天然氣與液化天然氣知識(shí)

天然氣與液化天然氣（LNG）知識(shí)二0—年十一月二十五日

天然氣知識(shí)近20多年來(lái)，世界天然氣需求持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，平均增長(zhǎng)率保持在2%，預(yù)計(jì)2020在世界能源組成中的比重將會(huì)增加到29%左右。中國(guó)是開發(fā)利用天然氣資源最早的國(guó)家。新中國(guó)成立后，天然氣產(chǎn)業(yè)有了很大發(fā)展。特別是“八五”以來(lái)，中國(guó)儲(chǔ)量快速增長(zhǎng)，天然氣進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。但從全世界看，中國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)整體水平還很低，資源探明程度僅7%左右，儲(chǔ)量動(dòng)用程度約50%，特別是天然氣在能源結(jié)構(gòu)中所占的比例極低，不到世界平均水平的十分之一。隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，工業(yè)化程度的不斷提高，對(duì)清潔能源的需求不斷增大，預(yù)示著天然氣具有很大的發(fā)展空間，中國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)具有良好的發(fā)展前景。中國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著科技進(jìn)步，世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷地向低碳化演變，天然氣作為低碳化的清潔能源在世界各國(guó)都得到了高度的重視和發(fā)展，而目前中國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展很不適應(yīng)。為此，國(guó)家從能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、加強(qiáng)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展等基本國(guó)策出發(fā)，“十五”將大力發(fā)展天然氣的開發(fā)利用，這將為天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好環(huán)境。一、天然氣組成天然氣是由烴類和非烴類組成的復(fù)雜混合物。大多數(shù)天然氣的主要成份是氣體烴類，此外還含有少量非烴類氣體。天然氣中的烴類基本上是烷烴，通常以甲烷為主，還有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、以及少量的已烷以上烴類。在C6中有時(shí)還含有極少量的環(huán)烷烴(如甲基不戊烷)及芳香烴(如苯、甲苯)。天然氣中的非烴類氣體，一般為少量的氮?dú)?、氧氣、氫氣、二氧化碳、水蒸氣、硫化氫，以及微量的惰性氣體如氨、氬、氙等。天然氣中的水蒸氣一般呈飽和狀態(tài)。天然氣的組成并非固定不變，不僅不同地區(qū)油、氣藏中采出的天然氣組成判別很大，甚至同一油、氣藏的不同生產(chǎn)井采出的天然氣組成也會(huì)有很大的區(qū)別。1、 根據(jù)化學(xué)組成的不同分類(1)干性天然氣：含甲烷90%以上的天然氣。(2)濕性天然氣：除主要含甲烷外，還有較多的乙烷、丙烷、丁烷等氣體。2、 根據(jù)天然氣的來(lái)源分類(1)純天然氣：氣藏中通過(guò)采氣井開采出來(lái)的天然氣稱為氣井氣。這種氣體屬于干性氣體，主要成分是甲烷。(2)油田伴生氣：系指在油藏中與原油呈平衡接觸的氣體,包括游離氣和溶解在原油中的溶解氣兩種。油田氣是與石油伴生的，是天然氣的一種，從化學(xué)組成來(lái)說(shuō)屬于濕性天然氣。開采時(shí)與原油一起打出，氣油比(m3/t)一般在20~500范圍內(nèi)。

