LNG闪蒸汽回收系统的制作方法

本实用新型涉及lng闪蒸汽处理，具体涉及一种lng闪蒸汽回收系统。

背景技术：

氦气因具有极低沸点、密度和强化学和放射惰性等特殊性质，成为发展国防军工和高科技不可缺少的重要气体之一，在航空航天、核武器、潜艇、饱和潜水作业、核磁共振、半导体、手机、液晶屏幕、光纤、大科学装置等国防、工业、科技领域具有不可替代的作用。

氦气在空气中的含量仅为5ppm，主要存在于天然气中，因此氦的生产几乎全部来自天然气。美国的天然气氦资源丰富，氦含量高(平均约为0.8％，个别高达7.5％)，产量和消费量均居全球之首。我国氦资源匮乏，天然气中氦的含量最高仅为0.2％。不具有经济提氦的价值。因此我国一直依靠从国外进口所需的氦。由于氦气价格昂贵，对我国大量使用氦的领域和相关的科研、生产单位产生了重大影响。

目前，我国在大鄂尔多斯盆地天然气田中，发现天然气中含氦量约0.04％，虽然氦含量很低，但总贮量巨大。为便于存储及运输，天然气的开采通常采用低温法获得lng。在lng的生产过程中，储罐和装车站会产生闪蒸汽即bog。常压下，甲烷、氮气、氢气及氦气的液化温度分别为-162℃-、-196℃、-253℃和268.65℃，在储罐压力下，氦气、氢气、氮气会从lng中挥发出来。此外，由于罐壁与外界环境的热交换也会导致部分甲烷气化。为了减少能耗，lng生产工艺流程都会有专门的回收工艺回收bog气体，先将bog气体压缩至高压(图1)，然后一部分用作分子筛吸附塔的再生气，一部分进入冷箱重新液化为lng。bog经过多次循环，其中的氦及氮气等不断浓缩，最终的氦气含量可以高达3％，完全具备提纯氦气的工业开发价值。

随着lng产业的迅速发展和广泛应用，中国国内的lng工厂不断增多，工厂内产生的bog废气量也在不断增加，因此，采用新工艺从lng生产中bog提氦，是适合我国国情的从天然气中经济提取氦气的好方法。将有助于缓解我国氦资源贫乏与氦气需求的矛盾。

此外，对于原料气中氮气摩尔分数超过1％的lng工厂，贮罐和装车站产生的bog气重新进入装置回收lng的过程，易导致系统内氮气含量积累。天然气中的氮含量越高，天然气液化越困难，液化过程的动力消耗越高。因此，在从bog分离提纯氦气的同时还必须将bog中的氮气分离出来。

技术实现要素：

本实用新型实施例涉及一种lng闪蒸汽回收系统，能够从lng闪蒸汽中综合回收氦气、甲烷及氮气，回收效率高且回收纯度高，采用的制冷循环系统简单，操作维护方便，解决了现有技术中bog废气处理中气体分离难度大、回收效率低、纯度低的问题。

本实用新型实施例提供一种lng闪蒸汽回收系统，包括lng储罐，包括制冷循环流路以及回收流路；

所述制冷循环流路包括第一压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器、第六换热器、一级膨胀机、二级膨胀机、控制阀、低压管路以及高压管路，所述第一压缩机的高压出口通过所述高压管路依次连接所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器、所述第四换热器、所述一级膨胀机、所述第五换热器以及二级膨胀机，所述二级膨胀机的低压出口通过所述低压管路依次连接所述第六换热器、所述第五换热器、所述第四换热器、所述第三换热器、所述第二换热器、所述第一换热器以及所述第一压缩机的低压进口；

所述回收流路包括ch4精馏塔、n2冷凝塔、h2冷凝塔、he收集管、i级低温吸附器、ii级低温吸附器、第一导气管路、第二导气管路、第三导气管路以及第四导气管路；所述lng储罐的出气口沿所述第一导气管路依次通过第二压缩机、所述第一换热器、所述第二换热器连接至所述ch4精馏塔的进气口，所述精馏塔的气体出口通过所述第二导气管路依次连通所述第三换热器以及所述n2冷凝塔的进气口，所述n2冷凝塔的出气口通过所述第三导气管路依次连通所述i级低温吸附器、所述第四换热器、所述第五换热器以及所述h2冷凝塔，所述h2冷凝塔的出气口通过所述第四导气管路依次连通所述第六换热器、所述ii级低温吸附器以及所述he收集管。

