用于BOG的再液化的方法和设备与流程

本发明涉及一种bog(boil off gas，蒸发气体)的再液化的方法，所述bog含有(尤其)挥发性份额，例如乙烷，以及涉及一种用于执行所述方法的设备。

背景技术：

1、bog是蒸发的液化气。液化气从而bog通常是具有如下组分的物质混合物，所述组分的蒸发温度通常彼此不同。bog因进入液化气罐(以下简称罐)和/或进入流动有液化气的管道管路中的不可避免的热量输入产生，在所述液化气罐中，液化气要么贮存在大陆上，要么例如在船舶上运输，要么作为用于自身消耗的燃料携带。最近，在液化气中已经越来越频繁地确定挥发性组成部分的提高的份额。因此，具有在从罐液体中的5％mol至罐液体中的8％mol的范围中的提高的乙烷含量的lpg罐载物(例如商用丙烷)已变得普遍。这导致，长期以来已知的运输中的再液化方法不再能够浓缩份额提高的挥发性的组成部分。产生所谓的不可冷凝的馏分。

2、出于环境保护和经济性的原因，尤其为了减少正常运行中的碳氢化合物气体的排放以及载物损失，bog的再液化是所期望的。

3、在再液化工艺运行时，载物蒸汽中的不可冷凝的馏分的问题是长久以来已知的。市场上已建立多种解决方案：

4、-当不可冷凝的物质的量小(例如，出自罐冲洗的残余氮气)时，在第一个运行时间向大气排气是有效的补救措施。如果不可冷凝的组分是载物的常规的组成部分从而要排气的气体量会变得过大，那么其不能使用。

5、-残余气体冷凝器是换热器，所述换热器经由在冷凝器处的自动或手动操作的排气阀被供应出自冷凝器的不可冷凝的气体馏分。该换热器将几乎出于压缩机的最终压力下的气体混合物冷却到接近罐的饱和温度的温度水平。由此冷凝大多数高沸点的碳氢化合物，并且由此产生的剩余少量bog中不可冷凝的气体越来越多。这是用于减少载物损失的有效手段。因为作为该工艺中的冷却介质通常使用贮存压力下的再液化的冷凝物，所以所述方法显著降低了用于冷却罐的可用的冷却性能。所述方法能够在挥发性的载物组分浓度低时应用并且能够用于在产品更换过程中使用以将载物再液化。

6、-还使用级联冷却。许多船舶(尤其半冷却型船舶)被设计为，使得其能够运输乙烷/乙烯作为纯载物。这在具有制冷剂系统的冷却级联中发生，所述制冷剂系统对于冷凝提供直至-40℃的温度水平。这也适用于在可通过两级的压缩实现的压力水平上处理任何类型的商用lpg。这种方法的缺点是用于附加的级联设施的高的设备和机器耗费。

7、-近年来，已经开发出所谓的“排气冷却器(vent cooler)”，例如从wo2012/143699a1中已知的那样。在该处，再液化借助于两级的再液化工艺以海水作为冷却剂在货物冷凝器中进行。在wo2012/143699a1中描述的发展在原理上类似于残余气体冷凝器。技术优点在于，温度水平与这两个压缩级之间的中间压力有关而与罐压力无关。这通常对于载物的冷凝是足够的。同时，与残余气体冷凝器相比，所述设施的冷却性能不那么强地降低。

8、-在de 10 2013 101 414 a1中提出将罐液体馈入到燃料节省器中。在这种方法途径中利用如下事实：罐液体具有浓度明显低于蒸汽(bog)的挥发性的组成部分。给燃料节省器供应罐液体而不是出自冷凝器的冷凝物将从燃料节省器至第二压缩机的bog流中挥发性的组成部分的浓度降低从而即使在热水条件下也实现两级的压缩机系统的运行。缺点是罐液体必须加压才能灌入，这使得工艺更加复杂并且需要附加的改装。

9、然而，这些已知的两级的再液化工艺在处理具有份额提高的挥发性的组成部分(例如乙烷)的载物时也显示出困难。乙烷是更挥发性的组分，并且其在bog中的浓度远高于液化气的液相中的浓度，所述液化气的液相在下文中也称为散装液体。