這種氣體中含有60%?90%的甲烷，10%?40%的乙烷、丙烷、丁烷和高碳烷烴。（3） 凝析氣田氣：是含有容易液化的丙烷和丁烷成分的富天然氣。這種氣體通常含有甲烷85%?90%，碳三到碳五約2%?5%?？刹捎脡嚎s法、吸附法或低溫分離法，將后者分離出去制液化石油氣。（4） 礦井氣口從井下煤層抽出的礦井氣，習(xí)慣稱為礦井瓦斯氣。二、天然氣燃燒特性天然氣最主要的成分是甲烷，基本不含硫，無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性，具有安全、熱值高、潔凈和應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為眾多發(fā)達(dá)國(guó)家的城市必選燃?xì)鈿庠?。城市燃?xì)鈶?yīng)按燃?xì)忸悇e及其燃燒特性指數(shù)（華白數(shù)W和燃燒勢(shì)CP）分類，并應(yīng)控制其波動(dòng)范圍。華白數(shù)W按式（1）計(jì)算：（1）式中：W一華白數(shù)，MJ/m3（kcal/m3）;Q—燃?xì)飧邿嶂?yMJ/m3/（kcal/m3）；d—燃?xì)庀鄬?duì)密度（空氣相對(duì)密度為1）。燃燒勢(shì)CP按式2計(jì)算:（2）(3)CP=Kx1.0H2+0.6(CH+CO)+0.3CH4（2）(3)_ 3 ^7d 4K=1+0.0054xO22式中：CP——燃燒勢(shì)；h2——燃?xì)庵袣浜浚ィw積）；CmHn——燃?xì)庵谐淄橐酝獾奶細(xì)浠衔锖浚?（體積）；CO——燃?xì)庵幸谎趸己?，％（體積）；CH4——燃?xì)庵屑淄楹浚?（體積）；d——燃?xì)庀鄬?duì)密度（空氣相對(duì)密度為1）；K—燃?xì)庵醒鹾啃拚禂?shù)；02——燃?xì)庵醒鹾浚?（體積）。城市燃?xì)獾姆诸悜?yīng)符合表的規(guī)定。城市燃?xì)獾姆诸悾ǜ桑?°C,101.3kPa）表類別華白系數(shù)W,MJ/m3(Kcal/m2)燃燒勢(shì)CP標(biāo)準(zhǔn)范圍標(biāo)準(zhǔn)范圍人工燃?xì)?R22.7(5430)21.1(5050)~24.3(5810)9455~966R27.1(6470)25.2(6017)~29.0(6923)10863~1107R32.7(7800)30.4(7254)~34.9(8346)12172~128天然氣4T18.0(4300)16.7(3999)~19.3(4601)2522~57

6T26.4(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液化石油氣19Y81.2(19387)76.9(18379)~92.7(22152)4842~4922Y92.7(22152)76.9(18379)~92.7(22152)4242~4920Y84.2(20113)76.9(18379)~92.7(22152)4642~49注：6T為液化石油氣混空氣，燃燒特性接近天然氣。三、天然氣的儲(chǔ)運(yùn)天然氣是以氣態(tài)燃用，但儲(chǔ)運(yùn)方式有管輸天然氣、壓縮天然氣、液化天然氣等多種形式。另外，目前還在發(fā)展天然氣水合物。1.壓縮天然氣（CNG）壓縮天然氣（CNG）是通過(guò)壓縮機(jī)加壓的方式，將天然氣壓縮至容器，增加容器存儲(chǔ)體積的天然氣運(yùn)輸方式。一般情況下，天然氣經(jīng)過(guò)幾級(jí)壓縮，達(dá)到20MPa的高壓，在用氣時(shí)在經(jīng)減壓閥降壓使用。在20MPa高壓下，天然氣的壓縮比可以達(dá)到276。CNG在生產(chǎn)和利用過(guò)程中成本相對(duì)較低，能耗低。但是由于采用笨重的高壓氣瓶，導(dǎo)致CNG單車運(yùn)輸量比較小，運(yùn)輸成本高。因此，一般認(rèn)為該種方式只適合為距離氣源地近、用氣量小的城市供應(yīng)燃?xì)?。CNG項(xiàng)目的特點(diǎn)：與LNG相比，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、投資少;與管道天然氣相比要靈活，因?yàn)楣艿酪坏┙ㄔO(shè)好以后，無(wú)法根據(jù)市場(chǎng)的需要發(fā)生轉(zhuǎn)移。2.液化天然氣（LNG）當(dāng)天然氣在大氣壓下，冷卻至約-162對(duì)時(shí)，天然氣由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，稱為液化天然氣（LiquefiedNaturalGas，縮寫為L(zhǎng)NG）。LNG體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，密度在450kg/m3左右?？梢?jiàn)液化天然氣具有較大的氣液，便于運(yùn)輸。另外，由于LNG的燃點(diǎn)及爆炸極限高于汽油，所以不易發(fā)生爆炸，安全性能好。LNG項(xiàng)目包括液化工廠、低溫儲(chǔ)槽和再氣化工廠的建設(shè)。液化和再氣化工廠的經(jīng)濟(jì)可行性由年產(chǎn)量和最高供氣量決定。由于LNG所以低溫液體，其生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及利用過(guò)程中都需要相應(yīng)的液化、保溫和氣化設(shè)備，投資額高。