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液化天然气

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科技名词定义

中文名称：液化天然气
英文名称：liquefied natural gas，LNG;liquefied natural gas;LNG
定义1：由天然气加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性液体。
应用学科：电力（一级学科）；燃料（二级学科）
定义2：天然气经压缩、冷却，在-160℃以下液化而成。
应用学科：资源科技（一级学科）；能源资源学（二级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

百科名片

 
液化天然气运输船

液化天然气(LiquifiedNaturalGas，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1/600，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。燃烧后对空气污染非常小，而且放出热量大，所以液化天然气好。

目录

一、液化天然气（LNG）
二、国内外概况及发展趋势

  1. 2.1 国外研究现状

  2. 2.2 国内研究现状

  3. 2.2.1 四川液化天然气装置

  4. 2.2.2 吉林油田液化天然气装置

  5. 2.2.3 陕北气田液化天然气

  6. 2.2.4 中原油田液化天然气装置

  7. 2.2.5 天津大学的小型液化天然气装置

  8. 2.2.6 西南石油大学液化新工艺

  9. 2.2.7 哈尔滨燃气工程设计研究院、工业大学

三、LNG主要市场应用领域

  1. 3.1工业用LNG

  2. 3.2 中小城镇生活用LNG

  3. 3.3 LNG作为调峰的备用气源

  4. 3.4 车用LNG燃料

福建省莆田燃气电厂首台机组投产
全球液化天然气供需预测分析

  1. 供需

  2. 分析

加工工艺情况
用途
展开

 

湄洲湾秀屿港“福建LNG”

一、液化天然气（LNG）

　　液化天然气是天然气经压缩、冷却，在-160度下液化而成。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。

二、国内外概况及发展趋势

　　1941 年在美国克利夫兰建成了世界第一套工业规模的 LNG 装置，液化能力为 8500 m3 /d 。从 60 年代开始， LNG 工业得到了迅猛发展，规模越来越大，基本负荷型液化能力在 2. 5 × 104 m3 /d 。据资料[3]介绍，目前各国投产的 LNG 装置已达 160 多套， LNG 出口总量已超过 46.1 8 × 106 t/a 。
　　天然气的主要成分是甲烷，甲烷的常压沸点是 -16 1 ℃ ，临界温度为 -84 ℃ ，临界压力为 4.1MPa 。 LNG 是液化天然气的简称，它是天然气经过净化（脱水、脱烃、脱酸性气体）后[4]，采用节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的[5]。

2.1 国外研究现状

　　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，目前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

　　早在 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。

2.2.1 四川液化天然气装置

　　由中国科学院北京科阳气体液化技术联合公司与四川简阳市科阳低温设备公司合作研制的 300l/h 天然气液化装置，是用 LNG 作为工业和民用气调峰和以气代油的示范工程。该装置于 1992 年建成，为 LNG 汽车研究提供 LNG 。
　　该装置充分利用天然气自身的压力，采用气体透平膨胀机制冷使天然气液化，用于民用天然气调峰或生产 LNG ，工艺流程合理，采用气体透平膨胀机，技术较先进。该装置基本不消耗水、电，属节能工程，但液化率很低，约 10% 左右，这是与它的设计原则一致的。

2.2.2 吉林油田液化天然气装置

　　由吉林油田、中国石油天然气总公司和中科院低温中心联合开发研制的 500l/h 撬装式工业试验装置于 1996 年 12 月整体试车成功，该装置采用以氮气为冷剂的膨胀机循环工艺，整个装置由 10 个撬块组成，全部设备国产化 [11]。
　　该装置采用气体轴承透平膨胀机；国产分子筛深度脱除天然气中的水和 CO2 ，工艺流程简单，采用撬装结构，符合小型装置的特点。采用纯氮作为制冷工质，功耗比采用冷剂的膨胀机循环要高。没有充分利用天然气自身压力，将天然气在中压下（ 5.0MPa 左右）液化（较高压力下液化既可提高氮气的制冷温度，又可减少制冷负荷），因此该装置功耗大。