10、三级压缩机的使用也是已知的：通过使用三级压缩机，能够将在出口压力下的冷凝温度提高到如下水平，所述水平在世界贸易条件下并且甚至在温暖的海水中可容易地达到。这种明显的方法的缺点是在高要求的改装的高的投资成本。

11、散装液体中2.5％、5％和8％的乙烷含量是设计lpg系统的标准载物规范。对于较大的lpg系统，imo型a类罐通常关联有在0至0.4bar g之间的罐运行压力。由所给出的乙烷含量产生的bog成分需要在所提供的温度水平下提高的冷凝压力。如已经在上文中提及的那样，在lpg再液化中，使用两级的活塞压缩机和海水是现有技术。对于世界范围内的使用，考虑32℃的海水。然而，在许多港口和重要商业区普遍存在较暖的条件。

12、显然，对于标准压缩机配置，散装液体中超过3.5％的乙烷浓度不能在所有环境条件下使用。在这种情况下，标准方法途径在于，在lpg冷凝器上安装排气阀，所述排气阀排出气体的在可用压力/温度组合下无法冷凝的部分。

13、在下述数值示例中描述一种典型情况：

14、在完全冷却的罐状态(1bar a)下，对于5％乙烷载物而言乙烷的bog浓度约为26％。在36℃时，这种混合物能够通过两级压缩机在21bar a的最大输送压力为的无问题地处理。

15、在40℃的冷凝温度下(由于温暖的海水或受污染的换热器)，份额约3％(mol)的bog保留在蒸汽相中。该量对于罐液体的成分的轻微波动非常敏感。因此，例如乙烷含量仅到5.5％的非常小的提高就会将所述份额提高到14％。

16、在正常运行中，这种气体要么被排放到大气中，这不仅意味着不期望的温室气体释放，而且意味着载物损失，要么所述气体作为蒸汽回引到罐中从而显著降低制冷设施的可用的冷却能力。

技术实现思路

1、与此相对，本发明的目的在于，提出一种方法和设备，通过所述方法和设备能够将具有份额较高的挥发性的组成部分的bog再液化并且所述方法和设备是经济的。

2、根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求11所述的设备来实现。

3、通过根据本发明的措施，具有高含量的挥发性的组成部分的bog能够以相对小的耗费再液化。

4、本发明基于如下认知：如果对于用于接收部分冷凝的流体的流体接收容器预设期望液位并且对于最终压力预设最大的最终压力即极限最终压力，并且流体从连接在流体接收容器下游并且用于以根据最终压力预设的温度来冷却流体的冷却装置的排出仅根据达到或超过期望液位或在达到极限最终压力之前来释放，那么能够以简单的方式提高部分冷凝的流体中的液相份额。

5、由于对于最终压缩级预设最大的极限最终压力，不得不接受：(如果bog含有挥发性的份额(例如高的乙烷份额)或在高的冷凝温度(例如由于热水或被污染的冷凝器引起)并且最终压缩压力因此必须进一步提高)，bog可能不被压缩至最终压力，所述最终压力对于随后的冷凝器中所有挥发性的组成部分的完全冷凝是必要的。这导致：部分冷凝的流体中的气相份额提高从而流体接收容器中的液位下降。因为期望液位是固定的，并且流体接收容器的流体出口的上边缘处于该期望液位的高度中或以预设的量度低于该期望液位，所以仅液态流体流到冷却装置中直到液位下降到流体出口的上边缘以下。此外，因为由于液位的测量也仅直至未超过期望液位使得执行器转移冷却的流体流，所以保证仅液体由执行器转移直到达到极限最终压力。

6、在执行器关闭时，流体流倒流，并且冷却装置中的流体被进一步冷却。由于倒流，流体接收容器中的液位再次上升。在bog流中的气相份额继续提高时，最终压力也提高。随着最终压力的提高，冷凝温度也提高，即在负温度范围中实现了借助于不那么冷的冷却剂的冷凝。因此，随着达到适当地预设的极限最终压力，可行的是，流体的气相，至少流体的绝大多数挥发性的组成部分通过相对“温热”的冷却剂在冷却装置中完全冷凝。因此，在达到极限最终压力时，执行器再次打开，即使尚未达到流体接收容器中的期望液位时也如此，并且由于完全或至少尽可能的冷凝，完全或尽可能液态的流体流从冷却装置中排出。

