液化天然气知识

液化天然气知识一、前言天然气是一种洁净、环保、使用方便的能源，在发达国家的能源结构中天然气已占25%以上，并有继续增长的趋势。

在我国的能源结构中天然气仅占2%，与世界先进水平相差很大。

近年来，随着人们生活质量的迅速提高、环保意识的提高，对天然气的需求日益增加，“西气东输”就是在上述背景下国家做出的重大决策。

天然气是烃类与非烃类组成的复杂混合物。

大多数天然气的主要成分是气态烃类，此外还含有少量的非烃类气体。

天然气中含有的烃类通常以甲烷为主，还有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷以上烃类。

天然气中含有的非烃类气体，一般为少量的、数量不等的氮气、二氧化碳、水蒸汽、硫化氢以及微量的惰性气体如氦、氩、氙等。

天然气中的水蒸气一般呈饱和状态。

天然气的组成并非固定不变，不仅储集层中采出的天然气组成往往差别很大，甚至同一储集层中不同生产井采出的天然气组成也会不同。

LNG是英文Liquefied Natural Gas的简称，即液化天然气：气田开采出来的天然气，经过脱水、脱酸性气体和重烃，然后压缩、膨胀、液化而成的低温液体。

LNG的体积约为其气态体积的1/600，也就是说1立方米LNG液化后可得600立方米天然气，故液化了的天然气更有利于远距离运输、储存，使天然气的应用方式更灵活、范围更广。

LNG从六十年代开始商业化至今已有30多年的历史，随着天然气液化技术不断进步，液化成本比20年前降低了50%，大大增加了LNG与其他能源的竞争力，使LNG在国际天然气贸易总量中比例上升至25%，是当今世界能源供应增长速度最快的领域。

国内LNG产业起步于90年代末，先后有上海LNG调峰站、中原油田LNG工厂投产，一批与中原LNG相配套的LNG应用工程也相继投入运行。

而一批规模更大的LNG工厂和广东、福建、青岛等进口LNG接受终端都在紧锣密鼓地筹建中。

可以预见，未来数年内，LNG将广泛应用于我国国民经济的各个领域。

二、液化天然气的性质1.物性（1）主要组份LNG是一种无色、无味、无毒、无腐蚀性的低温液体，主要由甲烷组成，另外还含有少量的乙烷、丙烷、氮和其它天然气中常见的物质，其原料气是天然气、煤层气。

不同工厂生产的LNG具有不同的组份,主要取决于生产工艺和气源组份,按照欧洲标准EN1160的规定，LNG的甲烷含量应高于75%，氮的含量应低于5%。

（2）密度LNG的密度取决于其组份，通常为430～470kg/m3，甲烷含量越高，密度越小。

密度还是液体温度的函数，温度越高，密度越小，变化的梯度为1.35Kg/m3℃。

LNG的密度可直接测量，但一般都是通过气体色谱仪分析的组份结果计算出密度。

（3）温度LNG的沸腾温度也取决于它的组份，在大气压力下通常为-166～-157℃，一般资料上介绍的-162.15℃是指纯甲烷的沸腾温度。

沸腾温度随蒸气压力升高而升高，变化梯度为1.25×10-4℃/Pa，LNG的温度通常是用铜/铜镍热电偶或铂电阻温度计进行测量。

（4）LNG的气液体积比LNG的气液体积比是指LNG汽化为标准状态的天然气体积与LNG体积之比，通常所说的LNG气液体积比为625是纯甲烷的气液体积比，且其标准状态为欧美标准（温度为-15.5℃），按国内标准（温度为20℃）纯甲烷的气液体积比应为633。