2.2.3 陕北气田液化天然气

　　1999 年 1 月建成投运的 2 × 104 m3 /d “陕北气田 LNG 示范工程”是发展我国 LNG 工业的先导工程，也是我国第一座小型 LNG 工业化装置。该装置采用天然气膨胀制冷循环，低温甲醇洗和分子筛干燥联合进行原料气净化，气波制冷机和透平膨胀机联合进行低温制冷，燃气机作为循环压缩机的动力源，利用燃气发动机的尾气作为加热分子筛再生气的热源。该装置设备全部国产化。装置的成功投运为我国在边远油气田上利用天然气生产 LNG 提供了经验[12]。

2.2.4 中原油田液化天然气装置

　　中原油田曾经建设了我国最大的 LNG 装置，原料气规模为 26.6 5 × 104 m3 /d 、液化能力为 1 0 × 104 m3 /d 、储存能力为 1200 m3 、液化率为 37.5%[13]。目前，在充分吸取国外先进工艺技术的基础上，结合国内、国外有关设备的情况，主要针对自身气源特点，又研究出 LNG 工艺技术方案 [14] 。该工艺流程采用常用的分子筛吸附法脱水，液化工艺选用丙烷预冷 + 乙烯预冷 + 节流。
　　装置在原料气量 30× 104 m3 /d 时，收率高达 51.4% ，能耗为 0.13 Kwh/Nm3 。其优点在于各制冷系统相对独立，可靠性、灵活性好。但是工艺相对较复杂，须两种制冷介质和循环，设备投资高。由于该厂充分利用了油田气井天然气的压力能，所以液化成本低。

2.2.5 天津大学的小型液化天然气装置

　　液化天然气（ LNG ）小型 LNG 装置与大型装置相比，不仅具有原料优势、市场优势而且投资低、可搬迁、灵活性大[15]。 LNG 装置主要是用胺基溶剂系统对天然气进行预处理，脱除 CO2 等杂质；分子筛脱水；液化几个步骤。装置采用单级混合制冷系统；闭合环路制冷循环用压缩机压缩制冷剂。单级混合制冷剂工艺操作简便、效率高，适用于小型 LNG 装置。
　　压缩机的驱动机可用燃气轮机或电动马达。电价低的地区可优先考虑电动马达（成本低、维修简单）。在燃料气价格低的地区，燃气透平将是更好的选择方案。经济评估结果表明，采用燃气轮机驱动机的液化装置，投资费要比选用电动马达高出 200 万~ 400 万美元。据对一套 15 × 106ft 3 /d 液化装置进行的成本估算，调峰用的 LNG 项目储罐容积为 10 万 m3 ，而用于车用燃料的 LNG 项目仅需 700m3 储罐，导致最终调峰用的 LNG 成本为 2.03 ~ 2.11 美元 /1000ft3 ，而车用 LNG 成本仅 0.98 ~ 0.99 美元 /1000 ft3 。

2.2.6 西南石油大学液化新工艺

　　该工艺日处理 3.0 × 104 m3 天然气，主要由原料气 （ CH4 : 95.28% ， CO2 :2.9% ） 脱 CO2 、脱水、丙烷预冷、气波制冷机制冷和循环压缩等系统组成。 以 SRK 状态方程作为基础模型，开发了天然气液化工艺软件。 天然气压缩机的动力采用天然气发动机，小负荷电设备用天然气发电机组供电，解决了边远地区无电或电力紧张的难题。由于边远地区无集输管线可利用，将未能液化的天然气循环压缩，以提高整套装置的天然气液化率。
　　装置采用一乙醇胺法（ MK-4 ）脱除 CO2 。由于处理量小，脱二氧化碳的吸收塔和再生塔应采用高效填料塔 [16] 。由于混合制冷剂，国内没有成熟的技术和设计、运行管理经验，仪表控制系统较复杂。同时考虑到原料气中甲烷含量高，有压力能可以利用。故采用天然气直接膨胀制冷作为天然气液化循环工艺[17]。气波制冷属于等熵膨胀过程，气波制冷机是在热分离机的基础上，运用气体波运动的理论研制的。在结构上吸收了热分离机的一些优点，同时增加了微波吸收腔这一关键装置，在原理上与热分离机存在明显不同，更加有效地利用气体的压力，提高了制冷效率。

