一种液氢加氢站BOG回收利用系统及方法

摘要

本发明公开了一种液氢加氢站BOG回收利用系统及方法，包括储罐、增压管线、回收管线、输出管线和加氢机系统；增压管线与储罐连接，回收管线与储罐的出口端连接，增压管线和回收管线分别与输出管线连接，输出管线与加氢机系统连接：回收管线包括BOG管路开关阀、BOG空温式加热器、BOG压缩机、第一储氢瓶组和副管路；在BOG管路开关阀设置在回收管线的进口端，BOG空温式加热器设置在BOG管路开关阀和BOG压缩机之间，第一储氢瓶组设置在BOG压缩机之后；本发明可以将BOG经过加热，低压压缩到20MPa后，储存在低压储氢瓶中，作为加注过程的低压一级加注；相比于压缩到45MPa压缩机可节约25％以上的压缩电耗，同时在同样实现BOG 100％回收利用的前提下大幅降低了BOG压缩机的设备投资。

权利要求

1.一种液氢加氢站BOG回收利用系统，其特征在于：包括储罐、增压管线、回收管线、输出管线和加氢机系统；所述增压管线与储罐连接，回收管线与储罐的出口端连接，所述增压管线和回收管线分别与输出管线连接，输出管线与加氢机系统连接；所述输出管线包括第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组和输出管，所述第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组分别与增压管线连接；

第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组与增压管线的连接管路上分别设置有增压切断阀；

第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组分别与输出管线的连接管路均设置有加注管和加注切断阀；所述输出管与加氢机系统连接；

第一储氢瓶组上设置有副输出端，所述副输出端与第二储氢瓶组或第三储氢瓶组或第四储氢瓶组所在增压管线 连接；

所述副输出端包括BOG去加注管路安全阀、BOG去加注管路止回阀、BOG去加注切断阀；

所述BOG去加注管路安全阀、BOG去加注管路止回阀、BOG去加注切断阀沿副输出端的介质流动方向依次设置；

本系统按照如下方式进行运行：

步骤一：通过回收管线对BOG进行回收，并储存于第一储氢瓶组，将回收所得的BOG并入到输出管线中；

步骤二：在加注时，优先通过第一储氢瓶组对外进行加氢作业；然依次通过后续储氢瓶组对外界进行加氢作业；所述后续储氢瓶组为第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组；

在步骤二中，当液氢加氢站有氢气加注需求时，加氢机系统启动，首先将第一储氢瓶组，第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组四者进行压力的排序，定义由低到高压力值分别为P1

当P2与燃料电池车气瓶压力差＞2MPa，开启P2对应的第二储氢瓶组加注切断阀，对燃料电池车气瓶进行第二级加注，当P2与燃料电池车气瓶压力差≤2MPa时，关闭第二储氢瓶组加注切断阀；

当P3与燃料电池车气瓶压力差＞2MPa，开启P3对应的第三储氢瓶组加注切断阀，对燃料电池车气瓶进行第三级加注；当P3与燃料电池车气瓶压力差≤2MPa时，关闭第三储氢瓶组加注切断阀；

当P4与燃料电池车气瓶压力差＞2MPa，开启对应的第四储氢瓶组加注切断阀，对燃料电池车气瓶进行第四级加注，加注过程中当燃料电池车气瓶压力为35MPa时，加氢机系统加氢结束，对应加注相关切断阀全部关闭。

2.根据权利要求1所述的一种液氢加氢站BOG回收利用系统，其特征在于：所述回收管线包括BOG管路开关阀、BOG空温式加热器、BOG压缩机、第一储氢瓶组和副管路；在所述BOG管路开关阀设置在回收管线的进口端，所述BOG空温式加热器设置在BOG管路开关阀和BOG压缩机之间，所述第一储氢瓶组设置在BOG压缩机之后。

3.根据权利要求2所述的一种液氢加氢站BOG回收利用系统，其特征在于：所述副管路设置的两端分别设置在BOG空温式加热器与BOG压缩机之间的管线上，以及BOG压缩机和第一储氢瓶组之间的管线上。

4.根据权利要求2或3所述的一种液氢加氢站BOG回收利用系统，其特征在于：所述BOG压缩机选用隔膜式或活塞式压缩机。

说明书

一种液氢加氢站BOG回收利用系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及LNG加注领域，特别是涉及一种液氢加氢站BOG回收利用系统及方法。

