我国液化天然气工业

我国液化天然气工业

一、我国天然气产业发展现状

天然气与煤炭、石油是目前世界一次能源的三大支柱。天然气在世界能源结构中居第二位, 所占比例超过24%。近年来由于石油危机的冲击及煤、石油所带来的环境问题日趋严重, 能源结构逐步发生了变化, 天然气消费量急剧上升。中国是一个产煤大国, 多年来的技术装备、能源政策和能源结构都是以煤为主。在我国的能源消费结构中煤炭占73%, 而石油和天然气分别只占18.6%和2.2%, 这与煤炭占25%、石油占39.5%、天然气占25.5%的世界能源，消费结构相比存在很大的差距。我国以煤为主的能源消费结构导致环境的严重污染, 部分地区酸雨严重, 大气质量下降, 已极大地威胁到经济和社会的可持续发展。近年来国家下大力气调整能源结构, 正在逐步实现由以煤为主的单一结构向以煤为主、多能互补结构的转变。我国天然气资源丰富, 其中78%的天然气资源在陆上, 而陆上天然气资源量的75%在我国川渝地区、鄂尔多斯盆地、柴达木盆地、塔里木盆地、莺歌海和东海6 大天然气产区。1949～1995 年, 我国天然气产量由117×104 m3 增长到174×108 m3, 年均增长3.8×108 m3; 累计探明地质储量1.4×1012 m3, 年均增长305×108 m3。1995～2005 年, 天然气产量由174×108m3 增长到499×108 m3, 年均增长29×108 m3; 累计探明地质储量3×1012 m3, 年均增长3 353×108 m3。根据我国近期对天然气可采资源量的评估, 预计可采资源量在20×1012 m3 以上, 2010 年的天然气产量将达800×108 m3 以上, 2020 年将达1 200×108 m3 以上。此外, 周边国家丰富的天然气资源也将以管输和船运液化天然气的形式大量进入中国, 预计2010 年其进口量将达257×108 m3, 2020 年将达1 000×108 m3,在我国一次能源中, 天然气所占比例将大大提高,达到10%左右。由于天然气产地往往远离工业或人口集中地区,特别是海上天然气开发, 必须解决运输和储存的问题。我国城市以及重要产业对天然气的需求不断增长, 截至2005 年底, 已有100 多个城市的居民用上了天然气, 有的企业甚至不惜成本铺设专用管线供气。但对大部分远离气源地和主供气管网的用户来说, 使用液化天然气( LNG) 更为经济。随着经济发展、人民生活水平的提高和环保要求的日趋严格,LNG 市场蕴藏着巨大的发展机遇。

二、管道天然气液化流程

在调压站的调压过程中,天然气有很大的压力降。因此,可以在用气低谷时充分利用这部分压力能,使用膨胀制冷工艺将管网中的一部分天然气液化制成LN G 并储存起来,充当起一个大用户的角色;在用气高峰时,再将储存的LN G气化输入管网,以达到调峰的目的。另一个好处是,天然气的液化过程中,C2+ 轻烃比甲烷先液化出来,因而可以起到

回收轻烃的作用。

目前,国内外有很多膨胀制冷的天然气液化技术, 如美国专利US6023942 、US6209350B1 、US6449982B1 、US6378330B1 等,但这些专利都存在一些不足,不太适合在城市天然气接收门站或调压站使用。如US6023942[5 ] 、US6209350B1[6 ] ,其流程较复杂,需要的投资很大;US6449982B1[7 ] 需要外界提供冷源来冷却原料气, 操作费用高;US6378330B1[8 ] 的冷量没有充分利用,降低了装置的液化率。

在现有专利及小型液化装置的基础上,利用膨胀制冷及热集成技术,通过优化换热网络来提高天然气的液化率,提出一种适合于在城市接收门站或调压站使用的天然气液化流程。常温的高压天然气(原料气) 在换热器中预冷,温度降低,有部分气体液化(主要是原料气中的重组分) ,形成气液混合物。气液混合物在气液分离器中分离,分别获得高压天然气和天然气。其中高压天然气液体则通过节流阀降至中压而气化,形成气液混合物。高压天然气在分流器

中分成F1 和F2 这2 股, F1 (70 %～80 %) 经透平膨胀机膨胀至中压,天然气温度下降, 形成气液混合物; F2(20 %～30 %) 在换热器2 中被冷却而全部液化,变成高压的LN G,再经节流阀降至中压,一部分LN G气化而形成气液混合物。

将上述降压所形成的三股气液混合物输送到闪蒸塔中分离,从塔底获得的LN G作为产品输入储罐中储存;从塔顶获得低温的中压天然气通过管道输送到换热器2 中作为F1 液化所需的冷源,换热后中压天然气温度仍然较低,再输送到换热器1 中用于预冷原料气。经过两次换热后,中压天然气温度升高,然后进入天然气中压管网。

当原料气中酸性气体和水等含量高时,为了避免它们在低温下冻结而堵塞、腐蚀设备和管道,同时为提高产品的纯度,则需要对原料气进行预处理,脱除原料气中的酸性气体和水等其他杂质。