天然氣與液化天然氣知識

1、天然氣與液化天然氣（LNG）知識二0一一年十一月二十五日天然氣知識近20多年來，世界天然氣需求持續(xù)穩(wěn)定增長，平均增長率 保持在2%，預(yù)計2020在世界能源組成中的比重將會增加到 29%左右。中國是開發(fā)利用天然氣資源最早的國家。新中國成 立后，天然氣產(chǎn)業(yè)有了很大發(fā)展。特別是八五以來，中國 儲量快速增長，天然氣進入高速發(fā)展時期。但從全世界看，中 國天然氣產(chǎn)業(yè)整體水平還很低，資源探明程度僅7%左右，儲量 動用程度約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。隨著中國國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展， 工業(yè)化程度的不斷提高，對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

2、，中國天然氣產(chǎn)業(yè)具有良好的發(fā)展 前景。中國天然氣產(chǎn)業(yè)正面臨著前所未有的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。隨 著科技進步，世界能源消費結(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都得到了高度的重視和發(fā) 展，而目前中國天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與國民經(jīng)濟及社會發(fā)展很不 適應(yīng)。為此，國家從能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、加強環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展等 基本國策出發(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

3、烷以上烴類。在C中有時還含有極 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，一般為少量的氮氣、氧氣、氫氣、二氧化 碳、水蒸氣、硫化氫，以及微量的惰性氣體如氦、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)天然氣的來源分類（1）純天然氣：氣藏中通過采氣井開采出來的天然氣稱為 氣井氣。

4、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)組成來說屬于濕性天然氣。開 采時與原油一起打出，氣油比（m3/t）一般在20500范圍內(nèi)。天然氣與液化天然氣知識這種氣體中含有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

5、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，無色、無臭、 無毒、無腐蝕性，具有安全、熱值高、潔凈和應(yīng)用廣泛等優(yōu)點， 目前已成為眾多發(fā)達國家的城市必選燃氣氣源。城市燃氣應(yīng)按燃氣類別及其燃燒特性指數(shù)（華白數(shù)W和燃 燒勢CP）分類，并應(yīng)控制其波動范圍。華白數(shù)W按式（1）計算：（1）式中：W一華白數(shù)，MJ/m3（ kcal/m3）;Qg燃氣高熱值，MJ/m3/（ kcal/m3）； d一燃氣相對密度（空氣相對密度為1）。燃燒勢CP按式2計算:（2）（3）CP _ K x 1.0刊2 + 0.6（C HCO）+ 0.3CH4 vdK = 1 + 0.0054 x O 22天然氣

6、與液化天然氣知識式中：CP燃燒勢；H2燃氣中氫含量,%（體積）；CmHn燃氣中除甲烷以外的碳氫化合物含量，% （體積）；CO燃氣中一氧化碳含量，%（體積）；ch4燃氣中甲烷含量，%（體積）；d燃氣相對密度（空氣相對密度為1）；K燃氣中氧含量修正系數(shù)；O2燃氣中氧含量，%（體積）。城市燃氣的分類應(yīng)符合表的規(guī)定。城市燃氣的分類（干，0C, 101.3kPa ）表類別華白系數(shù)W,MJ/m3 (Kcal/m2)燃燒勢CP標準范圍標準范圍人工燃氣5R22.7(5430)21.1(5050)24.3(5810)9455966R27.1(6470)25.2(6017)29.0(6923)108631107R

7、32.7(7800)30.4(7254)34.9(8346)12172 128天然氣4T18.0(4300)16.7(3999)19.3(4601)2522576T26.4(6300)24.5(5859)28.2(6741)29256510T43.8(10451)41.2(9832) 47.3(11291)33313412T53.5(12768)48.1(11495)57.8(13796)40368813T56.5(13500)54.3(12960)58.8(14040)414094液化石油 氣19Y81.2(19387)76.9(18379)92.7(22152)48424922Y92.7(

8、22152)76.9(18379)92.7(22152)42424920Y84.2(20113)76.9(18379)92.7(22152)464249注：6T為液化石油氣混空氣，燃燒特性接近天然氣。三、天然氣的儲運天然氣是以氣態(tài)燃用，但儲運方式有管輸天然氣、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。壓縮天然氣（CNG）壓縮天然氣（CNG）是通過壓縮機加壓的方式，將天然氣 壓縮至容器，增加容器存儲體積的天然氣運輸方式。一般情況 下，天然氣經(jīng)過幾級壓縮，達到20MPa的高壓，在用氣時在經(jīng) 減壓閥降壓使用。在20MPa高壓下，天然氣的壓縮比可以達到 276。CNG在生產(chǎn)

9、和利用過程中成本相對較低，能耗低。但是 由于采用笨重的高壓氣瓶，導(dǎo)致CNG單車運輸量比較小，運輸 成本高。因此，一般認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)燃氣。CNG項目的特點：與LNG相比，設(shè)備相對簡單、投資少; 與管道天然氣相比要靈活，因為管道一旦建設(shè)好以后，無法根 據(jù)市場的需要發(fā)生轉(zhuǎn)移。液化天然氣（LNG）當(dāng)天然氣在大氣壓下，冷卻至約-1621時，天然氣由氣態(tài) 轉(zhuǎn)變成液態(tài)，稱為液化天然氣（Liquefied Natural Gas，縮寫 為LNG ） 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?？梢娨夯烊粴饩哂休^大的氣液，便于運 輸。另外

