綠能控股集團(tuán)LCH4在中國未來源中的發(fā)展趨勢第二版-20140426

綠能高科集團(tuán)有限公司北京綠能高科天然氣應(yīng)用技術(shù)研究院有限公司LCH4在中國未來能源中的發(fā)展趨勢(主講人：張孔明)2014年4月目錄（一）天然氣儲(chǔ)量豐富（二）天然氣來源廣（三）LCH4經(jīng)濟(jì)性好（四）LCH4易應(yīng)用（五）LCH4發(fā)展關(guān)鍵因素（六）LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿Γㄆ撸┙Y(jié)束語常規(guī)能源名稱第一名第二名第三名石油1國家沙特阿拉伯委內(nèi)瑞拉加拿大儲(chǔ)量（億噸）359.73289.27240.02天然氣2國家俄羅斯伊朗卡塔爾儲(chǔ)量（萬億立方米）47.53325.6煤3國家美國俄羅斯中國儲(chǔ)量（百萬噸）246643157010114500非常規(guī)能源頁巖氣4國家中國美國阿根廷儲(chǔ)量（萬億立方英尺）1275862774可燃冰5國家中國————儲(chǔ)量（億噸油當(dāng)量）803.44————核能6（鈾）國家澳大利亞加拿大哈薩克斯坦儲(chǔ)量（百萬噸）64.626.523.21.摘自《油氣雜志》,20122.摘自阿拉伯油出口國組織(OAPEC),20113.摘自全球能源網(wǎng),20124.摘自美國能源情報(bào)署（EIA）《2011年全球頁巖氣資源初步評(píng)估》5.摘自國際能源網(wǎng),20106.摘自經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)(OECD/NEA)和國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)《2009年鈾:資源、生產(chǎn)和需求》世界能源儲(chǔ)量不均，傳統(tǒng)化石燃料主要蘊(yùn)藏于中東地區(qū)、俄羅斯，中國和美國的煤以及頁巖氣資源豐富。（一）天然氣儲(chǔ)量豐富（一）天然氣儲(chǔ)量豐富*BP2012數(shù)據(jù)顯示：天然氣探明儲(chǔ)量。中國可利用儲(chǔ)量為，常規(guī)天然氣1500億方(近期可在用)，頁巖氣2000億方，水合物1000億方，煤清潔化3000億方，生物、太陽能、風(fēng)能等制天然氣2500億方，總量在1萬億方（折合1.36萬億公斤標(biāo)煤）以上，根據(jù)中國統(tǒng)計(jì)年鑒2012能源消費(fèi)總量在348002萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，天然氣占比最高可達(dá)39%，對中國未來能源需求緊張緩解有很重要的作用；萬億立方米年中國世界5504321（二）天然氣來源廣新能源替代能源可再生能源風(fēng)能太陽能水能海洋能生物燃料不可再生能源（非常規(guī)天然氣）液化天然氣煤層氣及液化頁巖氣及液化煤制氣可燃冰其他替代能源核能氫、熱、電天然氣天然氣電解水制氫天然氣新能源定義（聯(lián)合國新能源和可再生能源會(huì)議，1980）替代能源定義（WIKIPEDIA，1980）（三）LCH4經(jīng)濟(jì)性好優(yōu)點(diǎn)天然氣是低碳燃料[根據(jù)IPCC2006年碳排放系數(shù)]汽油:2.90e-4kgCO2/kCal，柴油:3.10e-4kgCO2/kCal，LNG:2.35e-4kgCO2/kCal按照單位熱值二氧化碳排放計(jì)算:汽油：柴油：天然氣=0.935:1:0.758天然氣機(jī)排放相對傳統(tǒng)機(jī)排放降低超過20%，碳排放成本也會(huì)減少天然氣是清潔燃料，后處理成本低[清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系2012]國四排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油公交車每行駛1公里會(huì)排放0.075克PM2.5，而同樣排放標(biāo)準(zhǔn)的天然氣公交車同等路程僅排放0.005克PM2.5，減排比率可達(dá)93%。[2013第十四屆中國國際天然氣汽車、加氣站設(shè)備展覽會(huì)]萬元油改氣車，一氧化碳排放量比燃油汽車減少90％以上，碳?xì)浠衔锱欧艤p少70％以上，氮氧化合物排放減少35％以上，可吸入顆粒物PM2.5的排放量更是比汽油車削減98％以上，尾氣中無硫化物和鉛的排放。