作为实施例之一，所述回收流路还包括再沸器和加热支路；

所述加热支路的进气口连接所述第一换热器的出气口，所述加热支路的出气口连接所述第二换热器的进气口，且所述第一换热器的出气口与所述第二换热器的进气口之间设置有第一调节阀，所述再沸器串联于所述加热支路上，且于所述加热支路的进气管路上设置有第二调节阀。

作为实施例之一，所述i级低温吸附器为两组，且两组所述i级低温吸附器并联连接，所述i级低温吸附器两组切换工作，一组吸附，另一组再生；所述ii级低温吸附器为两组，且两组所述ii级低温吸附器并联连接，所述ii级低温吸附器两组切换工作，一组吸附，另一组再生。

作为实施例之一，所述he收集管依次连接所述第六换热器、所述第五换热器、所述第四换热器、所述第三换热器、所述第二换热器以及所述第一换热器。

作为实施例之一，还包括冷箱，所述冷箱上设置有高压管路接口、低压管路接口、ch4接口、n2接口、h2接口、he收集管接口以及第一导气管路接口，所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器、所述第四换热器、所述第五换热器、所述第六换热器、所述一级膨胀机、所述二级膨胀机、所述低压管路、所述高压管路以及所述回收流路均位于所述冷箱内；且所述高压管路通过所述高压管路接口连接所述第一压缩机的高压出口，所述低压管路通过低压管路接口连接所述第一压缩机的低压进口，所述第一导气管路通过所述第一导气管路接口连接所述第二压缩机的出口，所述ch4接口连接所述ch4精馏塔的ch4出口，所述n2接口连接所述n2冷凝塔的n2出口，所述h2接口连接所述h2冷凝塔的h2出口，所述he收集管接口连接所述he收集管的出口。

作为实施例之一，还包括he储罐，所述he储罐，所述he储罐与所述第一压缩机的低压进口连接，且于两者之间的流路上设置有控制阀。

本实用新型实施例还提供一种lng闪蒸汽回收方法，lng储罐中的lng闪蒸汽经压缩后进入回收流路；

进入回收流路内的lng闪蒸汽通过制冷循环流路上多个换热器依次进行逐级换热降温；回收流路沿lng闪蒸汽的流向依次设置有ch4精馏塔、n2冷凝塔、h2冷凝塔、he收集管，且依次在所述ch4精馏塔处分离出lng闪蒸汽中的ch4，在所述n2冷凝塔分离n2，在所述h2冷凝塔分离h2，剩余的he进入所述he收集管。

本实用新型实施例至少具有如下有益效果：

本实用新型提供的回收系统中，lng储罐内产生的lng闪蒸汽进入回收流路后通过制冷循环流路对其逐级降温，进而可以依次在ch4精馏塔、n2冷凝塔、h2冷凝塔处分离出高纯度的ch4、n2、h2，且将lng闪蒸汽最后剩余的he采用he收集管收集，可以获取纯度非常高的氦气产品，另外对lng闪蒸汽中的ch4、n2、h2的回收率也非常高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为传统lng工厂生产流程；

图2为本实用新型实施例提供的lng闪蒸汽回收系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图2，本实用新型实施例提供一种lng闪蒸汽回收系统，包括lng储罐1、制冷循环流路2以及回收流路3，其中制冷循环流路2是用于产生冷量与回收流路3换热，而回收流路3则能够对lng储罐1中产生的lng闪蒸汽依次进行回收。