2.2.7 哈尔滨燃气工程设计研究院、工业大学

　　2.2.7 哈尔滨燃气工程设计研究院与哈尔滨工业大学
　　LNG 系统主要包括天然气预处理、天然气的低温液化、天然气的低温储存及天然气的气化和输出等[18]。经过处理的天然气通过一个多级单混冷凝过程被液化，制冷压缩机是由天然气发动机驱动。 LNG 储罐为一个双金属壁的绝热罐，内罐和外罐分别是由镍钢和碳钢制成 [19] 。
　　循环气体压缩机一般采用天然气驱动，可节省运行费用而使投资快速收回。压缩机一般采用非润滑式特殊设计，以避免天然气被润滑油污染[20]。采用装有电子速度控制系统的透平，而且新型透平的最后几级叶片用钻合金制造，改善了机械运转。安装于透平压缩机上的新型离合器是挠性的，它们的可靠性比较高，还可以调整间隙。

三、LNG主要市场应用领域

　　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。

3.1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。

3.2 中小城镇生活用LNG

　　近年来,随着居民生活水平的提高,中小城镇居民更希望能用洁净的能源, LNG作为清洁能源现备受关注,天然气燃烧后产生的二氧化碳和氮氧化合物仅为煤的50%和20%,污染为液化石油气的1/4,煤的1/800｡由于管道铺投资设费用大,LNG气化站具有比管道气更好的经济性,在中小城镇可采用LNG气化站作为气源供居民使用,此外还可用于商业,事业单位的生活以及用户的采暖等｡

3.3 LNG作为调峰的备用气源

　　作为管道天然气的调峰气源，可对民用燃料系统进行调峰，保证城市安全、平稳供气。在美国、英国、德国、荷兰和法国等国家，将LNG 调峰型装置广泛用于天然气输配系统中，对民用和工业用气的波动性，特别是对冬季用气的急剧增加起调峰作用。我国在上海已建成并投入使用｡

3.4 车用LNG燃料

　　LNG作为可持续发展清洁能源,具有明显的环境效益及社会效益,以LNG取代燃油后可以减少90%的二氧化硫排放和80%的氮氧化物排放,环境效益十分明显,是汽车的优质代用燃料｡可以预见,城市在汽车燃料方面逐步用LNG或天然气代替燃油,近年来,它已被世界许多国家重视和推广｡俄罗斯在将 LNG 用于汽车运输,铁路运输,水上运输和空中运输方面积累了许多经验｡英国的运输公司大部分采用LNG为车用燃料｡
　　[1]按照天然气的储存方式不同,天然气汽车大致分为CNGV(压缩天然气汽车),LNGV(液化天然气汽车),和ANGV(吸附天然气汽车),目前在国内大量使用的是CNG型汽车,正在推广的是LNGV型汽车,ANGV正处在研制阶段,随着LNG的大量普及,LNGV型汽车会逐步向重型车发展,并会部分取代小型CNG型汽车及公交车,现国内建成的LNG公交车示范站有新疆的乌鲁木齐市、北京市、长沙市,正在筹备建设的有北海市、湛江市等｡目前全国已改装的CNG型汽车已达数万辆,但用LNG作为汽车燃料特别值得推广,在建造LNG加气站的同时兼顾CNG(压缩天然气)加气站,能满足目前及今后的需求｡

福建省莆田燃气电厂首台机组投产

　　2008年12月23日上午，福建LNG（液化天然气）站线项目一期工程新增3、4#储罐暨燃气电厂首台机组投产仪式，在福建省莆田市湄洲湾秀屿港区隆重举行。
　　此次新增的3、4#储罐项目建设完工后将使得福建LNG站线项目储罐容量达到64万立方米，能满足10台发电机组一年多次满发、停发的恶劣工况。新增储罐将大大增加储气调峰的灵活性，为现有用户的用气安全性以及新增用户的灵活性提供保障。
　　根据规划，2015年-2020年之间，福建省内将形成“两纵两横、南北延伸”的天然气管网格局。其中环网布置是从漳州沿着漳龙高速至龙岩，从福州沿着京福高速至南平，再从南平经漳平、永安、三明、沙县到龙岩，与现在福州至漳州管线形成“两纵两横”的环状供气管网架构，以此环网为供气平台，接引相应输气支线和设置分输站，覆盖省内主要用气市场。而“南北延伸”调度干线则是指从福州经宁德、福安、北上福鼎；从厦门翔安经漳州、漳浦南下诏安，届时福建全省的老百姓都可以同步用上清洁环保的天然气。
　　同时，采用重型9F燃气-蒸汽联合循环发电机组的莆田燃气电厂#1机组于此前顺利通过168小时试运行，现已正式投产。据悉，莆田燃气电厂一期工程将建4套发电机组，项目总投资为50.8亿元，一期工程投产后，年发电量为60亿千瓦时。电厂使用清洁能源LNG，能有效推动节能减排，提高一次能源至二次能源的转换率，每年可减少二氧化碳排放量约200万吨。其在建的#2号机组现已完成部分工程调试，有望在2009年4月实现投产试运。

