第23卷第3期天然氣與石油Ⅴol.23No.32005年8月Natural Gas and oilLNG的研究和應(yīng)用廖志敏杜曉春陳剛2鄧少偉3熊珊1.西南石油學(xué)院四川成都6105002.重慶氣礦開(kāi)江采輸氣作業(yè)區(qū)生產(chǎn)技術(shù)辦重慶636250西南油氣田公司輸氣管理處宜賓運(yùn)銷(xiāo)部四川宜賓644600摘要簡(jiǎn)單介紹ING的應(yīng)用情況、組成和性質(zhì)詳細(xì)闡述了關(guān)于LNG的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和氣化概括出ING的優(yōu)勢(shì)對(duì)市場(chǎng)發(fā)展前景提出一些設(shè)想關(guān)鍵詞NG應(yīng)用組成性質(zhì)痛存運(yùn)輸氕化前景文章編號(hào)1006553%2005)3-02804文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼600。一般商業(yè)LNG產(chǎn)品的組分為2:甲烷90%1ING的應(yīng)用情況98%乙烷1%~6%丙烷1%~4%丁烷0~4%,其他烴類(lèi)化合物低于1%惰性組分0~3%(在0.1液化天然氣 liquefied Natural Gas簡(jiǎn)稱(chēng)ING以MPa下1m3的ING相當(dāng)于625m3的天然氣即起于20世紀(jì)60年代。最初主要用作管輸供氣的補(bǔ)其主要組分為甲烷還有少量的乙烷、丙烷和丁烷及充氣源在用氣高峰時(shí)送入配氣管網(wǎng)以增加鄰近用N。在LNG,的液化過(guò)程中天然氣中的水、惰性氣戶(hù)供氣量。天然氣不僅能在陸地上用管道輸送到遠(yuǎn)體、C5等烴類(lèi)基本均被脫去因而ING的組分比管處而且可以被液化成本低廉地遠(yuǎn)赴重洋提供質(zhì)道天然氣的組分更穩(wěn)定。量比一般管道天然氣更好的燃?xì)獠⑶矣欣诃h(huán)境般商業(yè)LNG的主要性質(zhì)為依組分不同略有保護(hù)是較清潔的燃料。變化)密度為426kg/m(0.1MPa,-162℃)燃點(diǎn)自20世紀(jì)80年代開(kāi)始JNG是世界發(fā)展最快為650℃爆炸極限為5%~15%壓縮系數(shù)為0.740的燃料之一年貿(mào)易增加率為8%1。202年世界0.820。由此可以看出LNG的燃點(diǎn)比汽油和柴油ING貿(mào)易增長(zhǎng)率為10.1%達(dá)到1369×10m3占國(guó)還高因而是一種比較安全的燃料。因?yàn)長(zhǎng)NG的蒸際天然氣總貿(mào)易量的25%,占全球天然氣消費(fèi)總量氣比空氣輕所以稍有泄漏即會(huì)揮發(fā)擴(kuò)散很難形成的5.7%遇火爆炸的濃度(但較大量的泄漏會(huì)在LNG周?chē)覈?guó)的ING應(yīng)用則剛剛開(kāi)始起步沿海缺乏清形成一個(gè)溫度極低的小環(huán)境易產(chǎn)生凍害)潔能源的地區(qū)正在規(guī)劃或建設(shè)大型LNG接收站如正在建設(shè)的廣東INV項(xiàng)目對(duì)于我國(guó)東部地區(qū)除了3LNG的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和氣化作為常規(guī)的燃料或原料外而且可以作為西氣東輸?shù)募竟?jié)調(diào)峰和應(yīng)急氣源。3.1儲(chǔ)存ING的儲(chǔ)存是液化天然氣技術(shù)中非常重要的內(nèi)2LNG的組成和性質(zhì)容之一。由于ING主要用作城市燃?xì)饣虬l(fā)電廠(chǎng)的燃料因此要求儲(chǔ)罐有很大的儲(chǔ)存容量目前世界上ING是在常壓(或略高于常壓)下低溫(-162容中國(guó)煤化工1m。ING,的儲(chǔ)存方℃)液化了的天然氣體積約為其氣態(tài)體積的1/式主CNMHG兩大類(lèi)。