具体地，制冷循环流路2包括第一压缩机21、第一换热器29、第二换热器22、第三换热器23、第四换热器24、透平进口控制阀28、一级膨胀机25、第五换热器211、二级膨胀机210、低压管路26以及高压管路213，第一压缩机21的高压出口通过高压管路213依次连接第一换热器29、第二换热器22、第三换热器23、第四换热器24、透平进口控制阀28、一级膨胀机25，第五换热器211、二级膨胀机210；二级膨胀机210的低压出口通过低压管路26依次连接第六换热器212、第五换热器211、第四换热器24、第三换热器23、第二换热器22、第一换热器29以及第一压缩机21的低压进口。制冷循环流路2的循环工质可以采用氦气，具体是制冷循环流路2与he储罐4连接，he储罐4中储存的氦气进入制冷循环流路2内，通过第一压缩机21压缩后形成高压的氦气进入高压管路213内，通常由第一压缩机21排出的氦气应通过一油分离器27进行除油，且通过高压管路213依次流经第一换热器29、第二换热器22、第三换热器23以及第四换热器24内，且经一级膨胀机25绝热膨胀至低压低温的氦气进入第五换热器211，再经二级膨胀机210绝热膨胀至更低压、更低温的氦气进入低压管路26内，低压低温的氦气又沿低压管路26依次流经第六换热器212、第五换热器211、第四换热器24、第三换热器23、第二换热器22以及第一换热器29，至第一压缩机21内压缩，由此形成氦气的循环过程，且在该过程中，第一换热器29的换热温度高于第二换热器22的换热温度，第二换热器22的换热温度高于第三换热器23的换热温度，第三换热器23的换热温度高于第四换热器243的换热温度，第四换热器24的换热温度高于第五换热器211的换热温度，第五换热器211的换热温度高于第六换热器212的换热温度，即可以实现多级换热降温。在高压管路213对应一级膨胀机25的进口侧设置有调节阀28，可以调节进入一级膨胀机25内膨胀气量，对于一级膨胀机25及二级膨胀机210可以采用透平膨胀机，则整个制冷循环流路2为透平-逆布雷顿制冷循环，一级膨胀机25及二级膨胀机210为制冷部件，制冷效率高、制冷量大，制冷循环系统简单，操作维护方便。

回收流路3包括ch4精馏塔31、n2冷凝塔32、h2冷凝塔33、he收集管34、第一导气管路35、第二导气管路36、第三导气管路37以及第四导气管路322，lng储罐1的出气口依次通过第二压缩机11以及第一导气管路35连接ch4精馏塔31的进气口，ch4精馏塔31的气体出口通过第二导气管路36与n2冷凝塔32的进气口连接，n2冷凝塔32的出气口通过第三导气管路37与h2冷凝塔33的进气口连接，h2冷凝塔33的出气口通过第四导气管路322与he收集管34连接。lng储罐1中挥发的lng闪蒸汽复温到常温后经第二压缩机11加压，后采用一油分离器12进行除油，除油后的lng闪蒸汽依次进入ch4精馏塔31、n2冷凝塔32、i级低温吸附器316、h2冷凝塔33、ii级低温吸附器320、he收集管34，当然在该过程中应通过制冷循环流路2逐级降温，进而可依次分离出lng闪蒸汽中的ch4、n2、h2，得到高纯he。当然分离出的ch4、n2、he均可以重新被制冷循环流路2收集回收冷量，而分离出的h2则可以导至火炬放空管。

具体地，第一导气管路35内的lng闪蒸汽经过第一换热器29以及第二换热器22换热降温，降温后的lng闪蒸汽进入精馏塔31内进行精馏，具体在精馏塔31的顶部设置有冷凝器38，该冷凝器38的冷量可以采用液氮或者采用单独的氮制冷机提供，进而可以将lng闪蒸汽中的ch4以液态的形式被分离至ch4精馏塔31的底部，且lng闪蒸汽中剩余的n2、he及h2则由顶部排出，通过精馏塔31收集的液态ch4纯度达到99％以上。

在优选方案中，在精馏塔31的底部设置有再沸器39，通过再沸器39可以回收ch4的冷量。具体地，回收流路3还包括加热支路310，第一导气管路35内的lng闪蒸汽先进入第一换热器29换热降温，再进入第二换热器22内换热降温，且通过一调节阀312进入精馏塔31内；加热支路310的进气口与出气口均连接第一导气管路35，上述的再沸器39串联于该加热支路310上，具体是加热支路310的进气口连接第一换热器29的出气口，加热支路310的出气口连接第一导气管路35位于第二换热器22与第一换热器29之间的流路，且该流路上设置有第一调节阀311，在加热支路310上设置有第二调节阀312，且第二调节阀312位于加热支路310的进气口与再沸器39之间的流路上。在本实施例中，经过第一换热器29换热后的lng闪蒸汽可一部分继续沿第一导气管路35进入ch4精馏塔31内，一部分进入加热支路310内，且进入加热支路310内的lng闪蒸汽在再沸器39处与ch4精馏塔31内的液态ch4换热，能够利用再沸器内液态ch4的蒸发潜热来预冷加热支路310内lng闪蒸汽，lng闪蒸汽继续沿加热支路310进入第一导气管路35内。且通过调节第一调节阀311与第二调节阀312的开度，可以控制对应流路的流量，以达到控制再沸器39的加热量的目的。另外，ch4精馏塔31内分离的ch4先通过一节流阀313节流膨胀后依次经过第二换热器22与第一换热器29回收冷量，最后被lng液化系统收集。

