液化天然气与压缩天然气

国外液化天然气（LNG）工业化生产、储运及利用始于20世纪四五十年代， 到六七十年代已形成了包括LNG生产、储存、海运、接收、再气化、冷量利用与 调峰等一系列完整环节的LNG工业链，并且在数量和规模上以很高速度不断增长。 LNG已成为国际天然气贸易的重要部分，据国际能源机构趋势预测，2012年末国 际市场上LNG的贸易量将占到天然气总贸易量的36%，到2020年将达到天然气贸易
①随着原油资源的不断减少，车用燃料价格将越来越贵；
②空气中60％的污染来自于汽车尾气，随着汽车数量的增加，其尾 气排放物对城市大气的污染越来越严重。
因此一直不断探寻符合环保要求的汽车替代燃料，主要包括：LPG、
CNG、LNG、甲醇、电力、太阳能、氢气等。其中CNG技术成熟、安全可靠、 经济可行，因而发展最快。近年来，我国汽车用压缩天气的发展也很迅
四、天然气液化工艺 （一）原料的预处理 原料预处理 主要是为深度脱除以下组分： H2O：易生成水合物，用吸附法深度脱除； CO2：与水生成水合物或固体干冰，用胺法脱除； H2S：对设备有腐蚀作用，用胺法脱除； COS：防止与水反应生成H2S、 CO2，也是用胺法脱除之； Hg：对铝制换热器有腐蚀作用，用可再生的HgSIV吸附剂脱除； N2：会增加LNG的蒸发损失，用闪蒸分离法脱除。
（3）有预冷的混合冷剂制冷 循环 先用预冷冷剂将天然气冷却到 一定温度，再用混合冷剂冷却液化， 如右图所示：用丙烷按3个温度等
级先将原料冷至-40℃；然后两级
混合制冷将天然气冷却到-160℃。 液化过程换热温差大大降低，埇效 率较高，目前应用广泛。图6－7为 天然气冷却曲线图。
这种有丙烷预冷的混合冷剂
在此低温下LNG蒸气密度大于环境空气的密度；
②1m3的LNG气化后大约可变成625m3的气体，故极少量液体就能气化成大量 气体； ③天然气易燃易爆，一般环境条件下其爆炸极限为5%～15%（ 体积百分数， 下同）。最近的研究结果表明，其爆炸下限为4%。 因此，在LNG生产、储运等过程中，应采取各种有效措施确保生产人员的安 全。
（二）天然气液化原理及工艺
天然气液化过程根据制冷方法不同又可分为：节流制冷循环，膨胀机制冷循环， 阶式制冷循环，混合冷剂制冷循环，带预冷的混合冷剂制冷循环等工艺。目前，世界
上基本负荷型LNG工厂主要采用后三种液化工艺，而调峰型LNG工厂多采用膨胀机制冷
液化工艺。 本节主要学习基本负荷型LNG工厂液化工艺。调峰型液化工艺和浮式LNG生产储卸 装置液化工艺要求自学。 基本负荷型LNG工厂的生产通常由原料预处理、液化、储存和装运等部分组成。 根据制冷方式不同，可分为阶式制冷循环工艺、混合制冷循环工艺和带预冷的混合冷 剂制冷循环工艺。
量的40%，占天然气消费量的15%。
LNG资源主要分布在卡塔尔、伊朗、澳大利亚和尼日利亚4个国家,其可采储 量占全球LNG可采储量的82%，预测LNG供应将以平均9%的速度增长。未来十年全 球LNG需求量预计会翻一番。 LNG需求翻番的主要原因在于亚洲市场的迅速崛起。 包括泰国、马来西亚、印尼和菲律宾等在内的众多亚洲国家都有大量进口LNG的 打算。同时，日本正在对LNG大量投资，以取代其一部分太阳能和核能。
第六章 液化天工艺 压缩天然气
第一节 液化天然气的生产
一、气液化天然生产概述
天然气长距离输送的缺点是阻力损失大，投资高，适合平原地区；对于地形 复杂，大海阻隔地区，适用于液态运输，因为625m3/1m3液体。因此，天然气液化
技术也是天然气加工的主要内容之一。
制冷循环是目前广泛采用的—种 方法，其效率几乎接近阶式制冷
循环，且流程简单，因而是今后
