摘　要：介绍常用的LNG加气站BOG回收方法及BOG排放量计算，探讨使用液氮回收LNG加气站内BOG的工艺流程和液氮量计算。将使用液氮回收BOG与常用的BOG回收方法进行对比，分析使用液氮回收BOG的优势。

关键词：BOG回收；  液氮；　LNG加气站；　L-CNG加气站

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　常用的加气站BOG回收方法

①管网回收

将LNG加气站内多余的BOG气体经BOG加热器加热，再经调压、计量、加臭等工序后送入城市燃气管网。

建设费用：需要在LNG加气站基础上增加一套加热、调压、计量、加臭设备及配套管道，根据BOG回收量不同建设费用有所不同。在一座普通的一级LNG加气站基础上增设一套BOG管网回收系统的建设费用应在10×10⁴元左右。

运行费用：主要运行费用源自LNG与城市燃气的价格差，LNG价格远高于民用燃气价格(LNG气化后的天然气销售价格约为5元／m³，管网气价格约为2元／m³)。回收成本与回收量成正比(价格倒挂)。

缺点：a．加气站旁必须有城市燃气管网；b．城市燃气管网允许在此处开口，并允许加气站向管网供气。这两个条件绝大部分加气站并不具备。

②站内消耗

将LNG加气站内多余的BOG气体经BOG加热器加热、调压，再根据需要考虑是否计量、加臭，然后在加气站内自行使用，如用于发电、锅炉、生活用气等。

建设费用：需要增加一套加热、调压设备和配套管道以及根据实际需求考虑是否安装计量、加臭设备。在一座普通的一级LNG加气站基础上(不考虑用气设备)增设一套BOG回收系统的建设费用为(2～10)×10⁴元。

运行费用：主要运行费用还是源自LNG与城市燃气的价格差。回收成本与同收量成正比。

缺点：加气站内自用气规律性差，如冬季与夏季用气量相差非常大；各个站点由于实际情况不同，用气量相差也很大。因此，会造成站内产生的BOG量与站内的用气量很难匹配。当BOG供大于需时，需要部分排放；当BOG不足时，需要气化部分LNG来使用。

③L-CNG加气站压缩机回收

将L-CNG加气站内多余的BOG气体经加热器加热后储存于缓冲罐内，到一定量后经调压器调压，进入天然气压缩机压缩后送入站内CNG储气系统成为CNG气体，作为CNG销售。

建设费用：需要增加一套BOG加热器、天然气缓冲罐、调压器、CNG压缩机及配套管道。由于天然气缓冲罐及CNG压缩机造价较高，在一座普通的一级LNG加气站基础上增建一套BOG回收系统的成本至少应当在30×10⁴元。

运行费用：主要是CNG压缩机电费及后期设备维护维修成本。

缺点：必须是L-CNG加气站，不能是单纯的LNG加气站，不然无法储存和销售CNG；前期投入费用很高；后期电费、设备维护维修费也较高。

2　加气站内BOG排放量计算

正常情况下LNG或L-CNG加气站卸完车时储罐内LNG温度及压力达到最低值，以后LNG温度及压力随时间推移不断升高，直到下次卸车。如果在下次卸车前储罐压力已经超过最大工作压力就必须对储罐进行排气。在有些加气车辆较少的加气站常会进行多次排气操作才能坚持到下次卸车。由于没有计量措施，绝大多数单位并不知道到底排掉了多少天然气。笔者将结合实例，对BOG排放量进行计算(由于各地LNG组成有所不同，数据会有一定差异)。

假设一座LNG加气站内有一台LNG储罐，容积V=60m³，罐内还剩余LNG液体质量m=5000kg，此时LNG储罐压力p1=1.14MPa，此压力相应的LNG饱和温度t1=-119℃，此状态下LNG液体的密度应为r=350kg／m³，相应的LNG液体体积应为V1=14.3m³。若我们此时通过对储罐进行排气将其压力降低至目标值p2=0.418MPa，则压力降至p2时LNG液体的温度将降为p2压力对应的饱和温度t2=-137℃。温度从t1到t2间LNG液体平均比热容c≈3.94kJ／(kg·K)，则将5000kgLNG液体温度从t1降至t2需要带走的热量Q的计算公式为：

