摘　要：介紹常用的LNG加氣站BOG回收方法及BOG排放量計算，探討使用液氮回收LNG加氣站內BOG的工藝流程和液氮量計算。將使用液氮回收BOG與常用的BOG回收方法進行對比，分析使用液氮回收BOG的優(yōu)勢。

關鍵詞：BOG回收；  液氮；　LNG加氣站；　L-CNG加氣站

Feasibility Analysis of Recycling BOG from LNG Filling Station by Liquid Nitrogen

Abstract：The common recycling methods of BOG from LNG filling stations and the calculation of BOG emission are introduced．The BOG recycling process by liquid nitrogen and the calculation of liquid nitrogen are discussed．The BOG recycling process by liquid nitrogen is compared with the common recycling methods of BOG，and the advantages of BOG recycling process by liquid nitrogen are analyzed．

Keywords：BOG recycling；liquid nitrogen；LNG filling station；L-CNG filling station

1　常用的加氣站BOG回收方法

①管網回收

將LNG加氣站內多余的BOG氣體經BOG加熱器加熱，再經調壓、計量、加臭等工序后送入城市燃氣管網。

建設費用：需要在LNG加氣站基礎上增加一套加熱、調壓、計量、加臭設備及配套管道，根據BOG回收量不同建設費用有所不同。在一座普通的一級LNG加氣站基礎上增設一套BOG管網回收系統(tǒng)的建設費用應在10×10⁴元左右。

運行費用：主要運行費用源自LNG與城市燃氣的價格差，LNG價格遠高于民用燃氣價格(LNG氣化后的天然氣銷售價格約為5元／m³，管網氣價格約為2元／m³)?；厥粘杀九c回收量成正比(價格倒掛)。

缺點：a．加氣站旁必須有城市燃氣管網；b．城市燃氣管網允許在此處開口，并允許加氣站向管網供氣。這兩個條件絕大部分加氣站并不具備。

②站內消耗

將LNG加氣站內多余的BOG氣體經BOG加熱器加熱、調壓，再根據需要考慮是否計量、加臭，然后在加氣站內自行使用，如用于發(fā)電、鍋爐、生活用氣等。

建設費用：需要增加一套加熱、調壓設備和配套管道以及根據實際需求考慮是否安裝計量、加臭設備。在一座普通的一級LNG加氣站基礎上(不考慮用氣設備)增設一套BOG回收系統(tǒng)的建設費用為(2～10)×10⁴元。

運行費用：主要運行費用還是源自LNG與城市燃氣的價格差?；厥粘杀九c同收量成正比。

缺點：加氣站內自用氣規(guī)律性差，如冬季與夏季用氣量相差非常大；各個站點由于實際情況不同，用氣量相差也很大。因此，會造成站內產生的BOG量與站內的用氣量很難匹配。當BOG供大于需時，需要部分排放；當BOG不足時，需要氣化部分LNG來使用。

③L-CNG加氣站壓縮機回收

將L-CNG加氣站內多余的BOG氣體經加熱器加熱后儲存于緩沖罐內，到一定量后經調壓器調壓，進入天然氣壓縮機壓縮后送入站內CNG儲氣系統(tǒng)成為CNG氣體，作為CNG銷售。

建設費用：需要增加一套BOG加熱器、天然氣緩沖罐、調壓器、CNG壓縮機及配套管道。由于天然氣緩沖罐及CNG壓縮機造價較高，在一座普通的一級LNG加氣站基礎上增建一套BOG回收系統(tǒng)的成本至少應當在30×10⁴元。

運行費用：主要是CNG壓縮機電費及后期設備維護維修成本。

缺點：必須是L-CNG加氣站，不能是單純的LNG加氣站，不然無法儲存和銷售CNG；前期投入費用很高；后期電費、設備維護維修費也較高。

2　加氣站內BOG排放量計算

正常情況下LNG或L-CNG加氣站卸完車時儲罐內LNG溫度及壓力達到最低值，以后LNG溫度及壓力隨時間推移不斷升高，直到下次卸車。如果在下次卸車前儲罐壓力已經超過最大工作壓力就必須對儲罐進行排氣。在有些加氣車輛較少的加氣站常會進行多次排氣操作才能堅持到下次卸車。由于沒有計量措施，絕大多數單位并不知道到底排掉了多少天然氣。筆者將結合實例，對BOG排放量進行計算(由于各地LNG組成有所不同，數據會有一定差異)。

假設一座LNG加氣站內有一臺LNG儲罐，容積V=60m³，罐內還剩余LNG液體質量m=5000kg，此時LNG儲罐壓力p1=1.14MPa，此壓力相應的LNG飽和溫度t1=-119℃，此狀態(tài)下LNG液體的密度應為r=350kg／m³，相應的LNG液體體積應為V1=14.3m³。若我們此時通過對儲罐進行排氣將其壓力降低至目標值p2=0.418MPa，則壓力降至p2時LNG液體的溫度將降為p2壓力對應的飽和溫度t2=-137℃。溫度從t1到t2間LNG液體平均比熱容c≈3.94kJ／(kg·K)，則將5000kgLNG液體溫度從t1降至t2需要帶走的熱量Q的計算公式為：