10、，由于LNG的燃點及爆炸極限高于汽油，所以不易發(fā) 生爆炸，安全性能好。LNG項目包括液化工廠、低溫儲槽和再氣化工廠的建設(shè)。 液化和再氣化工廠的經(jīng)濟可行性由年產(chǎn)量和最高供氣量決定。 由于LNG所以低溫液體，其生產(chǎn)、儲運及利用過程中都需要相 應(yīng)的液化、保溫和氣化設(shè)備，投資額高。這種運輸形式只有在 規(guī)模發(fā)展較大時才具有合理的經(jīng)濟性能。管輸天然氣（PNG）管輸天然氣是通過管道直接將天然氣輸運到用戶點的一種 運輸方式，主要針對氣源地用戶或與氣源地通過陸地相連的國 家之間天然氣運送。管道長度對于PNG方式有一定要求。對于 距離氣源地較遠的地區(qū)，只有當(dāng)用氣量較大時才會具有較好經(jīng) 濟性。由于海底管道的建造和維

11、護費用高，當(dāng)天然氣的海上運 輸距離較長時，將會傾向于采用LNG船運輸。與LNG項目不同，PNG項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)投資是影響項目經(jīng)濟可行性的主要 決定因素?；窘ㄔO(shè)投資額隨著管線距離、管線走向、地理環(huán) 境和負荷系數(shù)的變化而變化。天然氣井口價格也對PNG項目的 經(jīng)濟可行性有較大影響。當(dāng)天然氣的進口價格一定時，運輸距 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， LNG項目將更加可行。據(jù)英國BP公司提供數(shù)據(jù)，管道天然氣 和液化天然氣運輸成本運輸距離的臨界值大致在40005000 公里間。其他技術(shù)除了上述三種已經(jīng)成熟的天然氣存儲技術(shù)，各國還在積極 探尋其他

12、更經(jīng)濟有效方式。其中包括天然氣水合物(NGH , Natural Gas Hydrate，簡稱 Gas Hydrate )和吸附天然氣 (ANG , Adsorption Natural Gas )等。天然氣水合物資源是世界能源開發(fā)的下一個主要目標。海 底的天然氣水化物資源豐富，其開發(fā)利用技術(shù)已成為一個國際 能源領(lǐng)域的熱點。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氣體為甲烷，對甲烷分子含量超過 99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物（Methane Hydr

13、ate ）。在標準狀況下，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) 對氣體的吸附特性進行儲氣。由于這種新型的儲氣方式也要求 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（如在儲存壓力為3.5 MPa時，理論儲氣量可達 其容積體積的150倍）,因此從一定意義上講，該儲存方式同屬 壓力儲存。但由于儲存壓力較CNG大為降低，因此容器重量相 應(yīng)減輕，安全性相對提高。當(dāng)儲氣容器的改良同樣是減輕車輛 無效載重、提高空間利率、減緩容器內(nèi)

14、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：吸附劑以及熱能儲存器的開 發(fā)已有了較大進展。作為天然氣儲存的一種方式，由于單位存 儲介質(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-831,故在常 溫下，無法僅靠加壓將其液化。通常的液化天然氣(Liquefied Natural Gas，簡稱LNG)多存儲在溫度為-1621、壓力為 0.1MPa左右的低溫儲罐內(nèi)，其密度為標準狀態(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存。液化天然氣是經(jīng)過凈化處理(脫水、脫烴、脫酸

15、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H S,CO ,H o的清除，以免低溫下凍結(jié)、堵塞。天然氣液化裝置按甬途可分為兩大類，即基本負荷型天然 氣液化裝置和調(diào)峰型天然氣液化裝置。基本負荷型天然氣液化 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，是一個復(fù)雜龐大的系統(tǒng)工程，投 資高達數(shù)十億美元。由于項目投資巨大，LNG項目大多由殼牌、 道達爾等大型跨國石油公司與資源擁有國政府合資建設(shè)?；?負荷型天然氣液化裝置的液化單元常采用級聯(lián)式液化流程和混 合制冷劑液化流程。20世紀60年代最早建設(shè)的天然氣液化裝 置，采用當(dāng)時技術(shù)成

16、熟的級聯(lián)式液化流程。到70年代又轉(zhuǎn)而采 用流程大為簡化的混合制冷劑液化流程(MRC)。80年代后，新 建與擴建的基本負荷型天然氣液化裝置則幾乎無一例外地采用 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)運行。因此,調(diào)峰型液化流程要求具有高效、靈活、簡 便、低成本的特點。一般，對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)計要求和外圍條件對上述因素進 行綜合考慮，即對不同液化流程的投資成本、比功耗、運行要求 以及靈活性進行全面對比，才能最終決定采用何種

17、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-1621, 壓力為常壓；中原綠能高科液化工廠出廠 LNG溫度約為- 145C,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止烷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N2

18、0.65500.085二、LNG物性數(shù)據(jù)LNG的物性如下：分子量：17.3氣化溫度：-162.3C(常壓 1.053bar)臨界溫度：-82.5C液相密度：440kg/Nm3氣相密度：0.75 kg/Nm3 (15.5C)燃點：650C熱值：8700kcal/Nm3氣化潛熱：0.51MJ/Kg (121Kcal/Kg )運動粘度：12.072x10-6m2/s燃燒勢：45.18CP華白數(shù)：54.23MJ/m3爆炸極根上限15.77%下限4.91%三、LNG特點天然氣液化后，體積縮小600多倍，可以在公路、鐵路、船舶上實現(xiàn)經(jīng)濟運輸。儲存效率高、占地少、投資省。建設(shè)模式機動靈活，可由小到大，由點到面，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 排放對大氣的污染，應(yīng)用前景廣闊。LNG的氣化過程，釋放出大量的冷量，有很高的綜合 利用價值。LNG生產(chǎn)使用較液化石油氣更為安全可靠。其燃點為 6501,比汽油高2301,爆炸極限為5%-15%,氣相密度為 0