LNG接收站BOG处理工艺对比及优化

黄刚 李长虹（中国石油集团工程设计有限责任公司， 北京 100085）

LNG接收站BOG处理工艺对比及优化

黄刚 李长虹（中国石油集团工程设计有限责任公司， 北京 100085）

本文介绍了LNG接收站BOG再冷凝工艺和高压压缩工艺流程及其各自的优缺点。并以4×160000m3LNG接收站为研究对象，通过HYSYS软件对这两种工艺进行了模拟，计算出这两种工艺的能耗。提出将这两种工艺结合，以实现在节能的同时，有效回收BOG。

LNG接收站；BOG回收；再冷凝；高压压缩；能耗

0　引言

BOG英文全称Boil Off Gas，是LNG接收站内部分LNG气化产生的闪蒸气。BOG的产生主要有以下几种途径：①吸收外部热量产生BOG；②体积置换（如卸料期间、预冷期间）产生BOG；③泵循环运行时部分电能转化为热能产生BOG［1］。

BOG积存在LNG装置内会使装置的压力升高，存在安全隐患，所以，装置内的BOG气体必须回收，才能保证LNG接收站的正常运行。目前，LNG接收站多采用再冷凝工艺或高压压缩工艺回收装置产生的BOG。下文将对这两种工艺进行详细的描述、计算，分析各自的优缺点，并提出再冷凝和高压压缩的结合工艺。

2　工艺介绍

2.1BOG再冷凝工艺及其优缺点

LNG接收站BOG再冷凝工艺主要设备包括LNG储罐、BOG压缩机、再冷凝器、高压泵、气化器。LNG储罐内BOG气体温度为-140℃，压力为110kPa，经过BOG压缩机压缩到1.0MPa后，与LNG储罐内低压泵增压的LNG（温度为-162℃，压力为1.0MPa）在再冷凝器中混合。由于LNG增压后处于过冷状态，可以利用LNG的冷能使BOG再冷凝，再冷凝后一起经高压泵加压到10MPa送入气化器。气化器使LNG气化成气态天然气，最后经输气管网外输。

BOG再冷凝工艺的优点是：在LNG接收站正常外输工况下，BOG能全部回收，且再冷凝工艺比高压压缩工艺回收BOG更经济、节能［1］，所以LNG接收站普遍采用BOG再冷凝工艺。但正是因为再冷凝工艺是充分利用LNG的冷能使BOG液化［2］，从而降低压缩机的功率。所以在以下几种工况下BOG将无法通过再冷凝工艺回收：①LNG接收站预冷期间产生的全部BOG气体，②LNG接收站零外输期间或小流量外输期间产生的BOG气体。

2.2BOG高压压缩工艺及其优缺点

LNG接收站BOG高压压缩工艺主要设备包括LNG储罐、BOG压缩机、高压压缩机、高压泵、气化器。LNG储罐内BOG气体温度为-140℃，压力为110kPa，经过BOG压缩机压缩到1.0MPa，随后直接由高压压缩机压缩至10MPa后，送进输气管网。LNG储罐内低压泵增压送出的LNG（温度为-162℃，压力为1.0MPa）直接经高压泵加压到10MPa送入气化器气化，气化后也送进输气管网外输。

高压压缩工艺能回收以下工况下产生的BOG气体：①LNG接收站正常外输时产生的BOG气体；②LNG接收站预冷期间产生的部分BOG气体；③LNG接收站零外输期间或小流量外输期间产生所有的BOG气体。但通过下面的工艺计算可以得出高压压缩工艺比再冷凝工艺的能耗高许多。

3　工艺计算

LNG的主要成分是CH4［3］，以下工艺计算中LNG、LNG气化后的BOG和外输气体均视为纯净的CH4。

3.1BOG再冷凝工艺计算

以一座含有4台160000m3LNG储罐，设计外输量为2000×104Sm3（0℃、101.325kPa）的LNG接收站为研究对象，进行工艺计算，参考文献5中的数据：卸船时BOG最大产生量为20.506t/h；非卸船时BOG最大产生量为9.118t/h；储罐无外输时BOG最大产生量为7.262t/h［1］。

BOG压缩机工艺计算

非卸船时BOG最大产生量为9.118t/h，由n=m / M可以得到BOG的摩尔流量为：nBOG= mBOG/ MBOG=9.118×103/16=570kmol/h，BOG进出BOG压缩机的工艺参数如下表1所示：

表1　BOG进出BOG压缩机的工艺参数

利用HYSYS模拟BOG压缩机，可以得到BOG出BOG压缩机的温度为-9.24℃，BOG压缩机的轴功率为669kW。

再冷凝器的工艺计算

外输量2000×104Sm3/d=83.3×104Sm3/h，可以得到外输气体的摩尔质量为：n外输=83.3×104/22.4=3.47×104kmol/h。所以LNG进再冷凝器的摩尔流量为：nLNG=n外输-nBOG=3.47×104-570=3.41×104kmol/h。再冷凝器进出物料的工艺参数如下表2所示：

表2　再冷凝器进出物料的工艺参数

利用HYSYS模拟再冷凝器，可以得到LNG出再冷凝器的温度为-158.1℃

高压泵的工艺计算

LNG进出高压泵的工艺参数如下表3所示：

表3　LNG进出高压泵的工艺参数

利用HYSYS模拟高压泵，可以得到高压泵的轴功率为4423kW，LNG出高压泵的温度为-152.9℃。

因此再冷凝工艺的总能耗为669kW +4423kW=5092kW。

3.2BOG高压压缩工艺计算

高压压缩机工艺计算

由于高压压缩机的压缩比较高，需采用二级压缩［4］，一级和二级出口分别设置冷却器，将一级和二级出口的温度分别降至30℃。

BOG进出高压压缩机的工艺参数如下表4所示：

表4　BOG进出高压压缩机的工艺参数

利用HYSYS模拟高压压缩机，可以得到BOG出高压压缩机一级、二级的温度分别为107.2℃和135.9℃，一级、二级的轴功率分别为653kW和594kW，高压压缩机的轴功率为653+594=1247kW。

高压泵的工艺计算

LNG进出高压泵的工艺参数如下表5所示：

表5　LNG进出高压泵的工艺参数

利用HYSYS模拟高压泵，可以得到高压泵的轴功率为4291kW，LNG出高压泵的温度为-157℃。

因此高压压缩工艺的总能耗为669kW +1247kW +4291kW=6207kW。

通过对再冷凝工艺和高压压缩工艺的计算，可以得出正常外输时高压压缩工艺比再冷凝工艺的能耗高6207.6kW -5092kW=1115kW。

4　工艺优化

BOG再冷凝工艺和高压压缩工艺有各自的优缺点，将两种工艺相结合可以得到BOG再冷凝工艺+高压压缩工艺。该工艺有以下几个优点：（1）正常外输期间，利用再冷凝器能回收全部BOG，并且能耗低；（2）预冷期间，利用高压压缩机回收预冷产生的部分BOG，减少BOG的浪费；（3）零外输和小流量外输期间，利用高压压缩机全部回收BOG，避免BOG的浪费。

［1］李兵，程春军，陈功剑.LNG接收站BOG处理技术优化［J］.油气加工，2012，30（5）：27-30.

［2］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.

［3］顾安忠，等.液化天然气技术［M］.北京：机械工业出版社.2003.

［4］陈敏恒，等.化工原理［M］.北京：化学工业出版社.2006.

黄刚（1987- ）， 男，汉族，四川平昌人，本科，从事LNG工艺和配管研究。