Q=cm(t1-t2)        (1)

由式(1)可得：Q≈355MJ

t1、p1狀態(tài)和t2、p2狀態(tài)下的LNG氣化潛熱分別為397、583kJ／kg，LNG是從t1、p1狀態(tài)漸變?yōu)?/span>t2、p2狀態(tài)，因此LNG氣化潛熱r取其中間值490kJ／kg進行計算。故將5000kg LNG溫度降低至t2需要氣化的LNG量mBOG(即需要排放的BOG量)計算公式為：

mBOG=Q/r　　　　(2)

由式(2)可得mBOG=724kg，天然氣標準狀態(tài)下的密度按0.717kg／m³計算，則折合天然氣約1010m³。如果按照LNG銷售價格為7元／kg計算，則此次降壓需要氣化排放的LNG總價值為5068元。

BOG排放量包含LNG氣化排放的BOG量及氣相空間的BOG因壓力下降導致的排放量。

3　使用液氮對BOG液化、對LNG降溫計算

使用液氮對LNG儲罐內的氣體進行液化，同時對LNG液體進行降溫，使儲罐內壓力、溫度降至p2、t2。

①對LNG液體進行降溫

液氮氣化潛熱r2=198kJ／kg，將5000kgLNG溫度從t1降至t2需要氣化的液氮量m2(即吸收355MJ熱量所需要的液氮量)計算公式為：

m2=Q/r2           (3)

由公式(3)得m2=1793kg，氮氣標準狀態(tài)下密度取1.160kg／m³，則折合成體積約為1546m³。

②對LNG儲罐內氣體進行液化

計算可知t1、p1狀態(tài)下儲罐內氣相空間容積為45.7m³。根據氣體狀態(tài)方程，將p1、p2狀態(tài)下儲罐中的氣相體積均換算為標準狀態(tài)下的體積，兩者之差即為需要液化的標準狀態(tài)下的氣體體積。天然氣標準狀態(tài)下的密度按0.717kg／m³計，則儲罐壓力從p1降至p2需要液化的氣體約為373kg。LNG氣化潛熱仍取中間值490kJ／kg，則373kg氣體液化需要帶走的熱量為183MJ，液化此部分氣體需要的液氮量為924kg。

③總液氮量

以上2項液氮量之和為2717kg。如果液氮到場價格為1元／kg，則需要的液氮總費用為2717元。可見使用液氮回收LNG的成本約為回收的LNG價值的53.6％。

4　使用液氮回收加氣站內BOG的方法

由于液氮在常壓下沸點約為-196℃，而LNG在常壓下沸點約為-162℃，液氮沸點溫度遠低于LNG沸點溫度，故可利用液氮的冷能對BOG重新液化。

LNG儲罐設計制造時在罐內設一套換熱盤管或列管，其有獨立的入口和出口。當需要進行BOG回收時，從換熱盤管入口持續(xù)注入液氮，從出口直接放空。液氮通過盤管時在盤管內吸熱氣化，吸收儲罐內氣相和液相LNG的熱量后使天然氣液化、LNG液體溫度降低，當儲罐壓力達到預期時停止注入液氮。用于注入液氮的設備根據各地實際情況可以是小型液氮儲罐，也可以是液氮槽車直接注入。工藝流程見圖1。

建設費用：LNG儲罐需要少量增加成本，根據實際情況考慮是否增加一臺小型液氮儲罐(無液氮儲罐時可直接使用液氮槽車對儲罐內換熱盤管進液)。對于容積為60m³的LNG儲罐，僅增加換熱盤管，增加的建設費用為2×10⁴元；如果再增加一臺液氮儲罐(一般為5m³)，則增加盤管和液氮儲罐的總建設費用為10×10⁴元。因此，一般建設費用為(2～10)×10⁴元。

運行成本：主要為消耗液氮的成本。

缺點：加氣站周邊地區(qū)應能較容易買到液氮。

液氮回收加氣站BOG的意義：減少溫室氣體排放，改善環(huán)境；節(jié)約能源，具有一定經濟效益；氮氣排放較天然氣排放更安全，無毒，無燃燒爆炸危險；無電氣設備，無電火花引發(fā)危險；建設成本低，維護維修成本低，液氮成本不高、容易購買，LNG和L-CNG站均適用，易于實現(xiàn)，可行性高，適合在國內廣泛推廣。

LNG加氣站BOG回收方式對比見表1。

本文作者：楊國柱

作者單位：成都華氣厚普機電設備股份有限公司