收稿日期2004-06-22修回日期200408作者簡(jiǎn)介瘳志敏1979)男四川宜賓人西南石油學(xué)院在讀碩士主要從事石油天然氣儲(chǔ)運(yùn)工藝方面的研究。電話(huà)(028毀搪第23卷第3期廖志敏等NG的研究和應(yīng)用3.1.1地面儲(chǔ)存在天然氣運(yùn)輸上管線(xiàn)輸送和液化后船運(yùn)適用地上罐按其結(jié)構(gòu)又可分為球罐、單容式、雙容于大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸送天然氣陸上輸送天然氣主要式、全容式及膜式罐等類(lèi)型。盡管各種LNG儲(chǔ)罐都敷設(shè)輸氣管線(xiàn)當(dāng)要跨越海洋時(shí)雖然可以敷設(shè)水下有比較好的安全運(yùn)行記錄但現(xiàn)在通常采用更安全、管線(xiàn)但造價(jià)昂貴維修和管理困難,目前仍以液化更可靠的全容式儲(chǔ)罐即由9%鎳鋼內(nèi)筒加9%鎳鋼后船運(yùn)較為經(jīng)濟(jì)。對(duì)于在陸上數(shù)量不大的LNG輸或混凝土外筒和頂蓋構(gòu)成?？稍试S內(nèi)筒里的ING送冋以采用鐵路和公路槽車(chē)短距離運(yùn)輸可以采用和氣體向外筒泄漏但不能向外界泄漏設(shè)計(jì)壓力可公路槽車(chē)超過(guò)一定距離采用鐵路槽車(chē)較為經(jīng)濟(jì)達(dá)0.029MPa沒(méi)計(jì)溫度為-170~60℃。因球罐的現(xiàn)在,世界運(yùn)輸LNG有三個(gè)主要的方式最大容積只能達(dá)到5×10m3,容積偏小所以大型3.2.1公路和鐵路槽車(chē)ING工廠(chǎng)及接收站中很少采用。陸上運(yùn)輸ING可以采用公路槽車(chē)或鐵路槽車(chē)3.1.2地下儲(chǔ)存用糟車(chē)運(yùn)輸深冷液體已經(jīng)使用多年了因此技術(shù)上這種儲(chǔ)存方式可以建造幾十萬(wàn)立方米的大型是成熟的目前國(guó)產(chǎn)容積最大的LNG半掛車(chē)容積ING儲(chǔ)罐也是由金屬制成的雙層結(jié)構(gòu)組成內(nèi)層采為40m(有效容積36m3)其日蒸發(fā)率小于0.2%,用低溫高強(qiáng)度的金屬膜制成。內(nèi)、外殼體之間充入已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。絕熱材料和氮?dú)?。?chǔ)槽建筑在地下LNG儲(chǔ)存的最3.2.2運(yùn)輸船高液面不超過(guò)地面具有防災(zāi)害性事故的功能。當(dāng)需要跨越海洋時(shí)用船運(yùn)送LNG仍是目前比3.1.3注意防止ING在儲(chǔ)罐內(nèi)分層較經(jīng)濟(jì)的方法。設(shè)計(jì)和制造LNG槽船最重要的是由于天然氣組分存在一定的差異特別是來(lái)自安全性和可靠性L(fǎng)NG槽船和LNG槽車(chē)一樣接觸不同氣田的天然氣,所以L(fǎng)NG的密度也會(huì)有所不ING的部件是在極低溫度下工作因此必須選擇合同。如果不同密度的LNG儲(chǔ)存在同一儲(chǔ)罐內(nèi)容易適的材質(zhì)和制造工藝。儲(chǔ)罐必須有雙層罐壁第一引起液體分層。密度較大的液體積聚在儲(chǔ)罐底部,層罐壁防止IVG泄漏第二層罐壁的作用是一旦內(nèi)而密度小的液體處于頂部底部液體還因受到上面壁泄漏不致?lián)p壞船殼。LNG槽船的設(shè)計(jì)和制造還在液體重力的作用壓力高于上部液體對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫不斷改進(jìn)主要是增加儲(chǔ)罐內(nèi)壁的可靠性以便最終度相應(yīng)提高相對(duì)于該壓力相應(yīng)的蒸發(fā)溫度來(lái)說(shuō)底取消外壁。部ING成為具有一定的過(guò)冷度的液態(tài)蒸發(fā)速度較3.2.3管輸上部液體慢。