液态天然气

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液化天然气
液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG),主要成分是甲烷,被公认是地球上最干净的能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性,其体积约为同量气态天然气体积的1/625,液化天然气的重量仅为同体积水的45%左右。其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理,经一连串超低温液化后,利用液化天然气船运送。液化天然气燃烧后对空气污染非常小,而且放出的热量大,所以液化天然气是一种比较先进的能源。

液化天然气是天然气经压缩、冷却至其沸点(-161.5摄氏度)温度后变成液体,通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内。其主要成分为甲烷,用专用船或油罐车运输,使用时重新气化。20世纪70年代以来,世界液化天然气产量和贸易量迅速增加,2005年LNG国际贸易量达1888.1亿立方米,最大出口国是印度尼西亚,出口314.6亿立方米;最大进口国是日本763.2亿立方米。

年来,随着世界天然气产业的迅猛发展,LNG已成为国际天然气贸易的重要部分。与十年前相比,世界LNG贸易量增长了一倍,出现强劲的增长势头。据预测,2012年国际市场上LNG的贸易量将占到天然气总贸易量的36%,到2020年将达到天然气贸易量的40%,占天然气消费量的15%。

国外的液化装置规模大、工艺复杂、设备多、投资高,基本都采用阶式制冷和混合冷剂制冷工艺,目两种类型的装置都在运行,新投产设计的主要是混合冷剂制冷工艺,研究的主要目的在于降低液化能耗。制冷工艺从阶式制冷改进到混合冷剂制冷循环,目前有报道又有 C Ⅱ -2 新工艺[6],该工艺既具有纯组分循环的优点,如简单、无相分离和易于控制,又有混合冷剂制冷循环的优点,如天然气和制冷剂制冷温位配合较好、功效高、设备少等优点。

法国Axens 公司与法国石油研究所 (IFP) 合作,共同开发的一种先进的天然气液化新工艺-- Liquefin 首次工业化,该工艺为 LNG 市场奠定了基础。其生产能力较通用的方法高 15%-20% ,生产成本低 25% 。使用 Liquefin 法之后,每单元液化装置产量可达 600 × 104 t/y 以上。采用 Liquefin 工艺生产 LNG 的费用每吨可降低 25% [7] 。该工艺的主要优点是使用了翅片式换热器和热力学优化后的工艺,可建设超大容量的液化装置。 Axens 已经给美国、欧洲、亚洲等几个主要地区提出使用该工艺的建议,并正在进行前期设计和可行性研究。 IFP 和 Axens 开发的 Liquefin 工艺的安全、环保、实用及创新特点最近已被世界认可,该工艺获得了化学工程师学会授予的"工程优秀奖" [8] 。

美国德克萨斯大学工程实验站,开发了一种新型天然气液化的技术-- GTL 技术已申请专利。该技术比目前开发的 GTL 技术更适用于小规模装置,可加工 30。5 × 104 m3 /d 的天然气。该实验站的 GTL 已许可给合成燃料(Synfuels) 公司。该公司在 A & M 大学校园附近建立了一套 GTL 中试装置,目前正在进行经济性模拟分析。新工艺比现有技术简单的多,不需要合成气,除了发电之外,也不需要使用氧气。其经济性、规模和生产方面都不同于普通的费托 GTL 工艺。第一套工业装置可能在 2004 年上半年建成[9]。

2。2 国内研究现状

中国LNG接收站分布
中国LNG接收站分布
早在20世纪 60 年代,国家科委就制订了 LNG 发展规划, 60 年代中期完成了工业性试验,四川石油管理局威远化工厂拥有国内最早的天然气深冷分离及液化的工业生产装置,除生产 He 外,还生产 LNG 。 1991 年该厂为航天部提供 30tLNG 作为火箭试验燃料。与国外情况不同的是,国内天然气液化的研究都是以小型液化工艺为目标,有关这方面的文献发表较多[10],以下就国内现有的天然气液化装置工艺作简单介绍。

2011年,我国液化天然气行业市场销售CRN值约为80%,其中中石油、中石化、中海油三大国企的比重达到近六成,销售地区主要集中在天津、山东、广东、新疆、陕西等地。在LNG进口方面,截至2011年底,中国共投运LNG接收站5座,接收能力合计达1580万吨/年;到2014年全部建成后,中国LNG接收能力将达3380万吨/年。我国天然气地质资源量估计超过38万亿立方米,可采储量前景看好,按国际通用口径,预计可采储量7-10万亿立方米,可采95年,在世界上属资源比较丰富的国家。陆上资源主要集中在四川盆地、陕甘宁地区、塔里木盆地和青海,海上资源集中在南海和东海。此外,在渤海、华北等地区还有部分资源可利用。由于资源勘探后,未能有效利用,以及政策不配套,造成用气结构不合理,都在一定程度上制约了我国天然气工业的健康发展。但是,随着我国的社会进步和经济发展,天然气成为主要能源将是一个必然的趋势。

行业发展趋势

未来5年中国天然气需求将增加近两倍,迎来天然气的“黄金时代”,而其他国家的需求则将小幅下降。

天然气全球供给将以每年2.2%的速度增长直至预测期结束,较去年预测的2.4%下降0.2个百分点。

其中,液化天然气(LNG)将满足包括中国在内的巨大的需求。从传统的国家主导供应到私人企业加入,澳大利亚、加拿大、美国将成为液化天然气交易的主导者。《2015-2020年中国天然气发电行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》数据显示:到2019年全球LNG交易量将增加40%,达到4500亿立方米。有近半数的液化天然气出口商将来自澳大利亚,北美则在2019年占到全球液化天然气贸易的8%。

