LNG储存过程中BOG的处理工艺研究

艾绪斌　陈昂　臧垒垒　王荣涛（.山东泰安昆仑能源有限公司；.昆仑能源（投资）山东公司，山东　泰安　7000）

LNG储存过程中BOG的处理工艺研究

艾绪斌1陈昂2臧垒垒1王荣涛1
（1.山东泰安昆仑能源有限公司；2.昆仑能源（投资）山东公司，山东泰安271000）

随着传统化石能源，如石油，煤炭等资源的逐渐枯竭，天然气的开采和应用变得尤为重要，其中液化天然气在能源供应中的比例迅速增加，成为全球增长最迅猛的能源行业之一，近年来LNG已成为稀缺清洁能源，正在成为世界油气工业新的热点。液化天然气（LNG）是在常压下通过把天然气冷却到约-162℃时变为液体，且无色、无味、无毒、无腐蚀性。并且在此冷却过程中天然气的体积缩小了600倍，为天然气的远距离运输提供了方便。但LNG系统中会产生BOG（蒸发气），BOG的产生，不利于节能减排，会使系统压力不稳定，处理BOG成为LNG系统中不可避免的问题。

1　不同系统中BOG的产生原因

1.1LNG工厂BOG的产生

作为LNG生产单元，BOG在LNG的制造过程就伴随着LNG大量的产生。LNG在生产过程中，随着节流膨胀，产生了大量的BOG，从而得到了温度更低的LNG；另一方面，LNG储存过程中，也会由于储罐的漏热使部分LNG得到气化；最后，在装车过程中，装车泵的运行及回流管线的漏热，又会产生部分BOG。在生产运行过程中，其中节流膨胀是产生BOG的最主要因素，大约占到产生BOG总量的70%～80%。

1.2LNG接收站中BOG的产生

LNG接收站涉及到LNG船的装卸以及运输过程船体漏热带来的BOG的产生。在LNG接收站，BOG的产生原因主要存在于储罐自然热输入、储罐液相物理位移、卸船时BOG返回船舱、装船时BOG返回储罐、管线自然热输入、大气压变化、LNG罐内泵循环等。

1.3LNG加气站中BOG的产生

在LNG加气站中，通常将LNG存储在储罐中，并且环境要求低温绝热，运行时通过低温绝热的管道输送至潜液泵、加气机等设备中。尽管储罐和运输设备均为低温绝热，但与外界环境仍然无法避免热量交换，况且LNG还具有易蒸发的特点，因此在设备系统中难免存在蒸发气体。此外在LNG卸车和加气过程中，系统单元也与外界环境存在接触。加气站的BOG的产生可以归为以下几点：一是存储运输设备漏热；二是卸车和加气过程中的空间置换；三是潜液泵运行时产生热量；四是其他一些原因，如卸车时压力闪蒸等。

2　BOG的处理工艺

目前LNG生产过程中BOG的回收处理工艺大致可以分为：BOG直接压缩工艺、BOG再液化工艺、蓄冷式再液化工艺［1］。

2.1BOG直接压缩工艺

此工艺主要流程为LNG储罐、装车撬等处产生的BOG通过压缩机直接加压，达到外输管网所需的压力，以高压天然气形态直接进入输气管网，一部分作为燃料气供给工厂使用，另一部分加压到一定值后返输至来气主管线或城市管网。

图1　BOG直接压缩工艺流程

2.2BOG再液化工艺

当外输管网压力较大时（7～8MPa），BOG直接压缩必须大于来气压力1～2MPa才能实现外输［2］。压缩机的功耗大，对管网耐压程度要求高，一般不采用压缩式工艺，此时一般采用再液化工艺。BOG再液化工艺主要是利用液化单元冷量对BOG进行再冷凝，目前再液化流程主要有氮膨胀制冷循环、级联式制冷循环、混合冷剂制冷循环。

图2　BOG再液化工艺流程

2.3蓄冷式再液化工艺

蓄冷式BOG再液化流程是将冷量用装有蓄冷剂的蓄冷容器加以储存。用压缩机将BOG升压，进入蓄冷式热交换器，在此中BOG与LNG直接接触，利用LNG的冷量将BOG液化，此工艺流程多用于LNG加气站卸车过程中或加气过程中对储罐中BOG的回收。

