浅谈液化天然气技术及其应用

[摘 要]液化天然气是世界公认的清洁能源，其利用有利于生态环境保护。本文结合多年工作经验，对液化天然气技术及其应用谈一些看法。

[关键词]液化天然气；技术；应用

中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0246-01

近年来，国际油价高企，世界各国对碳排放控制要求日益严苛，在此情况下，人们积极寻找新型燃料来代替传统的重油或柴油燃料。液化天然气燃料凭借其安全、经济、环保等优点受到了业界广泛的关注和青睐。

一、液化天然气概述

1、液化天然气的含义

天然气在常压下，当冷却至约-162℃时，则由气态变成液态，称为液化天然气（英文LiquefiedNaturalGas，简称LNG）。天然气在液化过程中进一步得到净化，甲烷纯度更高，不含二氧化碳，硫化物，无色、无味、无毒且无腐蚀性。液化天然气的体积约为同量气态天然气体积的1/600，大大方便存储和运输。液化天然气比水轻，重量仅为同体积水的45%。

2、LNG基本特性

LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。临界温度为-82.3℃，临界压力为45.8kg/cm2。沸点为-162.5℃，熔点为-182℃，着火点为650℃。液态密度为0.425T/m3，气态密度为0.718kg/Nm3气态热值9100Kcal/m3，液态热值12000Kcal/kg爆炸范围：上限为15%，下限为5%。华白指数（W）44.94MJ/Nm3。燃烧势（CP）45.18。

3、LNG的优点

LNG的优点表现在以下几个方面：

（1）安全可靠。LNG的燃点比汽油高230℃，比柴油更高；LNG爆炸极限比汽油高2.5-4.7倍；LNG相对密度为0.47左右，汽油为0.7左右，比空气轻，即使稍有泄漏，也将迅速挥发扩散，不至于自燃爆炸或形成遇火爆炸的极限浓度。因此，LNG是一种安全的能源。

（2）清洁环保。根据取样分析对比，LNG作为汽车燃料，比汽油、柴油的综合排放量降低85%左右，其中CO排放减少97%，HC减少70-80%， NOX减少30-40%，CO2减少90%，微粒排放减少40%，噪音减少40%，而且无铅、苯等致癌物质，基本不含硫化物，环保性能非常优越。因此，LNG是一种洁净的能源。

（3）经济高效。LNG液化后体积大约缩小为气态天然气的1/625，其储存成本大约是气态天然气的1/7-1/6，投资省、占地少、储存效率高。此外，LNG携带的冷量可以部分回收利用。

（4）灵活方便。不仅比地下输气管道节省投资，而且方便可靠、风险性小、适应性强。

二、LNG的生产与运输

1、LNG气的生产

LNG是天然气经过净化（脱水、脱烃、脱酸性气体）后，采用节流，膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的。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。目前天然气液化装置工艺路线主要有3种类型：阶式制冷工艺、混合制冷工艺和膨胀制冷工艺。

2、LNG的运输

用LNG船代替深海和地下长距离管道，可节省大量风险性管道投资，降低运输成本。从输气经济性推算，陆上管道气在3000km左右运距最为经济，超过3500km后，船运液化天然气就占了优势，具有比管道气更好的经济性。

目前，LNG主要有汽车和船舶二种运输方式。公路运输采用的主要设备是低温液化天然气罐车，目前，我国已成功研制了液化天然气低温运输设备。液化天然气储罐有立式和卧式两种结构，主要采用堆积绝热和真空粉末绝热两种绝热方式，储罐容积分别为30m3、100m3、150m3等。

液化天然气运输大多为定向造船，包船运输，航线和港口比较固定，并要求较为准确的班期，非计划性停泊较少，运费收入比较稳定，市场竞争有序。LNG运输船是为载运在大气压下沸点为-163℃的大宗LNG货物的专用船舶。这类船目前的标准载货量在13～15万t之间。一般它们的船龄在25～30年。目前从技术上来说，一些发达国家已能设计出16万t，20万t，甚至30万t的LNG船。由于受到港口水深的限制，LNG船的舱容量可能会稳定在十几万t的水平上。随着液化天然气市场需求的进一步扩大，液化天然气船舶运输能力迅速扩大。