LNG的气液体积比也取决于它的组份，甲烷含量越高，气液体积比越大，气液体积比还是液体温度的函数，温度越高，气液体积比越小。

（5）LNG的汽化潜热汽化潜热是指温度不变时，单位质量的某种液体物质在汽化过程中所吸收的热量。

LNG（纯甲烷）的汽化潜热为122Kcal/kg，LNG的汽化潜热也取决于它的组份，汽化潜热还是液体温度的函数，温度越高，汽化潜热越小。

（6）LNG的热值、辛烷值热值又称卡值或发热量，即1g某固体或气体燃料完全燃烧释放出的热量。

高热值是燃料的燃烧热和水蒸气冷凝热的总和，即燃料完全燃烧所放出的热量。

低热值仅是燃料的燃烧热，即总热量减去冷凝热的差值。

LNG的高热值（中原LNG,状态为101.325KPa、20℃）为9068kcal/ Nm3, 低热值为8213kcal/ Nm3,辛烷值ASTM为130（研究法）。

2.特性（1）蒸发特性当LNG从已有的压力降低至沸点对应压力以下时，例如流经阀门，部分液体蒸发，同时温度也将降低到该压力下的新沸点，这种现象称为闪蒸。

闪蒸气的组成与液相的组成有较大差别，闪蒸气中低沸点组分的比例较多，例如氮的沸点为-196℃，比甲烷沸点-162℃低，比甲烷更易汽化进入气相。

有人对储罐中气液两相的组成进行过测定，在液相中氮的浓度为0.3%、甲烷的浓度为87.7%（mol），而在气相中氮的浓度达9.7%、甲烷的浓度为90.3%（mol），氮在气相中的浓度为液相中浓度的32倍。

