天然氣液化在我國的應(yīng)用探討

周翔宇 吳巧(中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司,四川 成都610041)

1 概述

液化天然氣是天然氣常見的形式之一，也就是我們常說的LNG，其是將經(jīng)由氣田開采的天然氣，經(jīng)過脫水、脫酸性氣體以及脫其余雜志處理之后，再采用制冷工藝，深冷至-162℃成為液體而產(chǎn)生的。

由于液化天然氣在預(yù)處理過程中已經(jīng)進(jìn)行了脫除雜質(zhì)處理，其作為燃料燃燒時排放出的SO2和NOX等污染物很少，故而成為清潔能源，在環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重的今天有必要大力發(fā)展與使用。此外，用液化天然氣船代替地下長距離管道進(jìn)行天然氣輸送，即可降低運(yùn)輸成本，又可以節(jié)省管道投資，安全性能亦大大提高。該技術(shù)也可用于天然氣調(diào)峰，將天然氣運(yùn)送到?jīng)]有氣源或者是氣源衰竭的國家，有助于調(diào)節(jié)世界范圍內(nèi)天然氣供應(yīng)。

2 天然氣液化在我國的應(yīng)用

2.1 城市燃?xì)夤?yīng)

經(jīng)過液化處理的天然氣是一種理想的城市清潔燃料，可以用于城市基本負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)峰和汽車行業(yè)。當(dāng)前我國國內(nèi)LNG技術(shù)與行業(yè)蓬勃發(fā)展，包括新疆、海口、重慶、西安等地都建設(shè)有LNG項(xiàng)目。LNG可以作為管道天然氣的有效替代，協(xié)助城市燃?xì)庀到y(tǒng)調(diào)峰，保證城市用氣安全平穩(wěn)，有助于撫平民用及工業(yè)用氣的波動，也可滿足城市冬季用氣量的急劇增加。

液化天然氣還可廣泛用于汽車燃料，因?yàn)槠渚哂星鍧崱⒏咝А⒈阌趦Υ媾c攜帶、安全可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)勢，故與其他企業(yè)燃料相比，具有更為廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。當(dāng)前液化天然氣多以壓縮天然氣（CNG）的形式用于汽車燃料，將氣態(tài)下的天然氣經(jīng)過壓縮儲存在20MPa以上的高壓鋼瓶內(nèi)，所以密度大、體積小，是更為理想的汽車燃料。而且，LNG是將經(jīng)由氣田開采的天然氣，經(jīng)過脫水、脫酸性氣體以及脫其余雜志處理之后，再采用制冷工藝，深冷至-162℃成為液體而產(chǎn)生的，其具有大量的冷能，攜帶有這樣的天然氣，也就省去了給汽車單獨(dú)配置制冷機(jī)的環(huán)節(jié)，造價更低、節(jié)能環(huán)保。

2.2 發(fā)電

據(jù)統(tǒng)計(jì)，天然氣發(fā)電廠比一般的燃煤發(fā)電廠CO2的排放量約降低68%，而氮氧化物的排放量約降低80%，SO2的排放量幾乎為零。所以采用LNG發(fā)電更環(huán)保，社會效益顯著。

LNG發(fā)電包括LNG冷能發(fā)電和天然氣作為燃料的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電兩種方式，LNG與周圍環(huán)境存在很大的溫差和壓力，第一種方式主要依靠這種溫差和壓力差形成動力進(jìn)行循環(huán)發(fā)電。至于循環(huán)的方式常見的有直接膨脹循環(huán)、朗肯循環(huán)、布雷頓循環(huán)以及上述方式的聯(lián)合循環(huán)。其中聯(lián)合循環(huán)是多數(shù)電廠采用的循環(huán)方式，其可以利用燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生溫度很高的燃?xì)猓萌細(xì)饧捌溆酂岙a(chǎn)生高溫高壓蒸汽，用其推動汽輪機(jī)進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)前這種燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)日趨成熟，在很多場合也已得到日趨廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)在世界電力工業(yè)中的地位及受重視程度在發(fā)生明顯的改觀。