而外界熱量總是不斷由外而內(nèi)的傳在某些情況下可以考慮采用管線(xiàn)輸送LNG常遞底部液體獲得的熱量,有相當(dāng)一部分是使ING用的管子材質(zhì)是含鎳3.5%的合金鋼。但是,目前的溫度升高。由于溫度的升高密度將減小當(dāng)?shù)撞坑捎谳斔蚅NG要用合金鋼管及一定厚度的絕熱層,液體密度小于上部液體密度時(shí)分層平衡將被破壞,管線(xiàn)施工復(fù)雜維修困難因而,當(dāng)管線(xiàn)末站需要?dú)庑纬伤^的翻騰態(tài)天然氣時(shí)用管線(xiàn)輸送LNG是不經(jīng)濟(jì)的;如末站在對(duì)固定的LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行大容量充注時(shí),為了需要IN例如為了裝船出口)則可考慮用管線(xiàn)輸防止儲(chǔ)罐內(nèi)液體分層,首先要求被充注的液體的熱送ING。但是必須采用價(jià)格較貴的鎳鋼需要采用物性與儲(chǔ)罐中原有的液體接巡組分、溫度和密度)性能良好的低溫隔熱材料沅距離時(shí)需增建中間冷另外通常要求儲(chǔ)罐的進(jìn)液系統(tǒng)既有頂部進(jìn)液管又卻站。因此JNG輸送管道的初期投資費(fèi)用較高。有底部進(jìn)液管當(dāng)充注液體與儲(chǔ)罐中原有液體熱物但是輸量的增加將有助于降低低溫管道的投資費(fèi)性有差異時(shí)通過(guò)不同部位的輸送使液體均勻減用和少液體分層的可能性。具體方法是將密度較大的液離管H中國(guó)煤化工從而使ING的長(zhǎng)距CNMHG體輸送至液面密度較小的液體輸送至底部利用液我國(guó)LNVG運(yùn)輸均采用汽車(chē)槽車(chē)。單輛槽車(chē)最體自身的重力實(shí)現(xiàn)均勻混合。另外也可以采用機(jī)大水容積36m3LNG運(yùn)輸能力相當(dāng)于22000m3氣械攪動(dòng)或進(jìn)口噴射來(lái)達(dá)到均勺混合的目的。態(tài)天然氣31槽車(chē)設(shè)計(jì)壓力0.8MPa運(yùn)行壓力0.33.2運(yùn)輔方數(shù)據(jù)MPa。運(yùn)行中LNG槽車(chē)內(nèi)的壓力基本穩(wěn)定短時(shí)停天然氣與石油2005年車(chē)上升約0.02Ma,途中安全閥無(wú)放散現(xiàn)象,NG加熱一種中間流體蒸發(fā)產(chǎn)生的氣體再加熱LNC幾乎無(wú)損失。LNG公路運(yùn)輸費(fèi)用大約0.4~0.6元/ING受熱蒸發(fā)中間流體的蒸氣被ING冷凝,重新103km。變成液態(tài)實(shí)際上是個(gè)蒸發(fā)冷凝器。ING氣化后再除了汽車(chē)槽車(chē)運(yùn)輸外囯內(nèi)正在研究火車(chē)低溫進(jìn)入另一熱交換器與海水直接進(jìn)行熱交換。這種氣集裝箱運(yùn)輸方式及運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)以便更長(zhǎng)距離、更大量化器結(jié)構(gòu)緊湊適應(yīng)基本負(fù)荷型的裝置。地運(yùn)送ING。以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱形式每個(gè)集裝箱可裝30m3液態(tài)ING相當(dāng)于氣態(tài)20000m3。一列4優(yōu)勢(shì)LNG專(zhuān)列運(yùn)輸量為100×104~120×104m3氣態(tài)天然4.1清潔3.3再氣化ING是低污染的清潔燃料。有助于減緩由CO2通過(guò)高壓泵將ING加壓到約90MP后送到氣濃度增加引起的全球變暖問(wèn)題。天然氣含有極少量化器中再氣化為天然氣此時(shí)天然氣壓力為9MPa,燃料氮因此比煤和油的燃料型NO排放量要低很溫度最低為0℃)然后通過(guò)管道輸送到用戶(hù)。