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  • 液化天然气(LNG)

    目录

    液化天然气简介

    液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG),是将天然气经过脱水、脱重烃、脱酸性气体等净化处理后,采用节流、膨胀或外加冷源制冷工艺,在常压和-162℃条件下液化而成。液化天然气无味、无色、无毒、无腐蚀性,体积约是常压下气态天然气体积的1/600。目前液化天然气在很大程度上可弥补石油资源的不足,保证能源供应的多元化。液化天然气是优质的工业和民用燃料,十分有利于输送和储存。液化天然气的物理性质:主要成分:甲烷,临界温度:190.58K,在常温下,不能通过加压将其液化,而是经过预处理,脱除重烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后,深冷到零下162℃,实现液化。

    从最近三十年发展状况来看,天然气的社会认可度相对较高,很多国家都选择液化天然气(LNG)作为首选燃料,使天然气在能源供应体系内所占比例持续提升。预计在2020年前后,天然气将在世界能源结构单位内占据百分之三十以上比重。其中,液化天然气将以百分之十二的增长速度稳步发展,逐步成为全球发展速度最为猛烈的能源之一。

    液化天然气

    液化天然气产业链

    液化天然气产业链是一条贯穿天然气产业全过程的资金庞大、技术密集的完整链系。由陆地或海上油田开采的天然气在液化工厂经过预处理后进行液化,生产的液化天然气按照贸易合同,通过船运到液化天然气接收站储存,再气化,经由管网送到用户。具体为:

    (1)天然气的开发。天然气生产环节包括对天然气的开采和一定程度的处理,按其性质和要求将天然气管输到液化厂并达到液化天然气厂原料气规格。

    (2)液化。主要作用是持续不断地把原料气液化成为液化天然气产品,其主要步骤有:预处理:从原料气中脱除气田生产环节没有去掉的杂质,如水、二氧化碳、硫、硫醇等。去除NGL:脱除天然气中的NGL以达到液化需要处理的液化天然气规格和技术要求。液化:用深冷制冷剂将原料气冷却并冷凝到一162。C,使其成为液态产品。

    (3)储存和装载。液化天然气(液化天然气)液体产品被储存在达到或接近大气压的保温储罐中,最常见的储罐类型有单容储罐、双容储罐、全容储罐。

    (4)运输。海上液化天然气运输需专门的运输船,将液态产品在常压或接近大气压条件下储存在液化天然气船保温舱内。在运输途中有一部分液化天然气蒸发,这些蒸发气可作为运输船的燃料。

    (5)接收站。液化天然气产品通过码头从运输船上卸下、储存,而后再气化后变成普通管道气输送给发电厂或通过当地分销网络作为燃料气输送到最终用户。

    (6)输配气管网和用户。

    液化天然气

    液化天然气的液化

    天然气液化是一个低温过程,原料气经过脱酸脱水等净化处理后,通过换热将温度降低至-162℃左右成为液化天然气,液化天然气工厂对预处理后的天然气进行液化。液化天然气的液化流程包括级联式液化流程、混合制冷剂液化流程及带膨胀机的液化流程。

    (1)级联式液化工艺

    级联式液化工艺也称为阶式液化工艺,其原理是逐级对天然气进行节流、降温,一般由三个温度水平的制冷循环单独构成,比较常用的制冷剂为丙烷循环段(-38℃)、乙烯循环段(-85℃)、甲烷循环段(-160℃),每个制冷循环中都包括三个换热器,九阶式液化可以在相当大的程度上减少传热温差,具有比较高的热力学效率。级联式液化工艺的特点是循环能耗低,制冷剂成分稳定,操作简单、且发展比较早,技术比较成熟,故在早期的液化天然气工厂中采用较多,但同时也存在投资费用高,流程复杂等缺点,级联式液化工艺流程图

    液化天然气

    (2)混合制冷剂液化工艺

    混合制冷剂液化工艺是指以混合制冷剂为介质对净化气逐级进行冷凝,混合制冷剂由碳氢化合物以及氮气等多种组分混合而成,净化气经过预冷换热器、主换热器以及过冷换热器换热冷凝后节流膨胀至-162℃,混合制冷剂液化工艺流程与级联式液化工艺类似,在其基础上进行简化系统,只需要一台压缩机,降低了投资。随着技术的发展,带丙烷预冷的混合制冷剂液化工艺被广泛应用,流程由三部分组成:混合制冷剂循环,丙烷压缩制冷循环,天然气液化回路,前两者为闭式制冷循环,后者为开式循环,带丙烷预冷的混合制冷剂液化工艺流程如图:

    液化天然气

    液化天然气运输

    对于LNG的运输,视距离的远近或区域条件决定采用何种运输方式,目前常见的运输LNG方式有三种:公路运输、水路运输、管道运输。

    (1)公路运输:公路运输因其灵活性成为我国应用最广泛的LNG运输方式,主要工具为LNG槽车,公路运输投资小、回报周期短,我国的新疆广汇、河北新奥、中原绿能等公司采用公路运输的方式建立了天然气市场,作为西气东输的有效补充,将LNG从新疆运输到广东、福建等地区。

    (2)水路运输:水路运输主要用于国际贸易,通过LNG运输船将液化天然气输送至目的地,进入管网,尤其是在近半个世纪以来,随着造船技术的不断增强,LNG运输船的容量不断扩大,运输成本随之降低,水路运输特点为输送容量大,安全可靠。

    (3)管道运输:当超过一定距离里且有固定需求时,管道运输是一种比较稳定的运输方式,如西气东输二线,管道运输的优点是输送量大、不受环境影响、安全性高,但也存在投资大、周期长、折旧成本过高等缺点[1]

    液化天然气运输工具根据用途不同可分为3类:液化天然气罐式集装箱、液化天然气罐车(包括挂车和半挂车)、液化天然气车载储气瓶。液化天然气罐式集装箱主要包括3种规格(6m、12m和13m),绝热方式以高真空多层绝热为主,工作压力小于1.6MPa,用于船舶、铁路和公路运输液化天然气,也可兼作小型固定储罐。液化天然气罐车,储罐容积约30m3,绝热方式以真空纤维绝热和高真空多层绝热为主,工作压力小于1.6MPa,主要用于公路转运液化天然气。液化天然气车载储气瓶,容积在0.6m3以下,绝热方式以高真空多层绝热为主,工作压力<;1.6MPa,主要用作液化天然气汽车用燃料箱[2]

    液化天然气储存

    LNG储存是液化天然气工厂内不可或缺的重要环节,安全性为重中之重,由于LNG的超低温性与可燃性,故对LNG储罐的结构设计、材料选择、冲击载荷等提出了很高的要求。

    (1)地上储罐

    目前应用最广的LNG储存方式为地上储罐,按结构可分为球罐、单容式、双容式、全容式与膜式罐等类型,其中,安全性能更好的全容式储罐在大范围内被使用,全容式储罐一般采用9%Ni钢或铝合金等材料构成,最大允许泄露限度为内壁向外罐泄露,不允许向外界泄露,LNG进出口一般在储罐顶部,设计压力可达0.029MPa,设计温度范围为-170-60℃。

    (2)地下储罐

    地下储罐除罐顶外的大部分都建设在地面以下,对地下储罐的储存要求为LNG最高液面不超过地面。地下储罐的罐体为双层结构,需要建立在不透水的地层之上,内外壳体之间需充填绝热材料或氮气。这种方式的优点是受周围影响较少,容积大,安全性高,适合健在人口密度比较大的区域,目前地下储罐应用最多的地区是日本,但是,这种方式也具有投资大,建设周期长等缺点。

    液化天然气BOG回收

    液化天然气工厂中BOG主要来源于两个方面,一是LNG储罐中自然蒸发,蒸发量约为0.3%,二是LNG进行装车或装船时,由于LNG槽车或运输船的温度不同,也会产生大量BOG,对于产生BOG可以对其能量进行回收利用

    (1)直接放空或点燃

    对于BOG的处理方式,目前最常用的方法是将BOG放空或送入火炬点燃,随着技术的发展,点燃的BOG也可以用来发电、供暖,比如在LNG运输船中,点燃的BOG可以作为驱动燃料供LNG船航行,但是这种方式存在众多缺点,其一,对BOG冷量的回收利用率较低;其二,直接放空或点燃的BOG会对大气环境造成一定的影响;其三,对于某些特定系统,如果过度依赖BOG冷量回收,会增加系统的不稳定性。