图3　BOG蓄冷式再液化工艺流程

2.4BOG处理方式的选择

目前国内接收站主要有三种类型，即气源型接收站，调峰型接收站和卫星型接收站。气源型LNG接收站产生BOG量大，外输管道输气压力高，外输量大，LNG储罐内的低压泵始终处于运行状态，有足够的过冷LNG来用作再冷凝的冷源，所以通常采用再液化工艺。

调峰型接收站规模小，无法确保为再冷凝器提供持续的冷源，并且外送输气管道的压力较低，多采用直接压缩工艺。卫星型接收站规模更小，通常也采用直接外输工艺。再液化工艺中，随着再冷凝器压力的升高，设备节能量减小，把再冷凝器工作压力控制在合理范围内有利于节能。

对于加气站来说，若是场站面积小，环境影响范围小，周转率高，可以采用直接放空BOG气体的方式。若是站外设有城市配套燃气管网，且燃气管网压力为中压的场站，可采用直接气化后外输工艺，此工艺对于BOG气体放空来讲，经济效果比较可观。

3　LNG工厂处理工艺的研究

山东泰安昆仑能源有限公司是具有60万吨/年生产能力的LNG生产企业，目前在BOG处理方面做了各方面的探索和研究。通过借鉴国内现有的BOG处理措施，进行了多方面的改造。

3.1BOG处理措施

目前泰安工厂BOG处理措施主要存在以下两个方面：

（1）增压外输

图4　增压外输工艺简图

生产过程中产生大量的BOG进入BOG缓冲罐，其中，闪蒸罐的操作压力为6～17.5KPa，操作温度为-150℃，通过BOG压缩机的压缩进入下游城市管网。其中，BOG压缩机为立式往复式压缩机，可以调整负荷，调整范围为0-100%，一般通过LNG储罐的压力来调节负荷，LNG储罐压力高时会相应增加负荷，反之，则减小负荷。闪蒸出的BOG在BOG压缩机内分两级压缩，第一级入口压力为0.4MPa，出口温度为-70℃，第二级出口温度为110℃，压力为1.7MPa。BOG在压缩机中，通过阀门进入两个一级进气缓冲罐，分别通过一级气缸进行压缩，压缩出的气体分别进入两个二级进气缓冲罐，再分别通过二级气缸进行压缩，压缩后进入二级排气缓冲罐。经压缩后进入BOG冷却器，，冷却至常温约为30℃，进入BOG外输管网。

在日常操作中，需要注意以下几点：一是LNG储罐的压力；二是BOG压缩机的温度，压力，负荷；三是BOG经过冷却器后的温度；四是及时与下游BOG管网工作人员联系沟通，保证BOG的量处于合理范围。

（2）再液化工艺

图5　再液化工艺简图

随着下游城市管网用气的不均衡以及城市管网压力的限制，工厂产生的大量BOG不能很好的得以消化。为了维持LNG工厂负荷的正常运行，考虑将BOG进行再液化。为了提高原料天然气的利用率，降低原料成本，经过对已建成装置的认真研究，认为目前液化装置BOG处理工艺是采用低温BOG压缩机压缩后经贸易计量送至门站的处理工艺，如果将BOG气体压缩到6.0MPa后循环回到已建成装置的液化单元进行再液化，这部分循环的BOG可以用来抵消已建成装置的相应数量的天然气原料需求，而整个已建成装置的液化能力仍维持在60万吨/年。在保证原LNG装置处理能力不变的前提下，减少了部分原料气的采购量，从而提高了BOG的附加值。本项目是在已建成的LNG装置上进行改造设计，将已建成的LNG装置产生的全部BOG气体进行再液化处理。装置正常处理能力为4.2 t/h左右（5897 NM3/h），3.53万吨/年（4953万NM3/年）；峰值能力为6 t/h（约为8400m3（N）/h）。在设备方面增加BOG增压设施（2台BOG增压机、1座BOG增压机入口缓冲罐及其附属管线、仪表等）。本工艺有利于提高天然气的利用率，增加了LNG的转化率。

