一、应用场景

LNG行业包括LNG接收站（码头）、内地城市调峰站、LNG液化工厂、LNG加气站等，这些场站目前面临的主要挑战就是在LNG存储和装卸过程中形成的蒸发气的处理，即BOG的再液化回收系统。

例如，对于LNG加气站而言，当LNG加气量过少，在储罐中储存时间较长，同时零星充装导致设备及工艺管道频繁预冷，产生大量的BOG。BOG 超压放散会造成能源浪费，天然气中的甲烷等烃类气体属于温室气体，会对环境产生影响。BOG 的回收不仅可以节约能源，保护环境，同时还具有一定的经济效益。

BOG产生原因主要包括：

（1）储罐、设备及工艺管道与外界的换热

LNG 加气站的工艺系统主要由储罐、泵橇、加气机及工艺管道组成，本文将泵橇和加气机称为设备。工艺流程分为卸车、储罐增压、储罐调饱和、设备预冷、加气等环节存储容器、输送管道不可避免的接触外界热量而导致LNG受热蒸发产生气体；

LNG 加气站中的LNG 主要在储罐中储存，少量在设备及工艺管道中，其温度在－ 140 ℃左右，与环境温度存在较大的温差。储罐、设备及工艺管道即使采取了绝热措施，仍存在与外界的热交换，LNG吸收外界的热量逐渐增加，会导致LNG 的气化，产生BOG。

（2）设备及工艺管道预冷

当LNG 加气站加气的频率较低时，为节约能源，汽车加气间隔超过一定时间，控制系统会关闭泵橇至加气机工艺管道的阀门，使LNG 在储罐与泵橇之间循环，泵橇保持低温状态。泵橇后的加气机和管道中LNG 不再循环流动，温度会逐渐上升，甚至部分气化。有车辆来加气时，需要重新预冷，会产生一定的BOG。

（3）LNG 汽车车载储气瓶产生的气体

LNG 汽车车载储气瓶常用的规格为375 L、450L 两种，一辆LNG 汽车通常配置1 ～ 2 个车载储气瓶。车载储气瓶的绝对压力通常在0.9 MPa 左右。LNG 汽车需要加气时，车载储气瓶中剩余的LNG 约占总容积的10%，其余空间充满了低温天然气。在加气过程中，车载储气瓶内的气体通过压力差回流至LNG 加气站的储罐内，如果储罐内LNG 为温度较低的过冷液体，可通过储罐下进液管道再液化。

例如河南某地标准三级LNG 加气站的平均实测日蒸发量达到267.89 m³/d。

二、再液化工艺对比

（1）级联液化循环

级联循环基于使用具有不同但恒定沸腾温度的多种制冷剂，从而通过保证热交换器中的最小面积来减少不可逆的热交换损失。

图1 级联液化循环

       （2）混合制冷剂液化循环

使用两种以上不同的混合制冷剂循环来实现预期的液化：第一种通常是较重的混合制冷剂，可确保天然气的预冷，而第二种制冷剂流是较轻的混合制冷剂，意在将冷却后的天然气冷凝在第二个热交换器。

（3）气体膨胀制冷循环

通过本公司开发的闭式逆布雷顿循环，进行制冷，获得约-166℃的低温冷量，冷却蒸发的饱和CH4。从而实现蒸发天然气的再液化，再液化后的CH4与蒸发前的CH4一致。

逆布雷顿制冷系统采用高速电机与高速离心叶轮和高速膨胀叶轮同轴同频转动方案，整个制冷系统紧凑、高效，可实现无人、免维护长期运行。采用氮气作为制冷循环工质，廉价易获得，且系统无安全风险。

氮气循环工质经过高速离心叶轮C101压缩后，形成高温高压的氮气，经过水冷换热器WX101冷却后，进入回热器EX101，进一步降温，然后进入膨胀涡轮E101进行膨胀，获得低温低压的氮气，并同时输出轴功，降低高速电机M101的功耗。膨胀后的低温低压氮气进入液化器EX102（盘管换热器），冷却来自LNG罐的饱和CH4气体，并液化成液体，通过底部的阀门向外供液，也可通过低温液体泵输送回LNG储罐。经过EX102的氮气返回回热器，交出冷量后，进入高速离心式压缩机入口，形成一个闭式循环。若LNG Tank中有少部分不凝气体（如氮气等），可定期开启顶部放空阀门，进行排气。排出的气可以引去锅炉等，进行燃烧利用。

来自LNG的饱和天热气通过双层低温管道输送至冷却液化冷箱，并在液化冷箱内被液化。

图2 气体膨胀制冷循环

       （4）工艺对比

表1 工艺对比

膨胀机技术具有的优势：

1. 安装复杂性低、灵活性高，同时保持较小的占地面积。

2. 此外，系统的复杂性与系统购置和安装的初始投资成正比。

三、气体膨胀循环制冷机再液化BOG

       本公司针对LNG加气站/调峰站，LNG运输船分别开发了内置式、滑轨式气体膨胀循环制冷机。

图3 滑轨式船用bog再液化器

图4 内置式LNG加气站BOG再液化罐（测试样罐）

       气体膨胀循环制冷机包括自研的高速离心机、氮透平膨胀机、高效紧凑微通道换热器等。

图5 自研的关键部件

   航烨能源联合中科院多年技术深耕，解决了一系列关键技术：高效的流道技术、可靠的静压气体轴承技术、动压气浮轴承技术、转子动力学技术、绝热技术、装配及测试技术、系统集成等。

    研发产品主要参数如下：

1、膨胀气量：50 ~ 6000Nm3/h，可根据用户定制；

2、温区范围：300 K-110 K，可根据用户定制；

3、进口压力范围：3-15 bara；

4、转速范围：30000-150000rpm；

5、等熵效率：82%-90% ；

6、寿命：无故障运行5-10年；

7、制冷量：1～60 kW，可根据用户定制。

8、轴承形式：静压或动压气体轴承、电磁轴承、油轴承等。

9、设备具体可以根据客户需求来定做。

 图6 自研的关键部件

四、效益分析

       以江苏省邳州市三级60立方LNG加气站投资建设气体膨胀循环制冷机为例，考虑LNG储罐、泵撬加气站工艺管、车载储气瓶回收等漏热所导致的蒸发率，折算全年按622.29 Nm3/d BOG回收量，考虑波谷阶段用电及阶段用水费用，设备初投资250万元，按服役期10年、3.5%年均维修费、全年可靠运行325天、LNG单价6000元/吨计，设备投资回报周期3.2年，年净利润达到51.40万元。LNG价格受市场影响幅度较大，当LNG液货价格较高时，BOG回收工艺能带来非常可观的效益。

此外，BOG回收属于减碳降碳环保设施，若叠加CCER项目收益及政府政策资助，会给业主带来更为可观收益。

       欢迎有BOG再液化相关需求的LNG接收站（码头）、内地城市调峰站、LNG液化工厂、LNG加气站等生产企业业主、科研院所等用户来电详询、实地考察。您的需求，是航烨人砥砺前行的不竭动力！