背景技术

[0002] 随着氢燃料电池汽车的逐渐兴起与规模化应用，作为氢燃料电池汽车的配套设施，加氢站的建设目前也在加速进行。根据我国发展燃料电池汽车路线，主要目标是实现交通领域的电气化。根据《新能源汽车产业发展规划(2021－2035年)》，2030年我国氢燃料电池汽车的保有量目标为100万辆，按平均每车每天耗氢15kg计算(重卡、物流车、公交车等平均估计)，假如单站加氢量为1吨/天，未来全国需要1.5万座加氢站，同时1.5万吨/日的氢气储运，若大部分依靠长管车进行，由于其运力有限，所需的长管车的数目巨大，投资巨大，同时会给民用道路运输网络造成极大的压力，因此可行的解决措施为相当大部分的加氢站必需采取液氢加氢站的方式。

[0003] 液氢加氢站一般由液氢储罐、液氢增压泵、液氢气化器、氢气存储容器(储罐或瓶组，以下同)、以及加氢机和控制系统等关键模块组成。

[0004] 目前的液氢加氢站通常是先对液体进行增压，然后在中压汽化器里让它吸收环境空气中的热量自然汽化后(汽化器的上游可增加冷量回收利用器以优化冷量的回收利用设计)，随即氢气进入储氢容器进行储存或直接对下游的氢燃料电池汽车进行加氢。

[0005] 对于常规液氢加氢站的BOG回收利用利用而言，目前通常的做法是：

[0006] 1、国外常规液氢加氢站采用的工艺是将BOG增压到45MPa，直接进45MPa中压储氢瓶组进行储存，然后对加氢机进行加注；

[0007] 2、也有研究提出将液氢加氢站的BOG进行低压下的收集缓存，用此低压氢气对燃料电池进行发电，转化为电能得以应用；

[0008] 但是上述作法均存在缺陷：

[0009] 对于第1种做法而言，BOG压力通常在0.2～1.0MPa，压缩到45MPa，压比太大，至少需要3级压缩，压缩机设备投资较大且运行功耗较高，同时因为BOG的量不稳定，压缩机实际有效的工作时长较短，所以很高的设备投资不经济，能耗也不经济。

[0010] 对于第2种做法而言，为较清洁的BOG回收利用和能量综合利用方法，但是介于液3
氢加氢站中BOG流量间断不稳定，氢气流量较小，50m 水容积的液氢储罐管BOG量约为0.6％每日，约18.9kg/d，发电量约250kW，对于液氢加氢站以1000kg/12h为例，此部分提供的电能不到总加氢站运行电耗的30％，同时，发出的电所具备的经济价值，远低于消耗的氢气的经济价值。所以采用此种方式，不具备经济上的合理性。

发明内容

[0011] 针对上述问题，本方案提出了一种液氢加氢站BOG回收利用系统及方法。解决了现有中对于液氢加氢站的BOG无法高效、节能回收利用的问题。

[0012] 本方案是这样进行实现的：

[0013] 一种液氢加氢站BOG回收利用系统，包括储罐、增压管线、回收管线、输出管线和加氢机系统；所述增压管线与储罐连接，回收管线与储罐的出口端连接，所述增压管线和回收管线分别与输出管线连接，输出管线与加氢机系统连接。

[0014] 基于上述一种液氢加氢站BOG回收利用系统，所述回收管线包括BOG管路开关阀、BOG空温式加热器、BOG压缩机、第一储氢瓶组和副管路；在所述BOG管路开关阀设置在回收管线的进口端，所述BOG空温式加热器设置在BOG管路开关阀和BOG压缩机之间，所述第一储氢瓶组设置在BOG压缩机之后。

[0015] 基于上述一种液氢加氢站BOG回收利用系统，所述副管路设置的两端分别设置在BOG空温式加热器与BOG压缩机之间的管线上，以及BOG压缩机和第一储氢瓶组之间的管线上。

[0016] 基于上述一种液氢加氢站BOG回收利用系统，所述输出管线包括第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组和输出管，所述第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组分别与增压管线连接；

[0017] 第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组与增压管线的连接管路上分别设置有增压切断阀；

[0018] 第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组分别与增压管线的连接管路均设置有加注管和加注切断阀；所述输出管与加氢机系统连接。

[0019] 基于上述一种液氢加氢站BOG回收利用系统，所述第一储氢瓶组上设置有副输出端，所述副输出端与第二储氢瓶组或第三储氢瓶组或第四储氢瓶组所在增压管路连接。

