天然氣液化在我國的應用探討

周翔宇 吳巧(中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司,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，其是將經由氣田開采的天然氣，經過脫水、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℃成為液體而產生的。

由于液化天然氣在預處理過程中已經進行了脫除雜質處理，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，在環境污染相當嚴重的今天有必要大力發展與使用。此外，用液化天然氣船代替地下長距離管道進行天然氣輸送，即可降低運輸成本，又可以節省管道投資，安全性能亦大大提高。該技術也可用于天然氣調峰，將天然氣運送到沒有氣源或者是氣源衰竭的國家，有助于調節世界范圍內天然氣供應。

2 天然氣液化在我國的應用

2.1 城市燃氣供應

經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荷運轉、調峰和汽車行業。當前我國國內LNG技術與行業蓬勃發展，包括新疆、海口、重慶、西安等地都建設有LNG項目。LNG可以作為管道天然氣的有效替代，協助城市燃氣系統調峰，保證城市用氣安全平穩，有助于撫平民用及工業用氣的波動，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，因為其具有清潔、高效、便于儲存與攜帶、安全可靠、經濟環保等優勢，故與其他企業燃料相比，具有更為廣闊的發展和應用前景。當前液化天然氣多以壓縮天然氣（CNG）的形式用于汽車燃料，將氣態下的天然氣經過壓縮儲存在20MPa以上的高壓鋼瓶內，所以密度大、體積小，是更為理想的汽車燃料。而且，LNG是將經由氣田開采的天然氣，經過脫水、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配置制冷機的環節，造價更低、節能環保。

2.2 發電

據統計，天然氣發電廠比一般的燃煤發電廠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發電更環保，社會效益顯著。

LNG發電包括LNG冷能發電和天然氣作為燃料的聯合循環發電兩種方式，LNG與周圍環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行循環發電。至于循環的方式常見的有直接膨脹循環、朗肯循環、布雷頓循環以及上述方式的聯合循環。其中聯合循環是多數電廠采用的循環方式，其可以利用燃氣輪機產生溫度很高的燃氣，利用燃氣及其余熱產生高溫高壓蒸汽，用其推動汽輪機進而帶動發電機發電。當前這種燃氣-蒸汽聯合循環發電技術日趨成熟，在很多場合也已得到日趨廣泛的應用，該技術在世界電力工業中的地位及受重視程度在發生明顯的改觀。

2.3 蓄冷及冷能利用

當前，液化天然氣運輸船作為運輸和儲存液化天然氣的主要工具，一般都采用了汽輪機推進，而汽輪機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和冷庫，對燃氣輪機進行冷卻、進行食品冷加工等，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

當今社會，有火電、水電和核電三種電力可以由人們以工業規模的形式進行生產，而天然氣燃料電池則被譽為第四種電力，這種技術正在美國、日本等發達國家崛起。燃料電池的原料主要為氫氣，而當前生產氫氣的主要原料有天然氣、汽油、柴油等。燃料電池與傳統化學電池的區別在于他可以將燃料通過化學反應釋放出能量后直接轉變為電能輸出，故被稱為燃料電池，天然氣燃料電池可以向發電機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、良好的環境效益以及良好的操作性能等優勢，但是其市場價格昂貴、高溫時性能不穩定、技術不夠普及且沒有完善的燃料供應體系。

當前，生產氫氣最經濟的途徑是天然氣蒸汽重整，據統計，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生反應，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+離子通過膜轉移到陰極，與O2和相鄰電池的電子反應生成水

1/2O2+2H++2e→H2O

（3）電池反應為：

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反應，公式如下：CH4+2H2O→CO2+2H2，反應為吸熱反應，所需的啟動時間長，且需要從外部進行間接加熱，也可將關閉燃料電池后的剩余氫氣作為加熱能源，存在部分氧化改質方式，公式為：CH4+O2→CO2+2H2，這個反應為放熱反應，不需要從外部加熱，所以啟動時間較短。

2.4.2其他方面

二十世紀六十年代以后，石油化工行業迅速發展，利用天然氣制作乙炔及其衍生物的活動已經明顯減少，隨著其他化工產品的出現，乙炔作為有機化學品的作用大大下降，用途迅速減少。利用天然氣制作乙炔能耗高、性價比低，所以當前，通過這一途徑制作乙炔的比例大大下降。

3 結語

在當今LNG產業快速發展的時代，我國也已成為LNG進口大國，這需要我們從能源結構優化和資源的綜合利用等方面重新審視這一新型能源，雖然其應用范圍相當廣泛，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用途徑，更要依靠政府政策的大力支持，注重經濟性、政策性與實用性的統一。

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

[2]蘭春橋.論我國天然氣液化技術開發與應用現狀[J].現代商貿工業，2011,(17)∶288-289.