焦炉气制LNG工艺中驰放气及BOG回收利用

摘要：焦炉气制LNG工艺中，液化单元产生的驰放气及LNG储运过程产生的BOG中的甲烷含量较高，经处理后返回系统再利用可以有效提升全厂LNG的产率，经济效益明显。以某焦炉气制LNG厂为例，介绍了驰放气及BOG的回收利用情况。同时提出了相关风机的仪表控制方案，为同类装置的设计和建造提供参考。

关键词：焦炉煤气制LNG；液化驰放气；BOG；回收利用

Recovery and Reuse of Purge Gas and BOG In Coke-oven Gas to LNG

GUO Lei，XU Guo-feng，QIU De-peng，LU Xiao-bin

（CNOOC Shandong Chemical Engineering Co.，Ltd，Jinan 250101，Shandong Province，China）

Abstract：In technology of coke-oven gas to LNG，methane content of the purge gas from liquefaction unit and boil off gas（BOG）from LNG storage is high . Recovery and reuse these gases can effectively improve the yield of LNG, the economic benefit is obvious. Taking one plant as an example, this paper introduced the reuse of purge gas and BOG, and provided some control scheme of fan, providing the reference for the design and construction of similar devices.

Key words：coke-oven gas to LNG；purge gas of liquefaction unit；BOG；recovery and reuse

中图分类号：TF526文献标识码： A

优化能源结构、构筑清洁能源体系是“十二五”规划战略布局的关键之一。我国焦炭总产量占全球总产量的60%以上，每年富余约200亿立方米焦炉煤气[1]，造成巨大的资源浪费和严重的环境污染。用焦炉煤气生产LNG，不但其生产过程中减少了二氧化碳排放，变废为宝，而且其产品LNG对节能减排也具有非常重要的意义。每年我国若回收200亿立方米放散的焦炉气，可得到约87亿立方米天然气，热值相当于646万吨汽油[2]。因此，焦炉煤气制LNG具有明显的经济效益、环境效益与社会效益，对促进焦化与能源行业的技术进步与产业结构调整具有重要的意义。

1 焦炉气制LNG厂全厂工艺流程简介

某焦炉气制LNG厂以附近某焦化厂的副产焦炉煤气为原料，经补充二氧化碳、压缩，预处理、净化、甲烷化、干燥脱汞后深冷液化分离，制得的LNG储存至LNG储罐中，LNG产品通过槽车外输至用户。主要工艺流程见图1：

图1焦炉气制LNG工艺流程图

2BOG及驰放气的回收利用及控制介绍

由于LNG储罐漏热等因素导致LNG存储过程中产生BOG、液化工段产生连续的驰放气，这两种甲烷含量较高，若不加以利用会造成巨大的浪费和污染。

2.1 BOG的回收

常压下，LNG的储存温度低至-160℃左右。在储存LNG过程中，由于环境温度、光照、外输、LNG组成、储罐压力、进料位置、LNG进料时的节流减压、不同密度LNG产品混合等诸多因素的存在，促使部分LNG蒸发为气体( BOG) [3]。BOG的挥发，会造成巨大的资源浪费，这是LNG接收站、液化厂应该重视的问题之一。某焦炉煤气制LNG厂BOG组成见表1：

表1LNG储罐BOG组成

成分 Ar N2 CH4 H2 合计

含量V% 1.73 19.98 78.17 0.12 100.00

目前LNG接收站BOG的处理工艺大致分为：BOG直接压缩工艺、BOG再液化工艺、蓄冷式再液化工艺 [4]。然而，由于液化厂BOG产生量较大型LNG接收站少、且液化厂一般采用液态外输工艺，并无管道输送。因此，借鉴LNG接收站采用上述工艺处理BOG显然不可行。结合焦炉煤气制LNG全厂工艺特点，可将BOG复热、经BOG风机加压至0.04MPaG后返回原料气混合工段，实现回收利用BOG的目的。

2.2 BOG风机的仪表控制简介

（1）由于BOG产生因素众多且实际操作工况的复杂多变，BOG产生量波动较大。如某焦炉煤气制LNG厂BOG最大量为2100Nm3/h，出现在正常生产、储存、装车工况；最小量为500 Nm3/h，出现在装置无液化天然气产品产生、仅有装车工况。因而，BOG风机的操作负荷变化较大。考虑采用电机带变频的BOG风机，该风机可实现额定风量的25%、50%、75%、100%负荷下的变频工作。

由于储罐产生的BOG增减直接反应在储罐罐顶压力上，即在储罐顶部气体温度一定的条件下BOG量增大，储罐顶部空间压力上升，反之压力下降。因此，可以利用储罐顶部压力对风机进行变频控制。上述控制过程可以在DCS中实现自动控制，亦可在DCS中对风机变频器实现手动调节。