[0020] 基于上述一种液氢加氢站BOG回收利用系统，所述副输出端包括BOG去加注管路安全阀、BOG去加注管路止回阀、BOG去加注切断阀；所述BOG去加注管路安全阀、BOG去加注管路止回阀、BOG去加注切断阀沿副输出端的介质流动方向依次设置。

[0021] 基于上述一种液氢加氢站BOG回收利用系统，所述BOG压缩机选用隔膜式或活塞式压缩机。

[0022] 本发明还提供一种液氢加氢站BOG回收利用方法，其具体步骤如下：

[0023] 步骤一：通过回收管路对BOG进行回收，并储存于第一储氢瓶组，将回收所得的BOG并入到输出管路中；

[0024] 步骤二：在加注时，优先通过第一储氢瓶组对外进行加氢作业；然依次通过后续储氢瓶组对外界进行加氢作业。

[0025] 基于上一种液氢加氢站BOG回收利用方法，在步骤二中，当液氢加氢站有氢气加注需求时，加氢机系统启动，首先将第一储氢瓶组，第二储氢瓶组、第三储氢瓶组、第四储氢瓶组四者进行压力的排序，定义由低到高压力值分别为P1

[0026] 当P2与燃料电池车气瓶压力差＞2MPa，开启P2对应的第二储氢瓶组加注切断阀，对燃料电池车气瓶进行第二级加注，当P2与燃料电池车气瓶压力差≤2MPa时，关闭第二储氢瓶组加注切断阀；

[0027] 当P3与燃料电池车气瓶压力差＞2MPa，开启P3对应的第三储氢瓶组加注切断阀，对燃料电池车气瓶进行第三级加注；当P3与燃料电池车气瓶压力差≤2MPa时，关闭第三储氢瓶组加注切断阀；

[0028] 当P4与燃料电池车气瓶压力差＞2MPa，开启对应的第四储氢瓶组加注切断阀，对燃料电池车气瓶进行第四级加注，加注过程中当燃料电池车气瓶压力为35MPa时，加氢机系统加氢结束，对应加注相关切断阀全部关闭。

[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0030] 1、通过本发明可以将BOG经过加热，低压压缩到20MPa后，储存在低压储氢瓶中，作为加注过程的低压一级加注；相比于压缩到45MPa压缩机可节约25％以上的压缩电耗，同时在同样实现BOG 100％回收利用的前提下大幅降低了BOG压缩机的设备投资。

[0031] 2、本系统能够将液氢加氢站中BOG全部回收利用，通过选用低压压缩机将BOG压缩到20MPa储存，作为加注过程的低压级加注级。这样采用低压压缩机相比中压压缩机压缩到45MPa，压缩机功耗降低，压缩机级数从三级减少到二级，运行稳定性提高且成本大幅度降低，同时压缩机的可选范围大幅扩大(在国内，压缩机出口压力为20MPa时，技术非常成熟，在国内的氢气充装站中已经运用很多，因此选型容易)。

附图说明

[0032] 图1是本发明整体系统的结构示意图；

[0033] 图中：1、储罐；2、增压管线；3、回收管线；4、输出管线；5、加氢机系统；31、BOG管路开关阀；32、BOG空温式加热器；33、BOG压缩机；34、第一储氢瓶组；35、副管路；351、BOG压缩机回流减压阀；352、BOG压缩机回流切断阀；361、BOG去加注管路安全阀；362、BOG去加注管路止回阀；363、BOG去加注切断阀；41、第二储氢瓶组；42、第三储氢瓶组；43、第四储氢瓶组；44、输出管；45、增压切断阀；46、加注管；47、加注切断阀；48、进出气切断阀。

具体实施方式

[0034] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0035] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0036] 实施例1

[0037] 请参阅图1，本发明提供一种技术方案：

[0038] 一种液氢加氢站BOG回收利用系统，包括储罐1、增压管线2、回收管线3、输出管线44和加氢机系统5；所述增压管线2与储罐1连接，回收管线3与储罐1的出口端连接，所述增压管线2和回收管线3分别与输出管线44连接，输出管线44与加氢机系统5连接；

[0039] 基于上述结构，通过回收管线3对储罐1中的BOG进行回收，并将回收后的BOG加以利用，汇同输出管线44一并对加氢机系统5进行输出；在输出的时候一并将回收后的BOG进行利用，实现了BOG 100％回收利用。