进一步地，由ch4精馏塔31顶部排出的混合气体(lng闪蒸汽剩余的n2、he及h2)通过第二导气管路36与n2冷凝塔32的进气口连接，即将该混合气体导入n2冷凝塔32内分离出n2，当然在该第二导气管路36上应设置有节流阀314控制压力。第二导气管路36内的混合气体先经过第三换热器23换热降温至65k，以使混合气体变为气液两相混合物，其中液体为液态n2，在进入n2冷凝塔32后被分离出来，其纯度也可以达到99％以上，而剩余的混合气体由n2冷凝塔32的顶部排出。被分离出的液态n2也通过一节流阀膨胀315后依次经过第三换热器23、第二换热器22以及第一换热器29回收冷量，且可以给精馏塔31内冷凝器提供冷量。

进一步地，n2冷凝塔32排出的混合气体进入第三导气管路37内，且经过第四换热器24以及第五换热器211换热降温后可进入h2冷凝塔33内分离h2。但是由于n2冷凝塔32排出的混合气体中通常含有痕量氮气，则在第三导气管路37上串联有i级低温吸附器316，且吸附温度为65k，通过i级低温吸附器316可以吸附去除痕量氮气。在优选方案中，i级低温吸附器316为两组，且两组i级低温吸附器316之间为并联，两组切换工作，当其中一组i级低温吸附器316吸附去除痕量氮气时，另一组i级低温吸附器316再生。通过这种方式，进入第四换热器24内的混合气体主要为he以及少量h2。两组i级低温吸附器316的底部均连接有供再生吹扫气排放至火炬放空管的流路，且在该流路也设置有调节阀317。

为了完全分离h2以获取高纯度he，在低压管路26上串联的二级膨胀机210可以使得温度降低至15k。he收集管34依次连接第六换热器212、第五换热器211、第四换热器24、第三换热器23、第二换热器22、第一换热器29，he收集管34内高纯低温he依次被第六换热器212、第五换热器211、第四换热器24、第三换热器23、第二换热器22以及第一换热器29收集回收冷量。通过这种方式可以使得第三导气管路37内的混合气体在第五换热器211内换热降温至20k，形成气液两相混合物，经过一调节阀318进入h2冷凝塔33内，在h2冷凝塔33内分离出大部分液氢，当h2冷凝塔33液氢液位达到一定值时，将通过一调节阀319排放至火炬放空管。

在h2冷凝塔33排出的混合气体为he与痕量氢气，该混合气体先经第六换热器212换热降温后进入ii级低温吸附器320内，ii级低温吸附器320的吸附温度为15k，可以吸附去除混合气体中的痕量氢气，最后高纯低温的he进入he收集管34内。其中，ii级低温吸附器320为两组，且两组ii级低温吸附器320之间为并联，两组切换工作，当其中一组ii级低温吸附器320吸附去除痕量氢气时，另一组ii级低温吸附器320再生。当然两组ii级低温吸附器320也设置有供再生吹扫气排放至火炬放空管的流路，且在该流路上设置有调节阀321。

在优选方案中，回收系统还包括冷箱5，其为相对密封的箱体结构，将上述的大部分结构均设置于该冷箱5内，具体地，第一换热器29、第二换热器22、第三换热器23、第四换热器24、第五换热器211、第六换热器212、一级膨胀机25、二级膨胀机210、低压管路26、高压管路213以及回收流路3均位于所述冷箱5内，对应地，在冷箱5上设置有高压管路213接口、低压管路26接口、ch4接口、n2接口、h2接口、he收集管34接口以及第一导气管路35接口，高压管路213通过高压管路213接口连接第一压缩机21的高压出口，低压管路26通过低压管路26接口连接第一压缩机21的低压进口，第一导气管路35通过第一导气管路35接口连接第二压缩机11的出口，ch4接口连接ch4精馏塔31的ch4出口，n2接口连接n2冷凝塔32的n2出口，h2接口连接h2冷凝塔33的h2出口，he收集管34接口连接he收集管34的出口。由此，回收系统除压缩机以及储罐之外，大部分结构均集成至冷箱5内，当需要收集lng闪蒸汽中分离出的气体时，只需与对应的接口连接，非常方便，同时通过冷箱5对上述各结构起到保护作用。

本实用新型实施例还提供一种lng闪蒸汽回收方法，采用上述的回收系统，可以使得lng储罐1内挥发的lng闪蒸汽中ch4、n2、h2、he均得到有效回收，不但回收率非常高，而且纯度也非常高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。