這種運(yùn)輸形式只有在規(guī)模發(fā)展較大時(shí)才具有合理的經(jīng)濟(jì)性能。管輸天然氣（PNG）管輸天然氣是通過(guò)管道直接將天然氣輸運(yùn)到用戶點(diǎn)的一種運(yùn)輸方式，主要針對(duì)氣源地用戶或與氣源地通過(guò)陸地相連的國(guó)家之間天然氣運(yùn)送。管道長(zhǎng)度對(duì)于PNG方式有一定要求。對(duì)于距離氣源地較遠(yuǎn)的地區(qū)，只有當(dāng)用氣量較大時(shí)才會(huì)具有較好經(jīng)濟(jì)性。由于海底管道的建造和維護(hù)費(fèi)用高，當(dāng)天然氣的海上運(yùn)輸距離較長(zhǎng)時(shí)，將會(huì)傾向于采用LNG船運(yùn)輸。與LNG項(xiàng)目不同，PNG項(xiàng)目既不需要液化工廠也不需要再氣化工廠。管道基本建設(shè)投資是影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行性的主要決定因素?；窘ㄔO(shè)投資額隨著管線距離、管線走向、地理環(huán)境和負(fù)荷系數(shù)的變化而變化。天然氣井口價(jià)格也對(duì)PNG項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性有較大影響。當(dāng)天然氣的進(jìn)口價(jià)格一定時(shí)，運(yùn)輸距離是決定其貿(mào)易方式的主要因素。如果輸送距離高于臨界點(diǎn)，LNG項(xiàng)目將更加可行。據(jù)英國(guó)BP公司提供數(shù)據(jù)，管道天然氣和液化天然氣運(yùn)輸成本運(yùn)輸距離的臨界值大致在4000~5000公里間。其他技術(shù)除了上述三種已經(jīng)成熟的天然氣存儲(chǔ)技術(shù)，各國(guó)還在積極探尋其他更經(jīng)濟(jì)有效方式。其中包括天然氣水合物(NGH,NaturalGasHydrate，簡(jiǎn)稱GasHydrate)和吸附天然氣(ANG,AdsorptionNaturalGas)等。天然氣水合物資源是世界能源開發(fā)的下一個(gè)主要目標(biāo)。海底的天然氣水化物資源豐富，其開發(fā)利用技術(shù)已成為一個(gè)國(guó)際能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)。天然氣水合物是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等）下由水和天然氣組成的類冰的、非化學(xué)計(jì)量的、籠形結(jié)晶化合物，其遇火即可燃燒。形成天然氣水合物的主要?dú)怏w為甲烷，對(duì)甲烷分子含量超過(guò)99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物（MethaneHydrate）。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1單位體積的氣水合物分解最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體。但是根據(jù)目前的發(fā)展來(lái)看，該技術(shù)距離工業(yè)應(yīng)用的成熟水平還有一定的距離。吸附天然氣技術(shù)是利用一些諸如活性炭等多孔性固體物質(zhì)對(duì)氣體的吸附特性進(jìn)行儲(chǔ)氣。由于這種新型的儲(chǔ)氣方式也要求在一定的壓力作用下（通常為3MPa-4MPa）方能最大限度地提高氣體附量（如在儲(chǔ)存壓力為3.5MPa時(shí)，理論儲(chǔ)氣量可達(dá)其容積體積的150倍），因此從一定意義上講，該儲(chǔ)存方式同屬壓力儲(chǔ)存。但由于儲(chǔ)存壓力較CNG大為降低，因此容器重量相應(yīng)減輕，安全性相對(duì)提高。當(dāng)儲(chǔ)氣容器的改良同樣是減輕車輛無(wú)效載重、提高空間利率、減緩容器內(nèi)外壁腐蝕等部題的最根本方法。目前該技術(shù)的關(guān)鍵部分：吸附劑以及熱能儲(chǔ)存器的開發(fā)已有了較大進(jìn)展。作為天然氣儲(chǔ)存的一種方式，由于單位存儲(chǔ)介質(zhì)的吸附量還比較小，還不能在工業(yè)中得到大規(guī)模的應(yīng)用。目前只有少數(shù)機(jī)構(gòu)可以將其應(yīng)用到天然氣汽車上。LNG基本性質(zhì)天然氣的主要組分是甲烷，其臨界溫度為-83°C,故在常溫下，無(wú)法僅靠加壓將其液化。