7、如果bog中的挥发性的份额再次降低，那么部分冷凝的流体中的气相份额也降低并且流体接收容器中的液位继续增加并且最终压缩压力再次下降。如果最终压缩压力降至极限最终压力以下，那么执行器关闭并且在液位再次达到期望液位前保持关闭。以这种方式防止具有显著的气相份额的流体从冷却装置中转移出来。当液位达到或超过期望液位时，执行器才重新打开。在此，所述打开能够在连续的调节回路中进行。

8、因此，根据本发明的措施实现以小的耗费也能够将bog再液化，所述bog含有挥发性的组成部分。

9、优选地，执行器是阀。通过阀，能够低成本地控制在冷却装置中冷却的流体流的转移。在此，阀能够是冷却装置的一部分并且直接设置在其流体流出口处。然而，阀也能够设置在流体流排出管路中，所述流体流排出管路与换热器的流体流出口流动连接。此外，可考虑的是，阀是液化气罐或消耗器的一部分，经冷却的流体流应被引入到所述消耗器中。

10、还可考虑的是，执行器是测定体积的输送装置，例如涡轮，所述输送装置然后例如是速度受控的，并且在速度为“零”时中断即停止经冷却的流体的流动。

11、优选地，在步骤j)中借助于冷却剂回路进行冷却，其中冷却剂穿流换热器，其中出自步骤i)的流体流被引入换热器中，并且经冷却的流体流从换热器导出。能够以这种方式低成本地冷却流体流。

12、在此，液态冷却剂有利地穿流换热器，并且冷却剂储存在冷却剂储存器中，其中冷却剂在冷却剂储存器的下部区域中处于其液相中而在上部区域中处于其气相中。液态冷却剂保证良好的传热，而冷却剂储存器确保换热器始终被足够地供应冷却剂。

13、冷却剂储存器能够在结构上与换热器分离，由此实现在空间设置中的高度的灵活性并且便于维护和修理工作。

14、替选地，也能够考虑将冷却剂储存器集成到换热器中。通过这种方式，实现紧凑的节省空间的构造方式。此外，不需要铺设连接管道管路，这降低了成本并且此外避免经由这些连接管道管路的热输入。

15、在本发明的一个优选的实施方式中，所述方法具有权利要求6的特征并且所述设备具有权利要求17的特征。bog在这种情况下在两级的工艺中被压缩，并且使用再液化的bog作为冷却剂。通过将冷却装置一方面连接在第一压缩级和最终压缩级之间的bog流上而另一方面在馈送管路中设置仅针对将再液化的bog馈入到冷却剂回路中而打开的馈入阀，在冷却剂回路中存在的压力水平对应于第一压缩级和最终压缩级之间的连接部位处的中间压力水平。从普遍存在最终压缩压力的流体接收容器进入冷却剂回路中的再液化的bog因此在其进入时减压并冷却。如果最终压缩压力达到极限最终压力，那么一方面从流体接收容器进入换热器中的气态流体处于尤其高的压力下而另一方面对于进入冷却剂回路中的再液化的bog而言压降从而温降是尤其大的，使得换热器中的气态bog完全或至少几乎完全冷凝。

16、在此尤其有利的是，在流体接收容器的底部处将用于作为冷却剂引入冷却剂回路中的液体流从所述冷却剂回路中取出。由此以简单的方式保证没有气态流体进入冷却剂回路中。

17、在根据权利要求8或19的措施的有利的改进形式中，液态冷却剂排出冷却剂储存器的出口位于冷却剂进入换热器的入口上方。由此仅通过重力就确保至换热器的足够的冷却剂输送。

18、优选地，用于冷却从流体接收容器排出的流体流的冷却装置是热虹吸管冷却装置。因此，用于冷却的技术耗费保持相对低。

19、优选地，最终压缩的bog流在冷凝器中借助于海水冷凝，因为这是尤其低成本的。