全球液化天然气供需预测分析

供需

　　液化天然气历来是一种细分市场产品。它的消费量目前正以每年10%的速度增长，而相比之下，管道煤气的年增速仅为2%。液化天然气是全球增长最迅速的能源市场之一。
　　由于欧洲和北美地区的天然气储量已接近或仅略高于生产峰值水平，加上天然气资源匮乏的亚洲国家的需求迅速上升，液化天然气的需求正经历着爆炸式增长。预计到2010年至2011年，液化天然气的行业规模将比2004年增长一倍。
　　面对繁荣的行业前景，全球范围内都在加大液化天然气的生产力度。过去几年中，计划沿美国海岸建设的再气化终端(将液化天然气转回气态)已超过50个。2002年底，全球有135艘液化天然气运输船舶，到2009年时将增加近2倍。
　　但如果与全球大型能源企业的高管交谈，便会发现他们对液化天然气市场未来最担忧的问题――供应。在拟议的美国项目中，预计只有6到8个能在2016年之前建成。去年，许多船舶都难以找到货源。PFC能源咨询公司预计，2012年的全球供应将比预测低28%。
　　由于天然气企业受到生产延期和成本上升的困扰，供应一直存在问题。项目开发通常无法预测，因其特殊性质，液化天然气项目通常难以在基础设施薄弱的地区开展。此外，高涨的钢铁和水泥等基础建筑物资价格，已经推升了开发成本。
　　这使得人们担忧，液化天然气可能失去其价格优势。此外，还存在一种风险，即供应不足将促使政策制定者寻求气变油或煤炭气化等其他选择。

分析

　　但分析人士表示，液化天然气短期内几乎没有替代品。目前有迹象显示，供应状况正在改善，而且变得更具灵活性。即使将生产延期因素考虑在内，预计全球液化天然气的产能到2010年也将增长50%。目前运输船舶的装运量已有所提高，表明生产正在赶上基础设施的建设步伐。
　　未来供应的关键在于，随着卡塔尔供应的天然气越来越多，市场如何作出回应。仅卡塔尔在2010年之前增加的液化天然气产量，就将是目前美国使用量的5倍。
　　PFC能源咨询公司的加布里埃尔·韦恩表示：“这些国家确实在改变液化天然气市场的规模。卡塔尔将成为监控这些市场需求的风向标。问题在于，供应大幅增加是将影响市场活力？还是美国和欧洲会支持这种水平的增长，同时仍为更长时期开发留出空间？

加工工艺情况

　　天然气是指蕴藏在地层内的可燃性气体,主要是低分子烷烃的混合物,可分为干气天然气和湿天然气两种.干气成分主要是甲烷,湿天然气除含大量甲烷外,还含有较多的乙烷、丙烷和丁烷等.

用途

　　世界上环保先进国家都在推广使用LNG.除了用作发电厂、工厂、家庭用户的燃料外,其中所含的甲烷可用作制造肥料、甲醇溶剂及合成醋酸等化工原料;另外其所含的乙烷和丙烷可经裂解而生成乙烯及丙烯,是塑料产品的重要原料.
　　此外,超低温的LNG在大气压力下转变为常温气态的过程中,可提供大量的冷能,将这些冷能回收,还可以利用于6种低温用途上:使空气分离而制造液态氧、液态氮,液化二氧化碳、干冰制造,利用冷能进行发电,制造冷冻食品或使用于冷冻仓库,橡胶、塑料、铁屑等产业废弃物的低温破碎处理,海水淡化.


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