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LNG 的发展与应用

来源:UC论文网2015-11-13 17:28

摘要:

天然气资源作为一种优质、高效、清洁的能源,在能源竞争中逐步确立了优势。随着全球天然气探明储量及产量的迅速增长,天然气在能源构成中所占的比例日益提高。2010 年全球天然

  天然气资源作为一种优质、高效、清洁的能源,在能源竞争中逐步确立了优势。随着全球天然气探明储量及产量的迅速增长,天然气在能源构成中所占的比例日益提高。2010 年全球天然气消费量为31690 亿立方米,在一次能源中所占比例约为28.0%,天然气已成为继煤炭、原油后的第三大能源。截至2010 年底,世界天然气探明储量为187.1 万亿立方米,平均储采比为58.6。世界天然气资源分布极不均衡,主要分布在中东和欧洲地区,2010 年两地区占全球总探明储量的比例分别为40.5%和33.7%。相比之下,亚太地区天然气资源较贫乏,探明储量为16.2 万亿立方米,占全球总探明储量的比例仅为8.7%,该地区的天然气资源主要集中在澳大利亚、印度尼西亚、马来西亚等国,液化天然气主要流向日本、韩国、中国及中国台湾省。

  1 LNG 产业的发展现状

  1.1 国际LNG 产业发展现状

  目前全球共已建LNG 生产线95 条,总产能已达2.5 亿吨/年;在建中的LNG 生产线有30 条,总产能为1.44 亿吨/年。全球LNG 消费市场主要分布在亚太地区、欧洲及北美。亚太地区由于人口增长较快、经济保持良性发展、能源多样化以及环境保护的需要,LNG 需求量由2000 年994 亿立方米增至2010 年将达1800 亿立方米,年均增量约6%,而在此期间可供亚太地区的供应量仅增4%。

  亚太地区最大的2 个LNG 进口国日本和韩国需求增长趋缓,欧洲地区需求增长也不大。但北美地区由于现有天然气田的产量增长缓慢,并有下降的趋势,所以该地区天然气供需不平衡的问题日益突出,导致其需求量急剧增加,尤以美国的LNG 需求增长最为明显。未来美国、印度和中国LNG 市场需求的迅速增长将使全球LNG供应趋于紧张,而中东及亚太地区将成为向中国供应LNG 的主要供应地区。

  1.2 国内LNG 产业发展现状

  由于中国天然气地质储量具有西多东少的特点,天然气西气东输管线覆盖范围有限,导致中国东部地区天然气市场存在巨大缺口,而且LNG 可用于城镇应急调峰储备、运输工具的替代燃料、偏远地区居民生活用气及工业用气。因此,在沿海地区建设LNG 接收站,在天然气产地建设LNG 加工装置,可以满足更大范围、更多地区目前我国沿海地区已建成和在建的进口LNG 接收站项目有12个,分别为广东大鹏、福建莆田、上海洋山港、上海五号沟、广东珠海、广东揭阳、广东深圳、浙江宁波、江苏如东、河北曹妃甸、辽宁大连、山东青岛接收站。截至2014 年底,国内已建成了30 余座天然气液化工厂,总生产能力为1193 万立方米/天。这些已经建成的LNG装置中,只有新疆广汇、鄂尔多斯、四川达州的加工能力超过100 万立方米/天,其余装置的规模普遍较小。未来三年,中国尚有30 余个拟建LNG 项目,潜在产能超过3000 万立方米/天,在未来10-20 年的时间内,LNG 将成为中国天然气市场的强大生力军。