[0040] 在使用时，增压管线2会逐步抽取储罐1中的液态氢进行加热，并将加热后液态氢向输出管线44传输，然后通过回气管路将蒸发后的BOG回流入储罐1中，导致储罐1中固定气压会有一定程度的增加，为了保证储罐1的安全，需要对BOG进行释放；本方案中通过将释放后的BOG加以回收利用。

[0041] 所述回收管线3包括BOG管路开关阀31、BOG空温式加热器32、BOG压缩机33、第一储氢瓶组34和副管路35；在所述BOG管路开关阀31设置在回收管线3的进口端，通过BOG管路开关阀31对回收管线3的通断进行开启，所述BOG空温式加热器32设置在BOG管路开关阀31和BOG压缩机33之间，所述第一储氢瓶组34设置在BOG压缩机33之后；

[0042] 所述副管路35设置的两端分别设置在BOG空温式加热器32与BOG压缩机33之间的管线上，以及BOG压缩机33和第一储氢瓶组34之间的管线上；

[0043] 基于上述结构，本方案将空温式加热器设置在回收管线3的进口端，将BOG温度升高至接近常温，再通过低压压缩机，将BOG(压力约0.2MPa～1.0MPa)压缩到最高20MPa，然后通过管线储存在第一储氢瓶组34中；

[0044] 但是由于增压管线2对于储罐1的抽取介质的时间不定，抽取加热的流量不定，导致储罐1内的压力时刻存在波动，由于BOG管路开关阀31的开启压力范围为某一段预定的值，当储罐1内的压力值处于临界值的时候，可能会出现BOG管路开关阀31一会开启一会关闭的情况，由于在现有技术中，BOG压缩机33通常是与BOG管路开关阀31联动，这就会导致，当储罐1内的压力值处于BOG管路开关阀31的临界值时，BOG压缩机33会出现一会开启一会关闭的情况，这会极大影响BOG压缩机33的寿命；

[0045] 针对与上述问题，发明人在原有的基础上设置了副管路35，当BOG管路开关阀31经常启停的时候，使压缩后的BOG能够通过副管路35进行回流自循环一段时间，即当BOG管路开关阀31关闭后，BOG压缩机33不立即进行关闭，而是在副管路35中进行自循环。

[0046] 所述副管路35包括BOG压缩机回流减压阀351和BOG压缩机回流切断阀352，所述BOG压缩机回流减压阀351和BOG压缩机回流切断阀352在副管路35上依次设置；

[0047] 当BOG管路开关阀31关闭时，随后氢气通过BOG压缩机回流切断阀352，及BOG压缩机回流减压阀351流到BOG压缩机33所在的管路中，然后氢气被BOG压缩机33抽取，BOG压缩机33进入回流自循环的状态下运行，

[0048] 即当BOG管路开关阀31关闭时，第一储氢瓶组34的进口阀门开启，氢气无法进入，从BOG压缩机33出来的氢气只能通过副管路35，然后依次通过BOG压缩机回流切断阀352和BOG压缩机回流减压阀351回流到BOG压缩机33的进口端，实现回流自循环，自循环时通常设定的时长为20～60分钟，即当BOG管路开关阀31关闭时，延迟30分钟后关闭；当BOG管路开关阀31重新开启时BOG压缩机33重新进入对液氢储罐1BOG增压的状态；并重新将BOG(压力约0.2MPa～1.0MPa)压缩到最高20MPa，然后通过管线储存在第一储氢瓶组34中。

[0049] 本方案中，BOG管路开关阀31的开启范围为0.2MPa～1.0MPa。

[0050] 所述输出管线44包括第二储氢瓶组41、第三储氢瓶组42、第四储氢瓶组43和输出管44，所述第二储氢瓶组41、第三储氢瓶组42、第四储氢瓶组43分别与增压管线2连接，通过增压管线2分别对第二储氢瓶组41、第三储氢瓶组42、第四储氢瓶组43进行充装；

[0051] 第二储氢瓶组41、第三储氢瓶组42、第四储氢瓶组43与增压管线2的连接管路上分别设置有增压切断阀45，各个增压切断阀45分别对各自所在增压管路的通断进行控制；

[0052] 第二储氢瓶组41、第三储氢瓶组42、第四储氢瓶组43分别与增压管线2的连接管路均设置有加注管46和加注切断阀47，各个管路上加注管46均与输出管44连通；通过其管路上的加注切断阀47控制其所在管路的通断。

