置的节流作用降压降温,转变为降压低温甲烷气和甲烷液的混合物,所述混合物在所述气液分离装置内被分离为甲烷气和甲烷液,所述气液分离装置的出气口设有排气阀,所述排气阀与所述换热装置的第一通道入口相连,通过所述排气阀可以控制所述甲烷气流入所述换热装置的第一通道内,有利于继续回收利用,提高回收率;所述气液分离装置的出液口设有排液阀,所述排液阀与所述甲烷储罐相连,且所述排气阀的开度控制所述排液阀的启闭,从而可以避免通过液泵来回收甲烷液,不但使能量得到了充分的回收利用,提高回收效率,还节省了泵输送时产生的电耗以及泵预冷能量。
2.本发明所述甲烷回收方法,所述步骤S1中,将待回收的甲烷气体进行换热升温后进入压缩处理形成高压甲烷气;所述步骤S2中,将所述高压甲烷气进行换热降温形成高压低温甲烷气,由于利用了BOG的冷能为压缩后的出口气体降温,因此能量得到了充分的回收利用;所述步骤S3中,对所述高压低温甲烷气进行降压处理形成降压低温甲烷气和甲烷液的混合物,对所述混合物进行分离形成甲烷气和甲烷液,其中所述甲烷气通过排气阀返回步骤S1进行循环处理,可以继续回收利用,因此有利于提高回收率;通过所述排液阀回收甲烷液,且回收甲烷液时通过调节所述排气阀的开度控制所述排液阀的启闭,从而避免通过液泵来回收甲烷液,不但使能量得到了充分的回收利用,提高回收效率,还节省了泵输送时产生的电耗以及泵预冷能量。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围中。