2.3 蓄冷及冷能利用

當(dāng)前，液化天然氣運(yùn)輸船作為運(yùn)輸和儲存液化天然氣的主要工具，一般都采用了汽輪機(jī)推進(jìn)，而汽輪機(jī)采用的主要燃料則是氣化氣或重油，可以試想一下，如果以LNG作為主要動力，其在氣化時會產(chǎn)生大量冷量，將這些冷量儲存或直接利用，如用于冷卻液貨艙或用于船舶空調(diào)和冷庫，對燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行冷卻、進(jìn)行食品冷加工等，都是不錯的選擇。

2.4 作為化工原料

2.4.1天然氣燃料電池

當(dāng)今社會，有火電、水電和核電三種電力可以由人們以工業(yè)規(guī)模的形式進(jìn)行生產(chǎn)，而天然氣燃料電池則被譽(yù)為第四種電力，這種技術(shù)正在美國、日本等發(fā)達(dá)國家崛起。燃料電池的原料主要為氫氣，而當(dāng)前生產(chǎn)氫氣的主要原料有天然氣、汽油、柴油等。燃料電池與傳統(tǒng)化學(xué)電池的區(qū)別在于他可以將燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋放出能量后直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵觯时环Q為燃料電池，天然氣燃料電池可以向發(fā)電機(jī)一樣源源不斷的向外界輸電。天然氣燃料電池具有高效率、可靠、良好的環(huán)境效益以及良好的操作性能等優(yōu)勢，但是其市場價格昂貴、高溫時性能不穩(wěn)定、技術(shù)不夠普及且沒有完善的燃料供應(yīng)體系。

當(dāng)前，生產(chǎn)氫氣最經(jīng)濟(jì)的途徑是天然氣蒸汽重整，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界氫氣總量的四分之三都來自天然氣蒸汽重整，即利用甲烷與水蒸氣在高溫下發(fā)生反應(yīng)，制取氫氣。其工作原理如下：

（1）H2在陽極氧化成H+并放出電子

H2→H++2e

（2）H+離子通過膜轉(zhuǎn)移到陰極，與O2和相鄰電池的電子反應(yīng)生成水

1/2O2+2H++2e→H2O

（3）電池反應(yīng)為：

H2+1/2O2→H2O

作為燃料的天然氣與水混合，在改制器中變換成氫，這個過程稱為水蒸氣改質(zhì)反應(yīng)，公式如下：CH4+2H2O→CO2+2H2，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所需的啟動時間長，且需要從外部進(jìn)行間接加熱，也可將關(guān)閉燃料電池后的剩余氫氣作為加熱能源，存在部分氧化改質(zhì)方式，公式為：CH4+O2→CO2+2H2，這個反應(yīng)為放熱反應(yīng)，不需要從外部加熱，所以啟動時間較短。

2.4.2其他方面

二十世紀(jì)六十年代以后，石油化工行業(yè)迅速發(fā)展，利用天然氣制作乙炔及其衍生物的活動已經(jīng)明顯減少，隨著其他化工產(chǎn)品的出現(xiàn)，乙炔作為有機(jī)化學(xué)品的作用大大下降，用途迅速減少。利用天然氣制作乙炔能耗高、性價比低，所以當(dāng)前，通過這一途徑制作乙炔的比例大大下降。

3 結(jié)語

在當(dāng)今LNG產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時代，我國也已成為LNG進(jìn)口大國，這需要我們從能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和資源的綜合利用等方面重新審視這一新型能源，雖然其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，但是利用效率不夠理想。天然氣液化的高效利用不僅要依靠上述幾種應(yīng)用途徑，更要依靠政府政策的大力支持，注重經(jīng)濟(jì)性、政策性與實(shí)用性的統(tǒng)一。

[1]李佩銘，焦文玲.我國液化天然氣應(yīng)用與推廣[J].煤氣與熱力，2008,(1)∶25-28.

[2]蘭春橋.論我國天然氣液化技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011,(17)∶288-289.