天然气与液化天然气LNG知识

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1、天然气与液化天然气LNG知识1.1 天然气知识近 20 多年来，世界天然气需求持续稳定增长，平均增 长率保持在 2%，预计2020 在世界能源组成中的比重将会增 加到 29%左右。中国是开发利用天然气资源最早的国家。新 中国成立后，天然气产业有了很大发展。特别是“八五”以来， 中国储量快速增长，天然气进入高速发展时期。但从全世界 看，中国天然气产业整体水平还很低，资源探明程度仅 7% 左右，储量动用程度约 50%，特别是天然气在能源结构中所 占的比例极低，不到世界平均水平的十分之一。随着中国国 民经济的持续发展，工业化程度的不断提高，对清洁能源的 需求不断增大，预示着天然气具有很大的发展空间，

2、中国天 然气产业具有良好的发展前景。中国天然气产业正面临着前所未有的发展机遇和挑战。 随着科技进步，世界能源消费结构不断地向低碳化演变，天 然气作为低碳化的清洁能源在世界各国都得到了高度的重 视和发展，而目前中国天然气产业的发展与国民经济及社会 发展很不适应。为此，国家从能源结构调整、加强环保和可 持续发展等基本国策出发，“十五”将大力发展天然气的开发 利用，这将为天然气产业的发展创造良好环境。1.1.1 天然气组成天然气是由烃类和非烃类组成的复杂混合物。大多数天 然气的主要成份是气体烃类，此外还含有少量非烃类气体。 天然气中的烃类基本上是烷烃，通常以甲烷为主，还有乙烷、 丙烷、丁烷、戊烷、以

3、及少量的已烷以上烃类。在C中有时6 还含有极少量的环烷烃（如甲基不戊烷）及芳香烃（如苯、 甲苯）。天然气中的非烃类气体，一般为少量的氮气、氧气、 氢气、二氧化碳、水蒸气、硫化氢，以及微量的惰性气体如 氦、氩、氙等。天然气中的水蒸气一般呈饱和状态。天然气的组成并非固定不变，不仅不同地区油、气藏中 采出的天然气组成判别很大，甚至同一油、气藏的不同生产 井采出的天然气组成也会有很大的区别。1、根据化学组成的不同分类（1）干性天然气：含甲烷 90%以上的天然气。（2）湿性天然气：除主要含甲烷外，还有较多的乙烷丙烷、丁烷等气体。2、根据天然气的来源分类（1）纯天然气：气藏中通过采气井开采出来的天然气 称

4、为气井气。这种气体属于干性气体，主要成分是甲烷。（2）油田伴生气：系指在油藏中与原油呈平衡接触的 气体，包括游离气和溶解在原油中的溶解气两种。油田气是 与石油伴生的，是天然气的一种，从化学组成来说属于湿性天然气。开采时与原油一起打出，气油比（m3/t） 般在 20500 范围内。 这种气 体中含有 60%90%的甲烷， 10%40%的乙烷、丙烷、丁烷和高碳烷烃。（ 3）凝析气田气：是含有容易液化的丙烷和丁烷成分 的富天然气。这种气体通常含有甲烷 85%90%，碳三到碳 五约 2%5%。可采用压缩法、吸附法或低温分离法，将后 者分离出去制液化石油气。（4）矿井气口从井下煤层抽出的矿井气，习惯称为

5、矿 井瓦斯气。1.1.2 天然气燃烧特性天然气最主要的成分是甲烷，基本不含硫，无色、无臭、 无毒、无腐蚀性，具有安全、热值高、洁净和应用广泛等优 点，目前已成为众多发达国家的城市必选燃气气源。城市燃气应按燃气类别及其燃烧特性指数（华白数 W 和 燃烧势CP）分类，并应控制其波动范围。1)华白数 W 按式（1）计算：w 二 QgJd式中：W华白数，MJ/m3 （kcal/m3）;Qg燃气高热值, MJ/m3/ （kcal/m3）； d燃气相对密度（空气相对密度为1）。燃烧势 CP 按式 2 计算：小 “ 1.0H + 0.6(C H + CO)+ 0.3CH CP = K xK 二 1 + 0.