多接收站一般采用兩種氣化器(也稱(chēng)蒸發(fā)器)海水開(kāi)架式氣化器和漫沒(méi)燃燒式氣化器小型的ING42生產(chǎn)使用比較安全氣化器也用空氣氣化器)海水開(kāi)架式氣化器是由LNG的燃點(diǎn)650℃比汽油高230多度匯NG爆組內(nèi)部呈星形斷面、外部有翅片的鋁合金管組成,炸極限4.7%~15%汽油為1%~5%高出管內(nèi)流動(dòng)ING管外為噴淋的海水為防海水腐蝕,4.7倍NG密度為047左右汽油為07左右;它鋁合金管已作過(guò)防腐處理)由于氣化器運(yùn)行消耗與空氣相比更輕所以稍有泄漏立即飛散不致引起的主要是海水泵的電耗故運(yùn)行費(fèi)用較低。浸沒(méi)式自燃爆炸。燃燒氣化器是燃料氣天然氣在氣化器的燃燒室內(nèi)4.3經(jīng)濟(jì)5燃燒燃燒后的熱氣體通過(guò)噴嘴進(jìn)入水中將水加熱,比現(xiàn)在使用的其它清潔燃料核能、太陽(yáng)能和氫而通過(guò)ING的盤(pán)管則浸沒(méi)在水中由熱水加熱而氣氣舶價(jià)格都便宜。而且全世界對(duì)核能的使用仍存在抵制性太陽(yáng)能的使用又受到氣候條件的影響氫ING氣化器有多種形式4氣的價(jià)格受制取氬氣原料與費(fèi)用的影響汶些都是3.3.1開(kāi)架式氣化器ORV型氣化器)不利因素。OR型氣化器用海水作為L(zhǎng)NG氣化的熱源海水噴淋在蒸發(fā)器外表面,JNG在管內(nèi)吸收海水的熱方便量。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單操作和維護(hù)都很方便。適合于基本天然氣有長(zhǎng)輸管線(xiàn)的輸配系統(tǒng)而對(duì)于離氣源負(fù)荷型的IN終端站的運(yùn)行。也是當(dāng)今世界上最較遠(yuǎn)管線(xiàn)不能到達(dá)的地區(qū)LNG運(yùn)載船及運(yùn)載槽車(chē)常用的一種氣化器。是大量運(yùn)輸天然氣最經(jīng)濟(jì)的方式。對(duì)于自身氣源不3.3.2沉浸式氣化器SMv型氣化器)足的國(guó)家進(jìn)口ING是解決燃?xì)夤?yīng)最方便、最經(jīng)swⅴ型氣化器是利用燃?xì)馊紵龝r(shí)產(chǎn)生的熱量濟(jì)的方式。加熱水JNG氣化器放置在水中被加熱。燃燒器浸沒(méi)在水中燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱氣直接加熱水槽中的水。4.5作這種形式的氣化器具有熱量輸送量大、占地面積適中等特點(diǎn)氣化器容量通常在100C/h以上適應(yīng)碎等VVi中國(guó)煤化工塑料、橡膠等的低溫粉CNMHG于調(diào)峰型裝置和緊急使用的情況。3.3.3三熱交換器型氣化器T-Kx型氣化器)4.6作管道天然氣的調(diào)峰氣源Ti-kx型氣化器是一種殼一管式氣化器也是可對(duì)民用燃料系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰。利用海水作游但海水不是直接加熱LNG而是先儲(chǔ)存成本低第23卷第3期廖志敏等NG的研究和應(yīng)用31ING的儲(chǔ)存成本僅為氣態(tài)天然氣的1/6~氣源確保安全穩(wěn)定供氣1/70投資小占地少儲(chǔ)量大。d)由于天然氣使用的不均衡性天然氣供應(yīng)商不得不設(shè)法解決供氣調(diào)峰問(wèn)題尤其是用氣量季節(jié)5LNG的市場(chǎng)發(fā)展前景性波動(dòng)給天然氣的生產(chǎn)和輸送帶來(lái)了很多問(wèn)題迫使天然氣供應(yīng)商不得不在城市附近建設(shè)大型地下儲(chǔ)隨著我國(guó)西氣東輸工程在2004年上半年向上氣庫(kù)。如果在城市周邊建設(shè)LNG儲(chǔ)罐在沿海LNG海供氣天然氣在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用將越來(lái)越接收站用火車(chē)或汽車(chē)運(yùn)送LNG進(jìn)行季節(jié)調(diào)峰投資大這是因?yàn)樘烊粴馐乔鍧嵞茉磳?duì)改善環(huán)境狀態(tài)具應(yīng)該比集中建大型地下儲(chǔ)氣庫(kù)低得多而且靈活。