通过对比发现，以上两个工艺主要存在以下几个方面的不足和优势：

表1　BOG再液化工艺和BOG直接压缩工艺对比

3.2工艺参数对工艺节能效果的影响

（1）外输管网压力的影响

对于直接压缩工艺，由于下游用户用气量与BOG产生量的不匹配，使外输管道中储存的气量随之变化，从而引起管网压力的波动。在超出管网承受压力范围以外，要实时的对BOG进行外排或降低负荷运行，从而保证系统正常运行。BOG压缩机出口压力的变化引起了压缩机本身功率的变化，在实际运行过程中，下游管网的压力承受能力可达到1.3MPa。通过实际运行得到了压缩机负荷与出口管网压力的变化趋势如下图：

图6　BOG压缩机出口压力与功率的关系

从图中可以看出，在整个运行过程中，随着外输管网压力的增大，压缩机负荷随之增加，呈直线关系。因此，较好的协调下游用气量与控制好出口压力，可以有效的更好的实现节能增效。

（2）BOG中氮气含量的影响

对于再液化工艺，BOG和净化气最大的不同就是氮气组分含量的不同，BOG中氮气含量要远远大于净化气中的含量。氮气的液化温度为-196℃，甲烷的液化温度为-162℃，在再液化流程中，BOG一直在工艺系统中循环，氮气将在系统中累积。因此天然气中氮含量越高，天然气液化消耗的能耗就越高，同时蒸发量将相应的增加。

对此，为了LNG产品的质量和降低单位天然气的液化能耗，有必要采取一定的措施降低系统中积聚的氮气含量。目前常用的方法可以将产生的部分BOG可以用作系统装置或其他用户的燃料气；另外常用的方法是增加一套脱氮装置对LNG产品进行有效的脱氮。

4　结语

无论是LNG接收站，还是LNG加气站、LNG工厂，都不同程度受到BOG处理问题的影响，如何合理的利用BOG，实现资源的充分利用和环境的清洁，是目前迫切需要解决的问题。通过LNG工厂的实际运行情况，配套合适的外输管网是比较有效直接的BOG处理方法。对于没有下游城市用户的运行工厂，可采用再液化工艺处理BOG气体，虽然再液化工艺投资很高，但可以减少放气量，对燃气管网建设没有要求，仍不失为一种好的处理方法。在实际运行过程中要注意氮气含量变化对整个工厂功耗及产品质量的影响，采取有效的方法实现节能降耗，这也是下一步研究的重点。

［1］金光，李亚军.LNG接收站蒸发气体处理工艺［J］.低温工程，2011，（1）：51-56.

［2］张奕，艾绍平.液化天然气气化站中BOG压缩机运行的动态模拟与优化［J］.石油与天然气化工，2012，（1）：53-57.

［3］王婷，王勃，郝颖珺.LNG汽车加气站BOG气体回收工艺探讨［J］.建筑工程技术与设计，2014（4）:574－575.

［4］刘浩，金国强.LNG接收站BOG气体处理工艺［J］.化工设计，2006，16（1）:13-16.

［5］贺同强，徐国峰，赵彩云.LNG加气站BOG处理方式介绍［J］.山东化工，2015，44（11）:165－166.

Study on the processing technology of BOG in the process of LNG storage

AI Xu-bin1CHEN Ang2ZANG Lei-lei1WANG Rong-tao1
（1.Shandong Tai'an Kun lun Energy Co.Ltd；2.Kun lun Energy（Investment）Shandong com pany）

LNG生产储存运行中会产生大量的BOG，BOG的处理是所有LNG生产过程中必须解决的问题。本文主要介绍了LNG工厂、加气站以及LNG接收站中BOG产生的主要原因，特别针对LNG工厂从工艺流程、能耗等方面对比了不同BOG的处理方式，从而为LNG生产运行提供了适宜的BOG的处理方法作为依据。

LNG；BOG；再液化；储存；节能

LNG production and storage operation w ill produce a large number of BOG.BOG processing is a problem thatmust be solved in all LNG production processes.This papermainly introduces themain reason of BOG generation in the LNG plant，gasstation and LNG receiving station.In thispaper，especially for the LNG plant，differentmethodsof BOG was compared from the process，energy consumption and other aspects，so as to provide the suitable BOG processingmethod for LNG production and operation.

LNG；BOG；reliquefaction；storage；energy saving