摘 要 我国经济的快速发展,对天然气的需求量逐渐增大。尽管目前天然气产量连年增长,但仍不能满足经济发展的需求。天然气产地远离工业或人口集中地区,需要建设长距离的输送管线,这在一定程度上制约了天然气的利用。文章探讨了天然气液化过程中主要技术、液化天然气利用及安全问题,对于液化天然气的实际应用具有一定的参考价值。
关键词 液化天然气;天然气;液化技术
中图分类号:TE64 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2013)16-0004-01
天然气主要成分是甲烷,常温常压下是一种无色无味、无毒且无腐蚀性的气体。天然气比空气轻,扩散迅速,不会沉积于一个区域。是一种最洁净的化石燃料,燃烧后排放极少的氮氧化物、可吸入悬浮微粒和温室效应气体。目前已被广泛应用于公共交通、城市燃气、化工原料等多个领域,并逐渐成为新一代的重要发电燃料之一。
近年来,我国经济发展迅速,对天然气的需求量逐渐增大。尽管目前天然气产量连年增长,但仍不能满足经济发展的需求。而且天然气产地远离工业或人口集中地区,需要建设长距离的输送管线,这在一定程度上制约了天然气的利用。
作为天然气液态形式的液化天然气,其独有的优势为天然气利用提供了多元化选择空间。天然气临界温度是-84.57℃,在常温下仅靠加压无法将其液化。液化天然气通常存储于-161.15℃、压力为0.1 MPa左右的低温储罐内,其密度是甲烷标准状态下的600多倍,密度为汽油的72%,非常适合于输送和储存。
液化天然气运输方便,可用于城市输配气系统扩容、调峰等方面,具有地下储气库、储气柜等其他方式无可比拟的优势,其建设周期短、投资小、见效快。与汽车燃油相比,液化天然气辛烷值高、燃烧完全、抗爆性好、排气污染少、运行成本低,而且比压缩天然气储存效率高,储瓶压力低、重量轻,建站不受供气管网限制。随着天然气液化、储存技术的逐渐成熟,带动了液化天然气产业的蓬勃发展。
1 天然气液化技术
天然气液化的生产工艺过程通常是将含甲烷90%以上的天然气,经脱水、脱烃、脱酸性气体等“三脱”净化处理后,利用先进的膨胀制冷工艺或外部冷源,将其变为-162℃的低温液体。在实际应用中,天然气液化系统主要包括天然气预处理、液化、储存、运输、利用这5个子系统。
1.1 天然气预处理
天然气预处理是通过合理工艺脱除天然气中水分、酸性气体、重烃及汞等一些杂质,避免这些杂质在低温下冻结而堵塞管道和设备对其产生腐蚀。脱水主要有冷却、吸收、吸附3种脱水方法,天然气从地层开采出来后,通常含有水蒸气,还含CO、CO2、H2S及S等一些酸性气体,这种天然气由于含酸性气体,通常被称为酸性气或含硫气。酸性气体对人身有害,对设备管道也有腐蚀,由于其沸点较高,降温过程中容易析出固体,因此一定要进行脱除,通常采用醇胺法和分子筛吸附进行脱酸。
1.2 天然气液化及装置
天然气的液化流程有多种方式,以制冷方式分为混合制冷剂式、级联式及带膨胀剂式液化3种流程。液化装置通常采用基本负荷型和调峰型两种,基本负荷型是一种大型液化装置,可用于当地使用或外运。该装置的液化单元大都使用级联式液化或混合制冷剂液化两种流程。目前新建与扩建的基本负荷型天然气液化装置,基本上都使用丙烷预冷混合制冷剂液化流程。调峰型液化天然气装置一般用于调峰负荷或补充供应冬季燃料,以液化方式储存在低峰负荷时过剩的天然气,用于高峰或紧急情况下。对于匹配峰荷和增加供气的可靠性等方面具有重要作用,能够提高管网经济性。
调峰型天然气液化装置与基本负荷型天然气液化装置相比,属于小流量天然气液化装置,由于生产规模相对较小,不适合于连续运行,它的液化部分一般使用带膨胀剂液化和混合制冷剂液化流程。
1.3 运输
天然气液化后体积能缩小620倍,将更便于经济安全的运输。从输气经济性方面考虑,陆上3000千米左右运距内,利用管道输气比较经济,当超过3500千米后,采用船运方式优势更为明显,能够使大量风险性管道投资有效降低,节约运输成本。
液化天然气船建造技术的不断发展提高了液化天然气的运输效益,主要体现在日气化率降低及蒸发气回收利用上。目前应用的液化天然气船,由于大都没有再液化装置,动力燃料主要利用消耗蒸发气,而不进行回收液化。在液化天然气船上装备再液化装置可使其运行更为经济,目前已开展相关可行性研究,已处于研究模拟阶段的液化天然气船,被公认为具有高技术、高附加值、高可靠性,每艘能运载约14.7万立方米的液化天然气。
液化天然气由于具有高效、清洁、价廉的优点,因此被列入开发利用的重点能源。目前国内在一次能源消费中天然气仅占1.9%左右,远低于世界25%和亚洲8.8%的平均水平,国内已发现和开发的天然气资源有限,在供求上还存在较大缺口。液化天然气船的建造可满足进口液化天然气运输能力的需要。
2 液化天然气应用
液化天然气用途广泛,在民用负荷调峰、发电等方面都发挥着十分重要的作用。由于其经过深度冷冻液化过程,能量蕴藏巨大。在运输和储存上也具有地下储气库不可比拟的优势,不受地理条件限制,比较经济便捷。
液化天然气调峰技术在国外发展的比较成熟,可用于调剂世界天然气供应,保证能源短缺国家的供气,对气源充沛的国家进行有效调峰,天然气使用高峰期的不足可以得到补充。
由于天然气液化前在预处理阶段脱除了多种气体杂质,作为汽车代用燃料燃烧时,释放的有害气体量较少,因此被称为清洁能源。并被广泛应用于发电领域,使城市污染得到明显改善,对于经济与环境的协调发展起到了重要促进作用。
液化天然气未来将广泛用于如飞行器、铁路机车以及船舶等耗气量大、不能使用压缩天然气的运输工具上。近年来,国际上都相继开展了低温飞行器及相关基础设施的研究中。液化天然气的易燃性低于煤油,而且不含氧,因此不需要采用防燃防爆型储罐。即使发生较小的泄漏,也能在没形成危险浓度前被监测仪发现,并快速蒸发扩散,能够有效避免燃烧及爆炸的发生,对于提高乘客及飞机安全具有一定保障作用。在飞机使用煤油作为燃料的过程中如发生泄漏情况,当发生燃烧时才能被发现,因而具有一定的安全隐患。随着国际上不断提高的能源需求,世界各国普遍都制定了比较严格的环保法规,据有关专家预计,未来5年内柴油动力船舶可能在欧美等发达国家一些内河湖泊船运水域、远洋运输线及大型码头被限制使用,而逐渐被液化天然气船舶所取代。
3 结束语
综上所述,为适应经济的快速发展以及国家上对环境保护日趋严格的要求,液化天然气技术具有更加广阔的发展空间。为使这一环保资源得到更加有效地利用,需要相关专业技术人员在天然气液化与储运技术等领域开展更多的研究工作。
参考文献
[1]顾安忠.液化天然气技术[M].机械工业出版社,2011.
[2]天然气液化技术研究[J].兰州理工大学学报,2009(4).
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