有重要作用。因此無(wú)論是工業(yè)還是居民生活都將對(duì)天然氣產(chǎn)生越來(lái)越大的依賴(lài)性。為此對(duì)作為天參考文獻(xiàn)然氣另一種形式的ING的發(fā)展提出以下設(shè)想[ 1] Kesten D A clean fuel -LNG J ] Messer-SAIC Septembera在東南沿海缺乏清潔能源的地區(qū)建立LNG20008)27-28接收站進(jìn)口LNG供工業(yè)和民用正如現(xiàn)正在建設(shè)[2]任繼善液化天然氣在我國(guó)的應(yīng)用前1油氣儲(chǔ)運(yùn)的廣東LNG項(xiàng)目。20032x(5)7-10b連新確立LNG工業(yè)在我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略中[3]徐烈李兆慈張潔等我國(guó)液化天然氣(ING)的的地位形成設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、安裝運(yùn)行、儲(chǔ)存運(yùn)輸陸地儲(chǔ)存和運(yùn)轍J]天然氣工業(yè)20022x3)88-91應(yīng)用等各環(huán)節(jié)的統(tǒng)一體系6[4]杜光能.LNG終端接收站工藝及設(shè)備J].天然氣工業(yè))于我國(guó)天然氣的產(chǎn)地主要分布在西北地區(qū)199995)82-86新疆、陜北鄂爾多斯等)而東部地區(qū)天然氣的產(chǎn)[5]徐穎莊永茂談?wù)勔夯烊粴釰]城市公用事業(yè)量不多這就要依靠西氣東輸管道所輸送的西部天1997,K6)36-38然氣。這樣從供氣保障性來(lái)考慮應(yīng)該在我國(guó)東部61維濱梁玉章趙樹(shù)至加速發(fā)展我國(guó)的新興工業(yè)[J]油氣綜合利用工程994x2)10-14地區(qū)適當(dāng)建立LNG接收站來(lái)進(jìn)囗天然氣作為輔助6#溶劑油加氫脫芳技術(shù)獲成功由南化研究院和中原油氣高新股份有限公司天然氣處理廠(chǎng)聯(lián)合承擔(dān)的降低6艸溶劑油中芳烴含量的硏究項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收。與國(guó)內(nèi)同類(lèi)技術(shù)相比該技術(shù)反應(yīng)溫度和氫分壓低可在溫和的操作條件下飽和溶劑油中的不飽和烴。近年來(lái)石油烴類(lèi)熔劑的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大6#溶劑油可以用于合成橡膠、塑料、油脂的溶劑化學(xué)試劑、醫(yī)藥溶劑等領(lǐng)域而不同用途的6#溶劑油對(duì)雜質(zhì)的要求不同。中原油氣高新股份有限公司天然氣處理廠(chǎng)生產(chǎn)的6#溶劑油產(chǎn)品主要用于植物油萃取工藝中作抽提溶劑。隨著健康、環(huán)保要求的提高降低6#溶劑油產(chǎn)品中的芳烴等有毒、有害雜質(zhì)勢(shì)在必行。南化研究院受中原油氣公司委托開(kāi)發(fā)岀可以降低6#浛劑油中芳烴含量的技術(shù)該技術(shù)篩選岀一種高活性旳苯加氫催化劑可以在低溫、低壓、低氫油比、高空速條件下,次性將6#溶劑油中的苯含量脫除至10×10-6以下溴指數(shù)降低到2.0mg′I00g以下。利用該技術(shù)建成的裝置精制出的高標(biāo)6#溶劑油質(zhì)量穩(wěn)定芳烴等有毒、有害雜質(zhì)含量低產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。H中國(guó)煤化工CNMHG傳播工作室錢(qián)伯章