（2）LNG储罐的设计压力范围为29/-1KPaG，风机的运行直接影响到大罐压力的稳定。因此，除设定风机变频控制点外，还应设定风机开启和关停的储罐压力点（18 KPaG、5 KPaG）。当储罐顶部压力表读数下降到5 KPaG及以下时，储罐处于低压力状态，此时如果风机仍在运作，储罐的压力继续下降，可能造成严重后果，此时风机应立即关停；当罐顶压力上升到18 KPaG时，储罐压力回升，风机可以启动。

（3）为防止复热后BOG温度过低，风机设有入口温度低低紧急连锁停车功能。

（4）风机设有DCS、现场的开停功能，运行状态亦可在DCS中显示。

储罐BOG风机采用一用一备式，为有效减少设备投资，仅在一台风机上设置变频器。另外一台风没有变频功能，风机的控制仅有DCS、现场开停，运行状态DCS显示功能。

BOG风机控制如图2所示：

图2BOG风机仪表控制图

2.3 驰放气的处理及回收

深冷液化单元产出36℃，0.15MpaG的4360Nm3/h驰放气，气体的成分见表2：

表2 液化驰放气气体组成

成分 Ar N2 CH4 H2 合计

含量V% 1.16 46.79 34.17 17.88 100.00

由表2可见，驰放气中含有34.17%的甲烷，是LNG产品的主要成分。这部分气体若不加利用直接排至火炬，无疑会造成巨大的浪费和环境污染。根据全厂工艺流程，可将该气体返回制原料混合工段以回收甲烷气体。但是由于含有大量的氮气和氢气，因此在气体返回之前必须进行脱氮、脱氢处理。可采用变压吸附（PSA）技术从液化驰放气中提富甲烷：在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附原料气中的甲烷及部分氮气等组分，而不易被吸附的氢气等组分则通过吸附床层由吸附器顶部排出，从而实现对液化驰放气混合物的分离。再通过降低吸附床层的压力使被吸附的甲烷及部分氮气等组分脱附解吸，得到甲烷含量较高的产品，同时使吸附剂得到再生。

PSA装置出口，气体流量1587Nm3/h，温度≤40℃，压力0.02MpaG（气体成分见表3），经富甲烷气风机（一开一备）加压至0.04MPaG后返回原料混合工段，甲烷回收率达86.6%。

表3PSA出口产品气体组成

成分 Ar N2 CH4 H2 合计

含量V% 0.13 17.35 81.29 1.23 100.00

由于PSA装置的气量较为稳定，富甲烷气风机无需设置变频且没有压力（温度）连锁控制，因此，两台风机的仪表控制同备用BOG风机（见图2），可仅设置DCS、现场开停和运行状态DCS显示功能。

3 经济效益分析

由上文可见：驰放气、BOG回收单元共可回收CH4量为（BOG回收量按1300 Nm3/h计算）：1587×81.29%+1300×78.17%=2306.28Nm3/h，

若此部分CH4制LNG产率按90%计算，则制成LNG量为：2306.28×90%÷96.7%=2146.49Nm3/h=2146.49×8400=18030516 Nm3/a

（年操作时间按8400h计算，LNG产品成分见表4）。

表4LNG产品组成表

成分 Ar N2 CH4 H2 合计

含量V% 0.30 3.00 96.70 120PPm 100.00

经市场调研，LNG的市场价格及生产成本（含税）分别为3.098元/ Nm3、2.438元/ Nm3，因此，驰放气及BOG回收装置每年可为全厂增加净利润：18030516×（3.098-2.438）/10000=1190.01万元，经济效益相当可观。

4 结语

合成天然气是焦炉煤气资源化利用的最佳方式[5]，前景十分广阔。利用焦炉煤气制LNG技术的开发利用，具有较好的社会效益、环境效益和经济效益。我国的焦炉煤气制LNG技术仍落后于国外先进水平，工艺路线亟需优化。焦炉煤气制LNG的技术研究、设计、建设、运行过程中，仍需不断的创新和优化，使得这种先进的技术更加节能合理，更好地缓解我国环境污染和天然气供应短缺问题。

参考文献

[1] 张新波，杨宽辉，何洋，等. 焦炉气甲烷化制天然气技术开发[J] .化工进展，2012,（31）：218-219.

[2] 王秀林，王成硕，浦晖，等. 焦炉煤气制LNG技术和经济性分析[J] . 中国石油和化工标准与质量，2012,（2）：49-50.

[3] 李亚军，夏岩. LNG 接收站BOG 蒸发量的影响因素及稳定性[J].低温工程，2012，（4）：38-43.

[4] 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.

[5] 钱红辉，丰恒夫. 我国焦炉煤气甲烷化利用技术的进展[J].金属世界，2012，（4）：78-80.