*值得關(guān)注的是天然氣PM排放個(gè)數(shù)和CH4排放帶來的不利影響天然氣開采成本低[根據(jù)BP2012能源統(tǒng)計(jì)年鑒]開采成本是煤的1/5~1/3，是油的1/10~1/5再加工成本如液化成本是煉油成本的1/5,是氫液化成本的1/10[北京201307月21日]93#汽油（43.07MJ/kg）價(jià)格7.63元/升，0#柴油(42.552MJ/kg)價(jià)格7.53元/升，北京發(fā)改委預(yù)建加氣站估價(jià)：天然氣（47.5MJ/kg）4.99元/立方米按照單位熱值成本計(jì)算:汽油：柴油：天然氣=1.17:1:0.7氫的理想儲(chǔ)存方式氫容易引起材料氫脆，氣態(tài)儲(chǔ)存能量密度低，氫氣爆炸極限4~74.2%，帶來安全性，液化成本高，但煤加氫或農(nóng)作物加氫可制成甲烷，能量密度，儲(chǔ)運(yùn)使用安全可靠性提高改型成本低由于我國已有一定應(yīng)用基礎(chǔ)？？，車用，天然氣機(jī)在傳統(tǒng)機(jī)上小改型就可以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，不至于對行業(yè)沖擊太大；民用如燃具，采用摻空氣的LPG與LNG華白數(shù)、燃燒勢相差小于2%、5%，可以實(shí)現(xiàn)不同燃料同一燃具上互換運(yùn)營成本低汽油車、柴油車司機(jī)普遍反映百公里節(jié)省運(yùn)營成本40%以上；（如不計(jì)初期成本和維護(hù)成本）（四）LCH4易應(yīng)用補(bǔ)充說明應(yīng)用范圍廣[天然氣利用政策（2012年國家發(fā)展和改革委員會(huì)第15號(hào)令）]城市燃?xì)?、工業(yè)燃料、天然氣發(fā)電和天然氣化工[天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范]（2013.9.1）該規(guī)范為天然氣船舶使用推廣提供了保障[液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)]國內(nèi)正在研制

天然氣(CH4為主)汽油柴油氫氣分子式CH4含C5-C12的THC含C12-C23的THCH2相對分子量161141702C質(zhì)量百分比(％)7585.5870H質(zhì)量百分比(％)2514.512.6100O質(zhì)量百分比(％)00O.40理論空燃比質(zhì)量比17.2514.814.32.36理論空燃比體積比9.528586941734.3低熱值(MJ/kg)50.0543.942.5120混合氣熱值(MJ/m3)3.363.73~3.833.790.126沸點(diǎn)(℃)-16130~190160~360-252.8辛烷值(RON)13080~9020~30>130十六烷值<101445~65-著火極限體積(％)5~151.3~7.61.5~8.24~74著火溫度(常壓)(℃)600~650380~450260~350510~590層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?mm/s)338340~370350~4702700密度（kg/m3)液體420~460kg/m^3

氣體1.5kg/m^3739(25C)860(25C)液體70氣體0.0899（五）LCH4發(fā)展關(guān)鍵因素（產(chǎn)業(yè)競爭）LCH4產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)要素市場要素相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)競爭政府方面汽車為當(dāng)前好的終端之一LCH4發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但未能引起足夠重視，技術(shù)需要提升：船用，重卡，城市客車、公交，環(huán)衛(wèi)，發(fā)電，油田鉆機(jī)，出租車，混合動(dòng)力車，燃料電池車，改裝車，航空發(fā)動(dòng)機(jī)（五）LCH4發(fā)展關(guān)鍵因素（政府方面）名稱主要目的執(zhí)行日期發(fā)布部門車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）GB17961-2005為防治環(huán)境污染、保護(hù)和改善生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，保障人體健康2007.01.01國家環(huán)境保護(hù)總局（現(xiàn)為部）《壓縮天然氣汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法》(征求意見稿)包括燃料消耗量碳平衡法和質(zhì)量流量計(jì)實(shí)測法2010中國汽車技術(