的发展力方向。80年代后期新建 和扩建的装置几乎无例外地采用 此方法(现占有LNG装置的一半）， 此为Linde公司专利流程。 有预冷的混合冷剂循环的关 键设备是混合冷剂压缩机、预冷
系统和换热器等
（4）基本负荷型天然气液化工艺比较
我国大陆自上世纪90年代以来，陆续建成了几套中小型LNG生产及调峰装置。 近年来先后启动了广东、福建、浙江、上海、山东及河北等沿海地区的LNG工 程项目。 我国正在规划与实施的沿海一带LNG工程项目最终将构成一个沿海接收站与输 送管网。
目前，在我国大陆建成的LNG卫星站已超过40座、正在建设的LNG工厂有4座，
五、LNG接收站（自学） 六、LNG储存（自学） 七、LNG运输（自学）
第二节 压缩天然气生产
CNG用作汽车燃料的特点 CNG的生产及加气站的构成

概 述
压缩天然气(CNG)的主要用途是作汽车燃料，故也将其称为汽车用压
缩天然气。随着社会的不断发展，在车用燃料方面，以下两个方面的问 题将日渐突出：
1.燃烧特性 LNG产品按照组成不同，其物理性质范围如下：
常压沸点（℃） -166～-157℃ 密度（kg/m3) 430～460 发热量(MJ/m3) 41.5～45.3 沃泊指数(MJ/m3) 49～56.5
其体积大约为气体体积的1/625，发生泄漏或溢出时，空气中的水气被溢出 的LNG冷却后产生明显的白色蒸气云。LNG汽化时，其气体密度约为1.5kg/m3。 其温度上升到-107℃时，气体密度与空气密度相当，温度高于-107℃时，其密度 小于空气，容易在空气中扩散。LNG的燃烧特性主要是爆炸极限、着火温度、 和燃烧速度等。
液化能力小，贮存和再汽化能力大。 ③终站装置：用于大量接受由船从基本负荷型工厂运来的LNG，将其储存和再 汽化后分配给用户，其特点是液化能力小(主要是将储罐蒸发出天然气再液化)。 而再气化能力及储罐容量很大。 ④浮式LNG生产储卸装置：简称FPSO（Floating Production Storage and Offloading system)集天然气液化、储存、卸载于一体，具有投资低、建设周期 短、便于迁移等优点，特别适合海上边际气田的开发。
三、LNG原料气要求、产品组成及特性
（一）对原料的要求 基本负荷型LNG工厂的原料气通常来自油气田矿场，在液化之前必须将原料气 中的H2S、CO2、水蒸气、重烃及汞等脱除，以免CO2、水蒸气、重烃在低温下冻结而 堵塞设备及管线，H2S、汞等产生腐蚀。表6-2为生产LNG时原料气中允许的最大杂 质含量。
化而不同，如果C+2含量增加，则着火温度降低。天然气的主要组分是甲烷，其 着火温度范围为500～700℃。 2.低温特性 LNG是在其饱和蒸汽压接近常压的低温下储存，即其以沸腾液体状态储存在 绝热储罐中。因此，在LNG的储存、运输和利用的低温条件下，除对设备、管道 要防止材料低温脆性断裂和冷收缩引起危害外，也要解决系统绝热保冷、蒸发 气处理、泄露扩散以及低温灼伤等方面的问题。
液化天然气（LNG）工业化生产主要包括三个部分： ①天然气预处理：脱硫脱碳、干燥、脱重烃类、脱汞等； ②液化部分：天然气经制冷系统的高效换热器不断降温，并将丁烷、丙烷、 乙烷等逐级分出，最后在常压下使温度降低到-162℃，即可得到LNG产品； ③贮存：在常压（或略高压力）下储存、运输及使用。
现代LNG产业包括了LNG生产（含预处理、液化及储存）、运输（船运、车 运）、接收、调峰及利用等全过程。从气井到用户的LNG工业链见图6-1。
速。
一、CNG用作汽车燃料的特点 与汽油相比．CNG用作车用燃料有以下优点： ①研究法辛烷值高达100以上，抗爆性能强，发动机噪音降低40％；
②CNG是气态，它与空气混合均匀，燃烧完全，气缸不积炭，发动机磨损少，