  2 LNG 液化工艺的选择

  液化天然气的生产工艺过程主要分为净化、液化及储存三部分,其中液化工艺是核心,目前成熟的的天然气液化工艺流程包括复迭式循环流程、膨胀制冷流程及混合冷剂制冷流程。复迭式制冷液化工艺由几个制冷循环复迭而成,多为丙烷、乙烯及甲烷等数个不同温度级别的循环系统串联,每个系统均配有压缩机组,对各自冷剂进行压缩、节流、闪蒸等工艺操作,将原料天然气冷凝、液化及过冷。复迭式制冷液化工艺热效率高、能耗少,但机组多、控制复杂、开工率偏低、投资成本高,仅仅在少数大型基地型LNG 生产设施上应用。

  膨胀机制冷液化工艺利用原料天然气自身的压力在膨胀机中绝热膨胀制冷,将天然气液化,但液化率一般只有7%~15%。而在此工艺技术发展而来间接膨胀机制冷液化工艺利用氮气或甲烷经压缩,进入冷箱膨胀制冷将天然气液化可得到较高的液化率,但受原料气压力及组成的变化影响较大,仅适用于产能较小且特殊要求的场所。

  混合冷剂制冷流程以多组分混合物作为制冷剂,一般由5~6 种组分的混合物组成,利用混合物中重组分先冷凝,轻组分后冷凝的技术特点,依次经节流、蒸发制冷,将天然气液化。依据冷剂循环数量可分为单循环、双循环及三循环混合冷剂工艺,单循环冷剂一般由氮气及烃类组成,混合冷剂经分段压缩,并在段间分离出重组分,以达到减小二段压缩功耗的目的。冷剂的低压返流由压缩机压缩至中压后冷却并进入闪蒸塔进行分离,塔底重组分进入冷箱上部用以预冷,而塔顶轻组分被进一步压缩、冷却、节流以提供冷量。双循环混合冷剂制冷工艺在单循环工艺基础上增设一级丙烷预冷,丙烷预冷循环用于预冷混合冷剂及天然气至-30℃左右,而混合冷剂用于深冷及液化天然气,该工艺运行效率高,单线生产能力可达250 万吨/年。三循环混合冷剂工艺,产能可达500 万吨/年以上,采用三个串联的制冷循环,分别用于预冷、冷凝和液化,一般应用于大型和特大型天然气液化装置。

  3 混合冷剂制冷工艺

  混合冷剂制冷天然气液化包括原料气的过滤、酸性气体脱除、液化、LNG 储存及灌装等工艺环节。天然气组分较纯净,酸性气以CO2为主,CO2的摩尔浓度从0.8mol%降至50ppm 以下,以防止CO2在天然气液化过程中以干冰的形式析出,堵塞设备及管道,目前LNG 装置广泛采用乙醇胺水溶液、环丁砜或二异丙醇胺作为脱酸剂。天然气液化脱水属于深度脱水,由于分子筛具有吸附选择能力强,低水汽分压下的高吸附特性,通常采用4A 分子筛将水含量控制在1ppm 以下。同时为防止原料气中含有的微量汞在低温时对冷箱等设备造成腐蚀,选择在液化单元前设置选择装有载硫化物大孔氧化铝脱汞剂的脱汞罐,利用硫和汞的吸附反应脱去汞,使汞含量低于0.01ug/m3。净化气体进入冷剂换热器进行热交换完成预冷、冷凝及液化,冷剂换热器由一个包围在冷箱壳体内的钎焊铝质芯体组成,壳体内充填珠光砂绝热材料,原料气由顶部进入冷箱,向下流动至底部的冷端,冷凝下来的LNG进入低温液体储罐。低温液体储罐是LNG 储存的核心设备,对于低温常压储罐,地下罐投资非常高、交付周期长,而在地上罐中,双容罐、全容罐和膜式罐和其他形式储罐投资偏高,施工周期长,膜式地上罐理论上投资和交付周期较全容罐和地下罐是有优势的,但膜式罐的制造商很少。

  4 结束语

  液化天然气应用前景广泛,可用于城镇应急调峰储备,运输工具的替代燃料及偏远地区居民生活用气等方面,LNG 产业在国内外得到快速发展,LNG 液化工艺得到长足进步。

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