shù)研究中心《液化天然氣（LNG）汽車加氣站技術(shù)規(guī)范》（報(bào)批稿）制定了液化天然氣（LNG）汽車加氣站的設(shè)計(jì)、施工建造等方面的規(guī)定2010國家能源局GB/T26780-2011壓縮天然氣汽車燃料系統(tǒng)碰撞安全要求壓縮天然氣汽車燃料系統(tǒng)的碰撞試驗(yàn)和密封性試驗(yàn)2011全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC114）《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》推進(jìn)節(jié)能減排工作，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)2012.08.06國務(wù)院《天然氣》一類氣氣質(zhì)指標(biāo)，每立方米天然氣高位發(fā)熱量由原來大于31.4兆焦耳提高到大于36兆焦耳；每立方米天然氣總硫含量由不大于100毫克提高到不大于60毫克；二氧化碳含量由小于或等于3%提高為小于或等于2%。2012.09.01中國石油西南油氣田天然氣研究院和中國石油工程設(shè)計(jì)公司西南分公司負(fù)責(zé)起草《天然氣利用政策》規(guī)定了天然氣利用領(lǐng)域與順序，促進(jìn)天然氣節(jié)約利用和供需保障2012.12.01國家發(fā)展和改革委員會(huì)國家發(fā)展改革委關(guān)于調(diào)整天然氣價(jià)格的通知為逐步理順天然氣價(jià)格，保障天然氣市場供應(yīng)、促進(jìn)節(jié)能減排，提高資源利用效率，提出了天然氣價(jià)格調(diào)整方案2013.06.28國家發(fā)展和改革委員會(huì)《天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)營管理辦法》(征求意見稿)為保障天然氣基礎(chǔ)設(shè)施加快有序發(fā)展，推進(jìn)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施提供公共服務(wù)，保障天然氣安全穩(wěn)定供應(yīng)2013.08國家發(fā)展改革委、國家能源局分類天然氣液化裝置與混合制冷技術(shù)液化天然氣聯(lián)產(chǎn)提氦技術(shù)生產(chǎn)高純度液態(tài)甲烷技術(shù)異戊烷脫苯凈化技術(shù)帶壓儲(chǔ)存技術(shù)特點(diǎn)1、液化工藝技術(shù)種類齊全，階式制冷、氮膨脹制冷、混合制冷世界三大天然氣液化制冷技術(shù)，公司都已投產(chǎn)工業(yè)化應(yīng)用2、我國自主研發(fā)的三段混合制冷液化技術(shù)能耗低，比國際同類天然氣液化技術(shù)節(jié)能15%。3、開停機(jī)水平國際領(lǐng)先，實(shí)現(xiàn)2小時(shí)內(nèi)可靠開機(jī)并達(dá)到正常操作工藝參數(shù)要求。停機(jī)無需泄壓放空，不但避免制冷劑浪費(fèi)，增加安全可靠性，而且降低了碳排放。4、造價(jià)低，投資成本比同類節(jié)約20%。1、純度高，達(dá)到99.999%。2、動(dòng)設(shè)備少，能耗低。3、是世界上僅有幾家掌握工業(yè)提氦核心技術(shù)的公司之一。4、提氦過程資源綜合利用程度高，附加值高、零排放。5、操作簡單，自動(dòng)化程度高。1、純度高，達(dá)到99.9%。2、液態(tài)甲烷作為汽車燃料能耗降低5%，碳排放降低20%。氮氧化物減少60%以上。3、依托原有LNG工藝，增加少量設(shè)備即可，無需重新設(shè)計(jì)。1、工藝流程國際一流。2、投資成本低廉，僅占國際同類技術(shù)投資的10%。3、脫苯程度高。4、穩(wěn)定性好。1、工藝簡單。2、大大減少BOG損失。3、操作彈性大。氫能作為一種高效清潔的能源形式，為大家熟知，但由于氫能有能量密度低、不安全等因素，目前沒有被提升到主要能源形式的地位。高純液態(tài)甲烷LCH4不僅含氫量高，而且具有能源密度高、安全等優(yōu)點(diǎn)。為緩解國家能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，新能源和替代能源方案很多，目前能源呈現(xiàn)多元化趨勢，天然氣作為重要能源之一，各種渠道獲取的天然氣的利用都不可小視，比如從海底、從巖石、從煤、從油田、從農(nóng)作物等等都可以獲取天然氣，但天然氣雜質(zhì)成分不統(tǒng)一，這樣對應(yīng)用造成了困難。