Q=cm(t1-t2)        (1)

由式(1)可得：Q≈355MJ

t1、p1状态和t2、p2状态下的LNG气化潜热分别为397、583kJ／kg，LNG是从t1、p1状态渐变为t2、p2状态，因此LNG气化潜热r取其中间值490kJ／kg进行计算。故将5000kg LNG温度降低至t2需要气化的LNG量mBOG(即需要排放的BOG量)计算公式为：

mBOG=Q/r　　　　(2)

由式(2)可得mBOG=724kg，天然气标准状态下的密度按0.717kg／m³计算，则折合天然气约1010m³。如果按照LNG销售价格为7元／kg计算，则此次降压需要气化排放的LNG总价值为5068元。

BOG排放量包含LNG气化排放的BOG量及气相空间的BOG因压力下降导致的排放量。

3　使用液氮对BOG液化、对LNG降温计算

使用液氮对LNG储罐内的气体进行液化，同时对LNG液体进行降温，使储罐内压力、温度降至p2、t2。

①对LNG液体进行降温

液氮气化潜热r2=198kJ／kg，将5000kgLNG温度从t1降至t2需要气化的液氮量m2(即吸收355MJ热量所需要的液氮量)计算公式为：

m2=Q/r2           (3)

由公式(3)得m2=1793kg，氮气标准状态下密度取1.160kg／m³，则折合成体积约为1546m³。

②对LNG储罐内气体进行液化

计算可知t1、p1状态下储罐内气相空间容积为45.7m³。根据气体状态方程，将p1、p2状态下储罐中的气相体积均换算为标准状态下的体积，两者之差即为需要液化的标准状态下的气体体积。天然气标准状态下的密度按0.717kg／m³计，则储罐压力从p1降至p2需要液化的气体约为373kg。LNG气化潜热仍取中间值490kJ／kg，则373kg气体液化需要带走的热量为183MJ，液化此部分气体需要的液氮量为924kg。

③总液氮量

以上2项液氮量之和为2717kg。如果液氮到场价格为1元／kg，则需要的液氮总费用为2717元。可见使用液氮回收LNG的成本约为回收的LNG价值的53.6％。

4　使用液氮回收加气站内BOG的方法

由于液氮在常压下沸点约为-196℃，而LNG在常压下沸点约为-162℃，液氮沸点温度远低于LNG沸点温度，故可利用液氮的冷能对BOG重新液化。

LNG储罐设计制造时在罐内设一套换热盘管或列管，其有独立的入口和出口。当需要进行BOG回收时，从换热盘管入口持续注入液氮，从出口直接放空。液氮通过盘管时在盘管内吸热气化，吸收储罐内气相和液相LNG的热量后使天然气液化、LNG液体温度降低，当储罐压力达到预期时停止注入液氮。用于注入液氮的设备根据各地实际情况可以是小型液氮储罐，也可以是液氮槽车直接注入。工艺流程见图1。

建设费用：LNG储罐需要少量增加成本，根据实际情况考虑是否增加一台小型液氮储罐(无液氮储罐时可直接使用液氮槽车对储罐内换热盘管进液)。对于容积为60m³的LNG储罐，仅增加换热盘管，增加的建设费用为2×10⁴元；如果再增加一台液氮储罐(一般为5m³)，则增加盘管和液氮储罐的总建设费用为10×10⁴元。因此，一般建设费用为(2～10)×10⁴元。

运行成本：主要为消耗液氮的成本。

缺点：加气站周边地区应能较容易买到液氮。

液氮回收加气站BOG的意义：减少温室气体排放，改善环境；节约能源，具有一定经济效益；氮气排放较天然气排放更安全，无毒，无燃烧爆炸危险；无电气设备，无电火花引发危险；建设成本低，维护维修成本低，液氮成本不高、容易购买，LNG和L-CNG站均适用，易于实现，可行性高，适合在国内广泛推广。

LNG加气站BOG回收方式对比见表1。

本文作者：杨国柱

作者单位：成都华气厚普机电设备股份有限公司