[0053] 所述输出管44与加氢机系统5连接，通过输出管44对加氢机系统5进行输出。

[0054] 所述第一储氢瓶组34上设置有副输出端，所述副输出端与第二储氢瓶组41所在增压管路连接，所述第二储氢瓶组41所在增压管路上设置有进出气切断阀48；

[0055] 所述副输出端包括BOG去加注管46路安全阀361、BOG去加注管46路止回阀362、BOG去加注切断阀363；所述BOG去加注管46路安全阀361、BOG去加注管46路止回阀362、BOG去加注切断阀363沿副输出端的介质流动方向依次设置；

[0056] 基于上述结构，通过副输出端可以将第一储氢瓶组34中的低压氢气进行使用，对外进行输出，即实现对BOG的100％的回收利用，本系统整体上未对整个加注系统做出较大的改变，大幅降低了BOG压缩机33的设备投资，就能取得较大的经济利益。

[0057] 本工艺采用在液氢储罐1BOG出口管，下游配置空温式加热器，再下游出口设置低压压缩机，将BOG压缩到20MPa，储存在低压储氢瓶中，由于氢气加注过程流程一般采用分级加注，此处将低压储氢瓶组作为加注过程分级加注的第一级，先利用储氢瓶组中存储的BOG气体对燃料电池车的气瓶进行均压，充分利用低压储氢瓶中的压力后，再分级从45MPa储氢瓶组进行分级取气，这样使得加注过程可达到3‑4级分级加注，通过加氢过程对BOG的及时抽取，使得BOG压缩机33无需将BOG的压力增高到20MPa以上；

[0058] 本系统能够将液氢加氢站中BOG全部回收利用，通过选用低压压缩机将BOG压缩到20MPa储存，作为加注过程的低压级加注级。这样采用低压压缩机相比中压压缩机压缩到
45MPa，压缩机功耗降低，压缩机级数从三级减少到二级，运行稳定性提高且成本大幅度降低，同时压缩机的可选范围大幅扩大(在国内，压缩机出口压力为20MPa时，技术非常成熟，在国内的氢气充装站中已经运用很多，因此选型容易)。

[0059] 本系统中BOG压缩机33可选用隔膜式或活塞式压缩机，活塞式压缩机可根据液氢加氢站规模选用气驱或液驱式，BOG压缩一般为两级压缩。

[0060] 实施例2

[0061] 基于实施1的系统，本实施例提供一种液氢加氢站BOG回收利用方法：

[0062] 其具体步骤如下：

[0063] 通过回收管路，对BOG进行回收，并储存于第一储氢瓶组34，将回收所得的BOG并入到输出管44路中；

[0064] 当液氢加氢站有氢气加注需求时，加氢机系统5启动，首先将第一储氢瓶组34，第二储氢瓶组41、第三储氢瓶组42、第四储氢瓶组43四者进行压力的排序，定义由低到高压力值分别为P1

[0065] (此处定义为，P1为第一储氢瓶组34压力，P2对应第二储氢瓶组41，P3对应第三储氢瓶组42，P4对应第四储氢瓶组43)；

[0066] 比较P1和燃料电池车车内气瓶的压力差，当压力差＞2MPa，开启BOG去加注切断阀363，通过第一储氢瓶组34对燃料电池车气瓶进行第一级加注，当P1与和燃料电池车车内气瓶的压力差≤2MPa时，关闭BOG去加注的切断阀；

[0067] 当P2与燃料电池车气瓶压力差＞2MPa，开启P2对应的第二储氢瓶组41加注切断阀47，对燃料电池车气瓶进行第二级加注，当P2与燃料电池车气瓶压力差≤2MPa时，关闭第二储氢瓶组41加注切断阀47；

[0068] 当P3与燃料电池车气瓶压力差＞2MPa，开启P3对应的第三储氢瓶组42加注切断阀47，对燃料电池车气瓶进行第三级加注；当P3与燃料电池车气瓶压力差≤2MPa时，关闭第三储氢瓶组42加注切断阀47；

[0069] 当P4与燃料电池车气瓶压力差＞2MPa，开启对应的第四储氢瓶组43加注切断阀47，对燃料电池车气瓶进行第四级加注，加注过程中当燃料电池车气瓶压力为35MPa时，加氢机系统5加氢结束。对应加注相关切断阀全部关闭。

[0070] 通过本方方法，不仅可以快速高效的对BOG进行收集，而且能够低功耗的收集，并能够进行100％的回收利用。

[0071] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。