如何借助簡單可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的物理或化學(xué)過程對天然氣進(jìn)行提純，如何低能耗、低成本的對天然氣進(jìn)行液化提高能量密度，同時(shí)也可以提純，成了眾多研究者研究的重點(diǎn)。如上表列舉了幾項(xiàng)技術(shù)，就是生產(chǎn)高純液態(tài)甲烷LCH4技術(shù)。（五）LCH4發(fā)展關(guān)鍵因素（生產(chǎn)要素）年份大型物流公司（家）LNG運(yùn)輸車保有量（臺(tái)）物流市場規(guī)模（億元）201038006.320114110012.520126150018.4201310200025.3201414240032.4201520300040經(jīng)濟(jì)增長與汽車交通運(yùn)輸量和車用能源有很強(qiáng)的正相關(guān)，如何在經(jīng)濟(jì)增長同時(shí)，保證能源安全和氣候環(huán)保？高效、清潔、儲(chǔ)量豐富、經(jīng)濟(jì)、安全、適用的能源，能源多元化共存是比較合適的答案。在能源多元化中，LCH4（LNG一種，但更純）是比較有潛力的能源形式之一：1）市場潛力，需求量逐步增加（六）LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿?）改善潛力，針對一款市場上的主流發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器測試發(fā)現(xiàn)，渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配并不理想，見附圖。推薦關(guān)鍵零部件按天然氣特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。rpm3）能源來源潛力，能制取天然氣都可以制取LCH4，太陽能制氫后也可以再制成更安全的LCH4質(zhì)量流量壓比4）技術(shù)潛力，提純后節(jié)能（也是減排）效果明顯，同一發(fā)動(dòng)機(jī)上新舊燃料對比試驗(yàn)，顯示新燃料（99.5%）氣耗比舊燃料(92.5%)氣耗減少5%以上燃?xì)庀牧哭D(zhuǎn)速5）技術(shù)潛力，專業(yè)化燃料提純后，通過同一發(fā)動(dòng)機(jī)上不同壓縮比對比試驗(yàn)，顯示高壓縮比(12:1)氣耗比低壓縮比(11:1)氣耗減少3%以上，見附圖。轉(zhuǎn)速燃?xì)庀牧浚㎜CH4在中國的發(fā)展?jié)摿Γ㎜CH4在中國的發(fā)展?jié)摿?）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)狄塞爾循環(huán)奧托循環(huán)阿特金森/米勒循環(huán)布雷頓循環(huán)郎肯循環(huán)薩巴德循環(huán)全新熱力循環(huán)（六）LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿?）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)之效率分析機(jī)型實(shí)際壓縮比實(shí)際最低比油耗實(shí)際效率--(g/kw.h)-汽油機(jī)8.83880.219.253850.2110.04180.2010.53800.22柴油機(jī)17.52000.4217.81950.43182150.39卡諾循環(huán)熱效率是所有熱機(jī)中效率最高的；理論奧托循環(huán)熱效率是卡諾循環(huán)實(shí)現(xiàn)方式之一，實(shí)際應(yīng)用過程中由于各種損失及壓縮比上不去等原因，以至于實(shí)際熱效率很低，一般在20%~30%左右。狄塞爾循環(huán)熱效率理論上比奧托循環(huán)熱效率低，實(shí)際應(yīng)用中由于壓縮比高，一般在30~40%，有的更高。（相關(guān)實(shí)例數(shù)據(jù)見右表）本發(fā)明熱力循環(huán)相比奧托循環(huán)更易接近卡諾循環(huán)熱效率。6）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)之各工況點(diǎn)數(shù)據(jù)分析工況點(diǎn)參數(shù)壓力溫度密度比容定壓比熱Cp定容比熱Cv比熱比k（MPa)(K)（kg/m3）(m3/kg)(kJ/(kg·K))(kJ/(kg·K))(-)a0.100308.01.1310.88431.0070.7201.40b0.250416.22.0920.47801.0230.7361.39c0.230324.22.4710.40471.0090.7221.40d0.575437.84.5740.21861.0270.7401.39e0.555327.55.9030.16941.0090.7221.40f(g)1.388442.210.9300.09151.0280.7411.39h1.3381045.84.4540.22451.1600.8731.33i2.6862098.94.4740.22351.3301.0441.27j0.1501095.80.4792.08971.2160.9301.31k0.100530.90.6581.51861.0810.7951.36過