大修时间可延长1.5倍，提高效率10％以上； ③发动机排出的废气中，CO2减少24％，CO减少97％，烃类化合物减少72％， NOX减少39％，SO2减少90％，苯、铅含量减少100％，颗粒杂质减少41.67％； ④进入发动机气缸内的气态天然气，对润滑油无冲刷稀释作用，故可节省润 滑油； ⑤汽车发动机的压缩比从7增加到l0～12。发动机的效率可提高25％ ～30％； ⑥燃料费仅为汽油汽车的2／3，维修费可降低30％。
（1） 阶式制冷循环
这种循环是使天然气在多个温度等级的制冷介质中分别与相应的冷剂换热，从而 使其冷却和液化。流程图见图6－5
（2）混合冷剂制冷循环 混合冷剂制冷循环（简称MRC） 采用N2、C1~C5混合物作冷剂，利
用混合物中各组分沸点不同的特点，
达到所需的不同制冷温位。 优点：只需一台混合制冷剂压 缩机，流程简单，投资比阶式制冷 少15％～20％，管理方便。 缺点：能耗比阶式制冷高约20 ％，混合冷剂组份的合理配比困难。
规划中的LNG接收站全部建成后总储存中转能力可达1800×104t/a。 据海关总署统计，2011年我国共计进口LNG约1221.26万吨，同比增长30.71%。
二、LNG生产装置分类 ①基本负荷型：液化能力大，贮存能力也较大。以生产大量LNG供应用户或出 口为目的。
②调峰型：将平时管输来的相对富裕的天然气液化、贮存、以供用气高峰用。
二、CNG的生产及加气站的构成
生产CNG一般需要的工序是： ①脱水，CNG的水露点应符合我国汽车用压缩天然气的质量要求或水露点为-
65℃～-76 ℃ ；
②用压缩机将天然气压力增加到20MPa以上。 天然气中的CO2一般不需脱除，如H2S含量不符合要求，尚需脱硫以防腐蚀。 一个标准的CNG加气站的构成有：①气库，由多个储气瓶组成；②天然气压 缩机组，入口压力为1.5～3MPa，出口压力为21～25MPa；③脱硫及脱水装置，脱 除天然气个的H2S、水，—般用分子筛脱水，用固定床活性氧化铁脱H2S；④综合 自动化装置，如自动计量收费、安全设施等。
（5）主要设备 主要设备：压缩机组，换热器及容器。共占LNG装置总投资的40％以上。 常用的压缩机有三类：往复式压缩机、离心式压缩机和轴流式压缩机。往复式
压缩机通常用于处理量较小（100m3/min以下）的天然气液化装置。轴流式压缩机
主要用于混合冷剂制冷的天然气液化装置。离心式压缩机主要用于大型天然气液化 装置。目前正在发展的小型橇装式天然气液化装置，则采用螺杆式压缩机。 换热器：绕管式(缠绕管式)换热器、板翅式换热器。 基本负荷型LNG工厂多采用大型立式绕管式换热器作主换热器，此种大型换热 器的设计、制造和使用，已成为发展基本负荷型LNG工厂的重要因素。铝质板翅式 换热器因其尺寸和能力有限，且易堵塞，故主要用于调峰型LNG工厂。
（1）爆炸极限 天然气在空气中的体积百分比浓度在5%～15%范围时遇明火即可发生爆炸， 此浓度范围即为天然气的爆炸极限。LNG主要组分其他性质见表6-5和6-6。
（2）着火温度 着火温度是指可燃气体混合物在没有火源下达到一温度时，能够自行燃烧 的最低温度，即自然点。
在常压条件下，纯甲烷的着火温度为650℃。天然气的着火温度随其组成变
（二）产品组成
欧洲标准（EN 1160-96），LNG产品中的N2含量（摩尔分数）应小于5%。在LNG
产品中允许含有一定数量的C2～C5烃类。《液化天然气的一般特性》（GB/T 19204-2003）中列出的三种典型LNG产品组成及性质见表6-3。
（三）LNG有关特性 在LNG生产、储运中存在的潜在危险主要来自三方面： ①温度极低。尽管不同组成的LNG其常压沸点略有差别，但均在-162℃左右。