    (2)直接压缩送入输气管网

    对BOG进行气液分离脱除夹带杂液后,经BOG压缩机送入输气管网供用户使用,这种方式因设备少,工艺流程简单等特点应用比较广泛,缺点是适应性较弱,且对其压缩时会对BOG冷量造成浪费。

    (3)返补真空

    LNG运输船在向储罐卸装液体的过程中会产生真空,给之后的卸装增加了能耗,甚至无法将运输船中的LNG全完卸装完成,因此需要及时将真空填补,LNG储罐中产生的BOG温度大约在-145℃,且其他杂志含量可忽略,故可将BOG通过回气管线输送至LNG运输船中填补真空,同时船内LNG提供的冷量可将BOG进行再液化[1]

    液化天然气的特点

    液化天然气作为一种新型能源,具有天然的特点和优势,主要表现在:

    (1)使用效率高

    液化天然气相对于汽油、柴油、电能等能源的利用率来说都是较高的,其热能使用率超过50%,燃烧更充分,作为汽车燃料对汽车的伤害也较其他燃料要小,对发动机进行全面保护,在相对较低温度运行状态下,发动机充气效率将得到全面提升;冷能可利用率提高。

    (2)安全性高

    液化天然气的出厂和储存在常压下和-162摄氏度,其生产、储存及装卸具有专门的设备和操作规范,低温低压、安全性能好。同时储存密度大,更轻便,充加速度快、存储压力低、液态形式更安全。

    (3)节约成本

    无论是对于液化天然气汽车使用者还是对天然气的开采和销售商来说,其成本都是相对较低的。对于液化天然气汽车包括重卡来说,燃烧利用效率高、使用燃料少都可以节约运输成本。对于液化天然气销售的加气站来说投资不需要承担较大的成本压力,同时维护过程相对比较简单。在热值相等条件下,使用天然气成本比使用柴油成本下降百分之三十左右,其也导致汽车行驶成本大幅度降低[3]

    液化天然气总量

    液化天然气(LNG)市场供需总体宽松,贸易合同形式更加多元。2020年,世界LNG贸易量4879亿立方米,同比上升0.6%,LNG进口增量主要来自亚洲,出口增量主要来自美国、澳大利亚和卡塔尔。进口方面,亚太地区进口总量3454亿立方米,同比增长3.3%;欧洲进口总量1148亿立方米,同比下降3.8%。出口方面,美国出口量614亿立方米,同比增长29.2%;俄罗斯出口量404亿立方米,同比增长3.1% ;澳大利亚出口量1062亿立方米,同比增长1.2%;卡塔尔出口量1061亿立方米,首次被澳大利亚超越。2020年,全球新签合同的期限缩短,合同量缩小20%,以100万~200万吨合同为主,新签LNG合同定价仍以与油价挂钩为主,占比约79.7%,与油价挂钩的平均斜率降至10%~ 11%。2020年,国际天然气价格总体表现前低后高。美国亨利中心(HH)天然气年均价格1.99美元/百万英热单位,同比下跌20.7%。荷兰产权转让设施指数(TTF)天然气年均价格3.07美元/百万英热单位,同比下跌23.5%。普氏日韩标杆指数(JKM )天然气价格年内波动较大,4月跌至历史最低1.94美元/百万英热单位,2021年1月暴涨至28美元/百万英热单位[4]

    参考资料:

    [1] 孙子贻. 液化天然气工厂生产工艺仿真系统开发

    [2] 岑姜兰. 中国液化天然气产业发展现状及对策研究

    [3] 马保峰. 山西省液化天然气重卡产业发展政策研究

    [4] 国家能源局:中国天然气发展报告(2021)(27页).pdf

    液化天然气相关报告:

    公用事业行业国内外天然气总结与展望:国际天然气高位震荡国内市场长期向好-220606(34页).pdf

    【公司研究】深圳燃气-首次覆盖报告:LNG接收站带来业绩新增量城燃业务稳健成长-20200409[41页].pdf

    国家能源局:中国天然气发展报告2020(67页).pdf

    2021年全球及国内天然气市场供需分析报告(42页).pdf

    国际气体联盟(IGU):2022年全球天然气报告(英文版)(76页).pdf

    全球天然气行业市场展望:供需重构价格中枢有望上移-210917(29页).pdf

    石油天然气行业天然气及LNG价格分析展望:论碳中和及极端气候对行业的影响-210818(39页).pdf

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