若LNG压力为1～2×105Pa，温度为其沸点，估算时可认为压力每降低1kPa，1m3液体由于闪蒸能产生0.4kg的气体。

这些蒸发气外泄时，由于温度很低，常在-100℃左右，气体密度大于空气。

从环境吸热升温后，密度减小。

在标准状态下，蒸发气的密度约为空气密度的0.6倍。

（2）泄露特性发生泄露时，LNG将与环境迅速换热、发生快速相变而汽化,单位体积的LNG能产生约600倍体积的气体。

LNG泄露至地面上时，最初会猛烈沸腾，然后蒸发速率将迅速衰减至某个固定值。

如果LNG泄露至大量的水中，水与LNG之间的热传递速率非常高，LNG将激烈地沸腾并伴随巨大的爆炸声、喷出水雾，这种现象称为冷爆炸。

如果LNG泄露至少量的水中，LNG下面的水就会结成冰，蒸发速率下降至某个固定值。

泄露并迅速汽化的LNG，最初的温度与LNG相近，其密度比空气大，沿地面流动。

当LNG气体温度上升至约-80℃（与组分有关）以上时，密度将小于空气，向上运动。

由于低温，空气中的水蒸气凝结产生雾云，雾云能扩散至很远距离，它的流动方向直接表明了LNG气体的运动方向。

（3）储存特性LNG在储罐内会出现分层现象，即密度不同的LNG占有不同的层位。

分层的原因可能是新装入储罐的LNG和残留在储罐内的LNG密度不同，或LNG中氮含量较高（如≥3%），对流使氮组分移动至储罐液体表层，形成含氮量高的液体表层。

储罐受热产生的自然对流又力求使罐内LNG密度均匀，这就产生了所谓的“翻滚”现象。

翻滚使LNG在短时间内产生大量蒸气，导致储罐压力增高，有时造成安全阀开启。

经验说明，控制LNG的含氮量使之不超过1%是防止罐内LNG翻滚的有效措施，此外还应采取措施使罐内液体混合均匀。

（4）LNG的安全特性LNG是一种易燃物品，安全生产始终应放在首要地位。

在大气环境下，与空气混合时，天然气体积浓度在5～15%范围内是可燃的。

LNG失火时，火焰表面的辐射功率很高，应防止消防人员灼伤。

可以用高膨胀泡沫材料或泡沫玻璃块覆盖着火表面，降低火焰的辐射作用。

推荐用干粉（最好是碳酸钙）灭火器处理LNG火灾，不能用水灭火。

水只能用于冷却火灾周围的建、构筑物及泡沫的产生。

LNG是一种温度极低的液体，与皮肤接触可造成类似烧伤的起疱灼伤。

不得接触隔热层损坏的装有LNG的裸露容器和管道，否则极冷的金属会粘住皮肉。

LNG又是极易汽化并且汽化后体积急剧增大的液体，任何装有LNG的封闭容器和管道应有泄压阀，以防超压。

在有可能存在天然气的场合，应测量空气中氧含量及烃含量，氧含量小于18%会使人窒息。

进入可能含天然气区域的人员应佩带面罩、护目镜、防护服和手套等。

三、液化天然气的优点1.LNG体积比同质量的天然气小625倍，极大的节省了运输、储存成本。

2.LNG储存效率高，占地少，投资省。

3.LNG是一种清洁能源，组份较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，基本不产生污染，有利于保护环境，减少城市污染。

4.LNG做为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长、燃料费用低、环保性能好等优点LNG。

使用LNG的车辆尾气排放很小，国家还有一定的补贴。

同燃油汽车相比，应用LNG作为汽车燃料，可以综合降低废弃污染排放量70%以上，可以降低PM2.5值90%左右。

5.供气平稳：LNG作为气源供气时，一是建设气化站采用点对点方式供气；二是以气化站为气源建立局域网方式供气，与管道气相比，气源独立，可根据用户用量设定LNG储罐储量，不受上下游用户的影响，供气平稳性好。

6.热效率高：LNG与管道气相比，在液化前需要去除水分、二氧化碳、氮气、硫化物和其它杂质，组分纯，热值高，是管道天然气的1.25倍，应用于工业燃气，无过多的氮气、水分和其它杂质参加燃烧，热效率高。

7.安全性好：LNG燃点高（650℃），爆炸极限窄（5-15%），汽化后相对密度为0.47-0.55，只有空气的一半左右。

即使稍有泄漏，也会立即挥发扩散，在非受限空间内不存在爆炸的可能。

且由于LNG的低温特性，一旦发生不安全事故，保温罐体漏热，液体会急剧蒸发向外部喷射气体，即使燃烧，也不会回燃，不存在爆炸的可能，安全性好。

四、液化天然气的用途1.做为清洁燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。

2.作代用汽车燃料使用。

采用LNG作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当变动，运行又安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，以LNG作为燃料的汽车，排气明显改善，尤其是致癌的碳烟微粒。

3.做为冷源用于生产速冻食品，以及塑料、橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。

4.做为工业气体燃料，用于玻壳厂、工艺玻璃厂、电厂、陶瓷厂等。

五、液化天然气产业链天然气液化系统主要包括天然气的预处理、液化、储存、运输、利用这5个子系统。

一般生产工艺过程是,将含甲烷90%以上的天然气,经过“三脱”(即脱水、脱烃、脱酸性气体等)净化处理后,采取先进的膨胀制冷工艺或外部冷源,使甲烷变为-162℃的低温液体。

1.天然气净化指脱水、脱酸、脱重烃的工艺过程。

天然气中水分、苯及C6+重烃的存在会造成严重的后果：水分与天然气在一定条件下形成水合物阻塞管路，影响冷却液化过程；另外由于水分的存在也会造成不必要的动力消耗；由于天然气液化温度低，水、苯及重烃的存在还会导致设备冻堵，故必须脱水、脱苯和重烃。

天然气中CO2和H2S在水存在的情况下会严重腐蚀管线和设备，缩短使用寿命。

在液化天然气装置中，CO2易成为固体析出，冻堵设备，同时CO2不燃烧、无热值，所以运输和液化都是不经济的。

天然气中极少量的汞成分( 包括单质汞、汞离子及有机汞化合物) 的存在, 就会造成铝合金材料设备的腐蚀。

它还会引起催化剂中毒,造成环境污染以及检修过程中对人员的危害等不良后果。

2.天然气的液化流程有不同的形式，以制冷方式不同，可分为阶式制冷工艺、混合制冷工艺、带膨胀机的液化工艺。