除了预测天然气需求和生产的增长外,范德胡芬认为天然气供给的警告灯也在闪烁。

在中国,解决雾霾问题让政府出台了强硬的政策,以减少污染。在中国的能源结构中,煤炭占一次能源的比例接近七成,比煤炭更为清洁的天然气在中国能源结构中的比重仅为5.9%。根据此前国务院的表述,加快发展天然气,提高天然气在中国一次能源消费结构中的比重,可显著减少二氧化碳等温室气体和细颗粒物(PM2.5)等污染物排放,实现节能减排、改善环境。

今年4月,中国政府网发布公告称,国家发展改革委《关于建立保障天然气稳定供应长效机制的若干意见》(下称《意见》)已获国务院同意。《意见》提及,到2020年,中国的天然气供应能力达到4000亿立方米,力争达到4200亿立方米。这是中国实现优化调整能源结构的现实选择,也是强化节能减排的迫切需要。未来,发电站、工业和交通部门将带动中国天然气在2019年增长到3150亿立方米,在整个预测周期里将增长90%。

中国天然气生产量将增加65%,从2013年的1170亿立方米增加到2019年度的1930亿立方米。此外,中国将是天然气重要的进口国。相比亚洲市场的动态增长,欧洲市场截然不同,将呈现萎缩态势。由于电力需求的低增长和新能源政策,欧洲天然气消费在未来5年将不会回到2010年的高峰。更重要的是,未来五年,欧洲天然气气源将难以实现多元化。

尽管有丰富地理资源,中东将难以实现其资源的全部生产潜力——甚至有些国家将面临天然气短缺。主要原因在于不符合实际的低廉天然气价格监管阻碍了上游投资并鼓励了消费浪费。

应用领域

在生态环境污染日益严重的形势面前,为了优化能源消费结构,改善大气环境,实现可持续发展的经济发展战略,人们选择了天然气这种清洁、高效的生态型优质能源和燃料。现在,无论是工业还是民用,都对天然气产生了越来越大的依赖性。液化天然气(LNG) 是天然气的液态形式,在某些情况下,选择液化天然气比选择气态天然气具有更多的优点。LNG的应用实际上就是天然气的应用,但由于其特性,LNG又比天然气有着更广泛的用途。

工业用LNG

1、发电

LNG使用高效,经济,在发电中,天然气的热能利用率可达55%,高于燃油和煤,尤其是对调峰电厂而言,天然气取代燃油的优势非常明显?用于发电是目前LNG的最主要工业用途。

日本一直是世界上LNG进口最多的国家,其LNG进口量的75 %以上用于发电,用作城市煤气的占20 %~23 %。韩国也是LNG 进口大国,其电力工业是韩国天然气公司( Kogas) 的最大用户,所消费的LNG占该国LNG进口总量的一半以上。

世界上已建有不少以天然气或液化天然气为燃料的燃气蒸汽联合循环电站。1999 年到2020 年期间,美国计划新增发电量中约有90%是天然气发电,届时,美国天然气发电量的比重将达到33 %。20 世纪80 年代兴起的联合循环电站,发电量以燃气轮机为主(约占总电量的2/ 3),电站纯效率已达50 %以上,而常规的燃煤蒸汽轮机电站效率只有30 %~35 %。燃气轮机电站和联合循环电站不仅效率高,而且机动性好,从机组起动到满负荷运行时间短,既可作基本负荷运行,也能作调峰运行。此外,联合循环电站污染小、可靠性高。

目前,我国"西气东输"等大型天然气输配工程已经全线贯通;广东液化天然气站线项目一期工程正式启动;建设总规模为500 万t/年、一期工程总投资超过220 亿元的福建LN G 项目也正式启动。这些项目的投产和启动为发展我国的天然气发电提供了必要的物质保障,必将对缓解我国能源供需矛盾、优化能源结构起到重要作用。

2、陶瓷、玻璃等行业

一些能源消耗很大的企业往往距城市或天然气管道很远,或者根本得不到管道输送的天然气,这种情况下LNG的优势更明显?最典型的是陶瓷厂,使用LNG可以使产品档次提高,成本下降? 用在玻璃、陶瓷制造业和石油化工及建材业(无碱玻璃布),可极大地提高产品的质量或降低成本,从而因燃料或原料的改变,而成为相关企业新的效益增长点。

特性简介

液化天然气(Liquefied Natural Gas)的主要成分是甲烷,还有少量的乙烷和丙烷。液化天然气无色、无味、无毒、无腐蚀性,天然气在常压和-162℃左右可液化,液化天然气的体积约为气态体积的1/625。在常压下,LNG的密度约为430-470kg/ (因组分不同而略有差异),燃点约为650℃,热值为52MMBtu(1MMBtu=2.52×108cal),在空气中的爆炸极限(体积)为5%-15%。液化天然气的储存是天然气储存方式之一。LNG储罐通常为双层金属罐,与LNG接触的内层材质为含9%Ni低温钢,外层材质为碳钢,中间绝热层为膨胀珍珠岩,罐底绝热层为泡沫玻璃。

 


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