6、0054 x O22式中：CP燃烧势；h2燃气中氢含量，% （体积）；CmHn 燃气中除甲烷以外的碳氢化合物含 量， %（体积）；CO燃气中一氧化碳含量， （体积）；CH4燃气中甲烷含量，% （体积）； d燃气相对密度（空气相对密度为1）；K燃气中氧含量修正系数；02燃气中氧含量，% （体积）。城市燃气的分类应符合表的规定。城市燃气的分类（干，Oc，101.3kPa）表类别华白糸数W,MJ/m3(Kcal/m2)燃烧势CP标准范围标准范围人工燃气5R22.7(5430)21.1(5050)24.3(5810)9455 966R27.1(6470)25.2(6017)29.0(6923)1086

7、3 1107R32.7(7800)30.4(7254)34.9(8346)12172 128天然气4T18.0(4300)16.7(3999)19.3(4601)2522 576T26.4(6300)24.5(5859)28.2(6741)2925 6510T43.8(10451)41.2(9832)47.3(11291)3331 3412T53.5(12768)48.1(11495)57.8(13796)4036 8813T56.5(13500)54.3(12960)58.8(14040)4140 94液化石油气19Y81.2(19387)76.9(18379)92.7(22152)4842

8、 4922Y92.7(22152)76.9(18379)92.7(22152)4242 4920Y84.2(20113)76.9(18379)92.7(22152)4642 49注：6T为液化石油气混空气，燃烧特性接近天然气。1.1.3 天然气的储运天然气是以气态燃用，但储运方式有管输天然气、压缩 天然气、液化天然气等多种形式。另外，目前还在发展天然 气水合物。1.压缩天然气（CNG）压缩天然气（CNG）是通过压缩机加压的方式，将天然 气压缩至容器，增加容器存储体积的天然气运输方式。一般 情况下，天然气经过几级压缩，达到 20MPa 的高压，在用 气时在经减压阀降压使用。在 20MPa 高压下

9、，天然气的压 缩比可以达到276。CNG在生产和利用过程中成本相对较 低，能耗低。但是由于采用笨重的高压气瓶，导致 CNG 单 车运输量比较小，运输成本高。因此，一般认为该种方式只 适合为距离气源地近、用气量小的城市供应燃气。CNG项目的特点：与LNG相比，设备相对简单、投资 少；与管道天然气相比要灵活，因为管道一旦建设好以后， 无法根据市场的需要发生转移。2. 液化天然气（ LNG）当天然气在大气压下，冷却至约-162C时，天然气由气 态转变成液态，称为液化天然气（ Liquefied Natural Gas， 缩写为LNG）。LNG体积约为同量气态天然气体积的1/625, 密度在 450k

10、g/m3 左右。可见液化天然气具有较大的气液， 便于运输。另外，由于 LNG 的燃点及爆炸极限高于汽油， 所以不易发生爆炸，安全性能好。LNG 项目包括液化工厂、低温储槽和再气化工厂的建 设。液化和再气化工厂的经济可行性由年产量和最高供气量 决定。由于 LNG 所以低温液体，其生产、储运及利用过程 中都需要相应的液化、保温和气化设备，投资额高。这种运输形式只有在规模发展较大时才具有合理的经济性能。3. 管输天然气(PNG)管输天然气是通过管道直接将天然气输运到用户点的 一种运输方式，主要针对气源地用户或与气源地通过陆地相 连的国家之间天然气运送。管道长度对于 PNG 方式有一定 要求。对于距离