三、LNG的主要应用

1、LNG在城市燃气管网的应用

随着我国“西气东输”工程的蓬勃开展，全国性的天然气利用热已经掀起。天然气作为目前世界上最佳能源，在我国城市气源的选择中已被高度重视，大力推广天然气已成为我国的能源政策。利用高压，将天然气体积缩小约250倍（CNG）进行运输，然后将其降压的方式解决了部分城市的天然气气源问题。

液化天然气（LNG）运输灵活、储存效率高，用作城市输配气系统扩容、调峰等方面，与地下储气库、储气柜等其他方式相比更具优势，并且具有建设投资小、建设周期短、见效快、受外部影响因素小等优点。与压缩天然气（CNG）相比，LNG则具有储存效率高，续驶里程长，储瓶压力低、重量轻、数量小，建站不受供气管网的限制等优点。

2、LNG在汽车上的应用

随着当今社会的发展，环保已经成了生活的主题，而汽车尾气污染作为主要污染源应进行大力治理。经过处理后得到的液态天然气其重量仅为同体积水的45%，而同量气态天然气的体积则为液态天然气的600倍。天然气经过液化处理后得以除去其中大量的杂质，甲烷的总体含量颇高，所以LNG在燃烧过程中所释放的污染物远低于CNG，更加符合当今环保的理念，可以作为车用燃料广泛推广，是理想的车用清洁能源。LNG用作汽车燃料，主要有以下优点：

（1）行程远1kg的LNG可以代替1.25kg的柴油。

（2）性价比高与CNG和LPG相比，LNG不仅具有储存能量大、压力低、噪音小、清洁、环保等优势，而且具有良好的使用性能（抗暴、稳定性强，燃烧热值高）和相对便宜的优点，因此LNG汽车燃料的性能与价格比高。

（3）LNG冷量可以回收，可取代汽车空调。

（4）加注方便CNG加气时间长，如需加快加气，则要高性能压缩机，这意味着高能耗、高噪音、高投资及高运行费用，而LNG的加注时间和常规燃料差不多。

3、LNG在船舶上的应用

目前，国内外在利用LNG燃料作为船舶动力时，主要采用LNG-柴油双燃料发动机的形式，即在船舶现有柴油机的基础上，增加一套LNG供气系统和LNG-柴油双燃料喷射系统，以实现单纯柴油和油气双燃料两种运行模式。其基本的原理是在燃料的输送管道或空气的进气管上接入LNG气体，当柴油机吸气时，将一定量的LNG与空气的混合气体吸入到气缸内，由雾化柴油、空气、LNG一起燃烧产生能量，或者是空气和LNG两者一起燃烧产生能量。

4、LNG发电

LNG发电是技术比较成熟的一种，而要提高天然气发电系统的整体效率，必须考虑LNG冷量利用，否则，发电系统与利用普通天然气的系统一样，大量LNG冷量被浪费。利用LNG冷能发电主要是利用LNG的低温冷能使工质液化，然后工质经加热气化再在汽轮机中膨胀作功带动发电机发电。采用以丙烷为工作流体和天然气直接驱动透平膨胀机的兰金混合循环。丙烷液体吸收海水热量气化，高压蒸汽驱动丙烷透平膨胀机发电，随后在丙烷冷凝器中放热被冷凝。；同时，高压LNG吸热气化，驱动天然气透平膨胀机发电。LNG发电的方式：

（1）常规蒸汽发电利用天然气在锅炉中燃烧，产生高温高压蒸汽推动蒸汽轮机，从而带动发电机发电。这种发电热效率低只有38%左右，目前已很少使用；

（2）燃气-蒸汽联合循环发电利用天然气在燃气轮机中直接燃烧做功，是燃气轮机带动发电机发电。再利用燃气轮机产生的高温尾气，通过余热锅炉产生高温高压蒸汽推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电，此时为双循环，即联合循环发电。

四、结束语

总之，液化天然气是世界公认的清洁能源，其利用有利于生态环境保护，在我国城市气源的选择中已被高度重视，大力推广液化天然气已被我国能源管理部门和业内人士认可和重视。