【摘 要】
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随着碳达峰、碳中和目标的提出,液化天然气（Liquefied natural gas,LNG）等清洁能源的消费比例不断提高。LNG在运输和储存过程中会产生蒸发气（Boil-Off Gas,BOG）,将其直接排放会造成环境污染和能量损失。目前,针对大型LNG运输船和陆上加气站的BOG回收已有成熟的方案,但是关于中小型LNG储运装置的BOG回收的研究较少。本文首先综述了关于BOG的回收方案,经对比发现
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随着碳达峰、碳中和目标的提出,液化天然气（Liquefied natural gas,LNG）等清洁能源的消费比例不断提高。LNG在运输和储存过程中会产生蒸发气（Boil-Off Gas,BOG）,将其直接排放会造成环境污染和能量损失。目前,针对大型LNG运输船和陆上加气站的BOG回收已有成熟的方案,但是关于中小型LNG储运装置的BOG回收的研究较少。本文首先综述了关于BOG的回收方案,经对比发现采用大冷量斯特林制冷机的液化流程具有设备少、结构紧凑、能耗低等优点,且能满足中小型加气站的BOG回收需求,因此对该液化流程进行了较为系统的研究,主要研究内容如下:（1）以氮气为研究工质,通过数值模拟研究其在制冷机冷头的降温冷凝机理,发现冷头换热性能良好,同时进口温度的降低有利于液化量提升。因此提出一套带回热器的基于大冷量斯特林制冷机的气体液化流程,通过回热器回收制冷机出口未液化气体的冷量来预冷来流气体,使得进口流量超出冷机冷凝能力范围时,能通过进口温度的降低来提高液化量,使得液化量基本保持稳定。（2）采用AspenHYSYS进行氮气液化流程的稳态模拟,研究了该气体液化流程的运行参数如进气压力、流量、温度对于液化率等参数的影响以及对回热器换热性能的要求,从而指导回热器选型。通过氮气液化流程的动态模拟研究该气体液化系统的启停机响应过程,发现能较快达到稳定运行状态;研究了进口压力、流量改变时,液化系统运行过程中各流股的压力、流量、温度等参数波动情况。（3）搭建了一套氮气液化性能测试实验台。实验发现加入回热器后液化效率提升明显;并且进口流量越大,冷机输出制冷量越大,加入回热器后的最高液化量也越大,直至达到一个临界流量值后,提高进气流量时冷机输出制冷量基本不变,此时通过回热器的预冷作用使得进口氮气温度降低从而使得液化量能保持不变,此临界流量值即为最佳进口流量。同时,为改善冷机内部液体滞留现象,提高冷机输出制冷量,对冷机冷头结构进行了优化设计。（4）针对中小型加气站的BOG再液化,进行了气体液化流程的改进设计和计算,计算得到该装置的BOG液化量可达到12kg/h,单位产品能耗为0.942k Wh/kg,具有良好的环境和经济效益,应用前景广阔。
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