通常的液化天然氣(LiquefiedNaturalGas，簡(jiǎn)稱LNG)多存儲(chǔ)在溫度為-162。0壓力為0.1MPa左右的低溫儲(chǔ)罐內(nèi)，其密度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的600多倍，體積能量密度為汽油的72%，十分有利于輸送和儲(chǔ)存。液化天然氣是經(jīng)過(guò)凈化處理(脫水、脫烴、脫酸性氣體)后，采用節(jié)流膨脹及外加冷源冷卻的工藝使得天然氣液化的。預(yù)處理主要包括h2&,cO2，h2o的清除，以免低溫下凍結(jié)、堵塞。天然氣液化裝置按用途可分為兩大類，即基本負(fù)荷型天然氣液化裝置和調(diào)峰型天然氣液化裝置?；矩?fù)荷型天然氣液化裝置由天然氣預(yù)處理系統(tǒng)、液化系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、裝卸設(shè)施和消防系統(tǒng)等組成，是一個(gè)復(fù)雜龐大的系統(tǒng)工程，投資高達(dá)數(shù)十億美元。由于項(xiàng)目投資巨大，LNG項(xiàng)目大多由殼牌、道達(dá)爾等大型跨國(guó)石油公司與資源擁有國(guó)政府合資建設(shè)。基本負(fù)荷型天然氣液化裝置的液化單元常采用級(jí)聯(lián)式液化流程和混合制冷劑液化流程。20世紀(jì)60年代最早建設(shè)的天然氣液化裝置，采用當(dāng)時(shí)技術(shù)成熟的級(jí)聯(lián)式液化流程。到70年代又轉(zhuǎn)而采用流程大為簡(jiǎn)化的混合制冷劑液化流程(MRC)。80年代后,新建與擴(kuò)建的基本負(fù)荷型天然氣液化裝置則幾乎無(wú)一例外地采用APCI公司的丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程(C3/MRC)。調(diào)峰型天然氣液化裝置是小流量的天然氣液化裝置,并非常年連續(xù)運(yùn)行。因此，調(diào)峰型液化流程要求具有高效、靈活、簡(jiǎn)便、低成本的特點(diǎn)。一般，對(duì)于管道氣壓力較高的情況，為充分利用其壓力能,可考慮使用膨脹機(jī)液化流程。選擇調(diào)峰型LNG液化流程,必須根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求和外圍條件對(duì)上述因素進(jìn)行綜合考慮，即對(duì)不同液化流程的投資成本、比功耗、運(yùn)行要求以及靈活性進(jìn)行全面對(duì)比，才能最終決定采用何種液化流程。天然氣液化工廠的工藝流程不同，出廠LNG的溫度和壓力也有所不同，如新疆廣匯液化工廠出廠LNG溫度約為-162對(duì),壓力為常壓；中原綠能高科液化工廠出廠 LNG溫度約為-145°C,壓力為0.35MPa。一、LNG組分新疆廣匯和中原綠能LNG工廠生產(chǎn)LNG的組分如下：組分分子式體積含量mol%新疆廣匯中原油田甲烷CH486.2395.857乙烷C2H612.772.936丙烷C3H80.34280.733異丁烷C4H100.201正丁烷C4H100.105異戊烷C5H120.037正戊烷C5H120.031已烷C6H140.009庚烷C7H160.003辛烷C8H180.003

氮N20.65500.085二、 LNG物性數(shù)據(jù)LNG的物性如下：二、 LNG物性數(shù)據(jù)LNG的物性如下：分子量：氣化溫度：臨界溫度：液相密度：氣相密度：燃點(diǎn)：熱值：氣化潛熱：運(yùn)動(dòng)粘度：燃燒勢(shì)：華白數(shù)：爆炸極根 上限下限三、 LNG特點(diǎn)17.3-82.5C440kg/Nm30.75kg/Nm3(15.5C)650C8700kcal/Nm30.51MJ/Kg(121Kcal/Kg)12.072x10-6m2/s45.18CP54.23MJ/m315.77%4.91%天然氣液化后，體積縮小600多倍，可以在公路、鐵路、船舶上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸。儲(chǔ)存效率高、占地少、投資省。建設(shè)模式機(jī)動(dòng)靈活，可由小到大，由點(diǎn)到面，逐步投入和發(fā)展。LNG可作為優(yōu)質(zhì)清潔的車用燃料，有效減少汽車尾氣排放對(duì)大氣的污染，應(yīng)用前景廣闊。LNG的氣化過(guò)程，釋放出大量的冷量，有很高的綜合利用價(jià)值。LNG生產(chǎn)使用較液化石油氣更為安全可靠。其燃點(diǎn)為650°C,比汽油高230°C,爆炸極限為5%-1