11、气源地较远的地区，只有当用气量较大时才 会具有较好经济性。由于海底管道的建造和维护费用高，当 天然气的海上运输距离较长时，将会倾向于采用 LNG 船运 输。与LNG项目不同，PNG项目既不需要液化工厂也不需 要再气化工厂。管道基本建设投资是影响项目经济可行性的 主要决定因素。基本建设投资额随着管线距离、管线走向、 地理环境和负荷系数的变化而变化。天然气井口价格也对 PNG 项目的经济可行性有较大影响。当天然气的进口价格一 定时，运输距离是决定其贸易方式的主要因素。如果输送距 离高于临界点， LNG 项目将更加可行。据英国 BP 公司提供 数据，管道天然气和液化天然气运输成本运输距离的临界值 大

12、致在40005000公里间。4. 其他技术除了上述三种已经成熟的天然气存储技术，各国还在积 极探寻其他更经济有效方式。 其中包括天 然 气 水合物 (NGH , Natural Gas Hydrate，简称 Gas Hydrate)和吸 附天然气（ANG, Adsorption Natural Gas）等。天然气水合物资源是世界能源开发的下一个主要目标。 海底的天然气水化物资源丰富,其开发利用技术已成为一个 国际能源领域的热点。天然气水合物是在一定条件（合适的 温度、压力、气体饱和度、水的盐度、 pH 值等）下由水和 天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物,其 遇火即可燃烧。形成天然

13、气水合物的主要气体为甲烷,对甲 烷分子含量超过 99的天然气水合物通常称为甲烷水合物 （Methane Hydrate）。在标准状况下，1单位体积的气水合 物分解最多可产生 164 单位体积的甲烷气体。但是根据目前 的发展来看,该技术距离工业应用的成熟水平还有一定的距 离。吸附天然气技术是利用一些诸如活性炭等多孔性固体 物质对气体的吸附特性进行储气。由于这种新型的储气方式 也要求在一定的压力作用下（通常为3MPa-4MPa）方能最 大限度地提高气体附量（如在储存压力为3.5 MPa时，理论 储气量可达其容积体积的 150 倍）,因此从一定意义上讲, 该储存方式同属压力储存。但由于储存压力较 C

14、NG 大为降 低，因此容器重量相应减轻，安全性相对提高。当储气容器 的改良同样是减轻车辆无效载重、提高空间利率、减缓容器 内外壁腐蚀等部题的最根本方法。目前该技术的关键部分： 吸附剂以及热能储存器的开发已有了较大进展。作为天然气储存的一种方式，由于单位存储介质的吸附量还比较小，还 不能在工业中得到大规模的应用。目前只有少数机构可以将 其应用到天然气汽车上。1.2 LNG 基本性质天然气的主要组分是甲烷，其临界温度为一83C，故在 常温下， 无法仅靠加压将其液化。通常的液化天然气 （Liquefied Natural Gas，简称LNG）多存储在温度为一 162C、压力为O.IMPa左右的低温储

15、罐内，其密度为标准 状态下甲烷的 600 多倍，体积能量密度为汽油的 72%，十分 有利于输送和储存。液化天然气是经过净化处理（脱水、脱烃、脱酸性气体） 后，采用节流膨胀及外加冷源冷却的工艺使得天然气液化 的。预处理主要包括h S,CO ,H O的清除，以免低温下冻结、2 2 2堵塞。天然气液化装置按用途可分为两大类 , 即基本负荷型天 然气液化装置和调峰型天然气液化装置。基本负荷型天然气 液化装置由天然气预处理系统、液化系统、储存系统、控制 系统、装卸设施和消防系统等组成，是一个复杂庞大的系统 工程， 投资高达数十亿美元。由于项目投资巨大， LNG 项 目大多由壳牌、道达尔等大型跨国石油公司与资源拥有国政 府合资建设。基本负荷型天然气液化装置的液化单元常采用 级联式液化流程和混合制冷剂液化流程。 20 世纪 60 年代 最早建设的天然气液化装置 , 采用当时技术成熟的级联式液 化流程。到 70 年代又转而采用流程大为简化的混合制冷剂 液化流