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450kg/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不同,PNG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致在4000~5000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CNG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-83℃,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-162℃、压力为0.1MPa左右的低温储罐内,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H2S,,CO2,H2O的清除,以免低温下冻结、堵塞。
天然气液化装臵按用途可分为两大类, 即基本负荷型天然气液化装臵和调峰型天然气液化装臵。基本负荷型天然气液化装臵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。由于投资巨大, LNG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臵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臵, 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程(MRC)。80 年代后, 新建与扩建的基本负荷型天然气液化装臵则几乎无一例外地采用APCI 公司的丙烷预冷混合制冷剂液化流程(C3/MRC) 。
调峰型天然气液化装臵是小流量的天然气液化装臵, 并非常年连续运行。因此, 调峰型液化流程要求具有高效、灵活、简便、低成本的特点。一般, 对
于管道气压力较高的情况, 为充分利用其压力能, 可考虑使用膨胀机液化流程。选择调峰型LNG液化流程, 必须根据具体的设计要求和外围条件对上述因素进行综合考虑, 即对不同液化流程的投资成本、比功耗、运行要求以及灵活性进行全面对比, 才能最终决定采用何种液化流程。
天然气液化工厂的工艺流程不同,出厂LNG的温度和压力也有所不同,如新疆广汇液化工厂出厂LNG温度约为-162℃,压力为常压;中原绿能高科液化工厂出厂LNG温度约为-145℃,压力为0.35MPa。 1.2.1 LNG组分
新疆广汇和中原绿能LNG工厂生产LNG的组分如下:
体积含量mol% 组分 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 已烷 庚烷 辛烷
分子式 新疆广汇 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C4H10 C5H12 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 86.23 12.77 0.3428 中原油田 95.857 2.936 0.733 0.201 0.105 0.037 0.031 0.009 0.003 0.003 氮 1.2.2 LNG物性数据
N2 0.6550 0.085 新疆广汇LNG的物性如下: 分子量: 17.3
气化温度: -162.3℃(常压1.053bar) 临界温度: -82.5℃ 液相密度: 440kg/Nm3
气相密度: 0.75 kg/Nm3(15.5℃) 燃点: 650℃ 热值: 8700kcal/Nm3
气化潜热: 0.51MJ/Kg(121Kcal/Kg) 运动粘度: 12.072×10-6m2/s 燃烧势: 45.18CP 华白数: 54.23MJ/m3 爆炸极根 上限 15.77% 下限 4.91%
1.2.3 LNG特点
1. 天然气液化后,体积缩小600多倍,可以在公路、铁路、船舶上实现经