程參數(shù)增壓比等熵效率壓力損失過程比功(-)(-)（Mpa)（kJ/kg)a-b(一級(jí)增壓比功率消耗)2.500.850.15108.9b-c（一級(jí)中冷比散熱損失）0.921.000.0298.8c-d（二級(jí)增壓比功率消耗）2.500.850.35114.6d-e（二級(jí)中冷比散熱損失）0.971.000.02119.2e-f（三級(jí)增壓比功率消耗）2.500.850.83115.8g-h（換熱中空氣接收的能量）0.961.000.05758.9h-i（燃燒過程中的比能量輸入）2.011.001.351047.2i-j（膨脹做功）0.060.992.54964.6j-k（換熱中廢氣釋放的能量）0.671.000.05758.8k-a（向大氣散熱）1.001.000.00263.6根據(jù)以上的計(jì)算，可以得到本發(fā)明循環(huán)的熱效率為59.70%，另外最高工作壓力為26.86bar。（六）LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿?）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)之專利說明（專利號(hào)201410132101.4）本發(fā)明（專利號(hào)201410132101.4）提供了基于正時(shí)定容燃燒方式的一種原動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)方法，其循環(huán)包括多級(jí)壓縮級(jí)間冷卻過程、逆流換熱過程、正時(shí)定容燃燒過程和絕熱膨脹過程，是一種由熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力循環(huán)。通過多級(jí)壓縮級(jí)間冷卻過程，減少壓縮耗功；通過逆流換熱過程，回收本要排至外部環(huán)境的工質(zhì)的焓并參與熱力循環(huán)，提高熱能利用率；通過正時(shí)定容燃燒過程，實(shí)現(xiàn)長時(shí)間均勻低溫定容燃燒，有效抑制HC、CO、PM和NOx等有害污染物的產(chǎn)生，同時(shí)提高燃燒效率；通過絕熱膨脹過程，使膨脹后壓力接近環(huán)境壓力，實(shí)現(xiàn)充分膨脹做功。本發(fā)明為今后設(shè)計(jì)高效低污染物排放和高性能的原動(dòng)機(jī)提供了方向。1-一級(jí)壓縮機(jī)、2-一級(jí)中冷器、3-二級(jí)壓縮機(jī)、4-二級(jí)中冷器、5-三級(jí)壓縮機(jī)、51-一級(jí)壓縮進(jìn)氣口、52-一級(jí)壓縮排氣口、53-二級(jí)壓縮進(jìn)氣口、54-二級(jí)壓縮排氣口、55-三級(jí)壓縮進(jìn)氣口、56-三級(jí)壓縮排氣口、57-壓縮機(jī)內(nèi)腔轉(zhuǎn)子、58-壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸、59-壓縮機(jī)聯(lián)動(dòng)裝置、6-儲(chǔ)壓調(diào)壓裝置、7-逆流換熱器、8-正時(shí)定容燃燒器、9-燃料噴射器、91-噴射器噴孔、10-膨脹機(jī)、11-輸出軸、12-正時(shí)裝置、121-控制閥門Ⅰ、122-控制閥門Ⅱ、123-控制閥門Ⅲ、15-氧化劑輔助供給裝置（六）LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿?）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)之專利說明（專利號(hào)

201410130949.3）本發(fā)明提供了一種原動(dòng)機(jī)的半閉式正時(shí)定容熱力循環(huán)方法及系統(tǒng)，其循環(huán)包括多級(jí)壓縮級(jí)間冷卻、逆流換熱、正時(shí)定容燃燒、絕熱膨脹、后冷卻和二氧化碳和水脫除6個(gè)過程，是一種熱功轉(zhuǎn)化的熱力循環(huán)。多級(jí)壓縮級(jí)間冷卻過程減少壓縮耗功；逆流換熱過程回收膨脹后工質(zhì)的焓，參與熱力循環(huán)