天然气液化在我国的应用探讨

周翔宇 吴巧(中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司,四川 成都610041)

1 概述

液化天然气是天然气常见的形式之一，也就是我们常说的LNG，其是将经由气田开采的天然气，经过脱水、脱酸性气体以及脱其余杂志处理之后，再采用制冷工艺，深冷至-162℃成为液体而产生的。

由于液化天然气在预处理过程中已经进行了脱除杂质处理，其作为燃料燃烧时排放出的SO2和NOX等污染物很少，故而成为清洁能源，在环境污染相当严重的今天有必要大力发展与使用。此外，用液化天然气船代替地下长距离管道进行天然气输送，即可降低运输成本，又可以节省管道投资，安全性能亦大大提高。该技术也可用于天然气调峰，将天然气运送到没有气源或者是气源衰竭的国家，有助于调节世界范围内天然气供应。

2 天然气液化在我国的应用

2.1 城市燃气供应

经过液化处理的天然气是一种理想的城市清洁燃料，可以用于城市基本负荷运转、调峰和汽车行业。当前我国国内LNG技术与行业蓬勃发展，包括新疆、海口、重庆、西安等地都建设有LNG项目。LNG可以作为管道天然气的有效替代，协助城市燃气系统调峰，保证城市用气安全平稳，有助于抚平民用及工业用气的波动，也可满足城市冬季用气量的急剧增加。

液化天然气还可广泛用于汽车燃料，因为其具有清洁、高效、便于储存与携带、安全可靠、经济环保等优势，故与其他企业燃料相比，具有更为广阔的发展和应用前景。当前液化天然气多以压缩天然气（CNG）的形式用于汽车燃料，将气态下的天然气经过压缩储存在20MPa以上的高压钢瓶内，所以密度大、体积小，是更为理想的汽车燃料。而且，LNG是将经由气田开采的天然气，经过脱水、脱酸性气体以及脱其余杂志处理之后，再采用制冷工艺，深冷至-162℃成为液体而产生的，其具有大量的冷能，携带有这样的天然气，也就省去了给汽车单独配置制冷机的环节，造价更低、节能环保。

2.2 发电

据统计，天然气发电厂比一般的燃煤发电厂CO2的排放量约降低68%，而氮氧化物的排放量约降低80%，SO2的排放量几乎为零。所以采用LNG发电更环保，社会效益显著。

LNG发电包括LNG冷能发电和天然气作为燃料的联合循环发电两种方式，LNG与周围环境存在很大的温差和压力，第一种方式主要依靠这种温差和压力差形成动力进行循环发电。至于循环的方式常见的有直接膨胀循环、朗肯循环、布雷顿循环以及上述方式的联合循环。其中联合循环是多数电厂采用的循环方式，其可以利用燃气轮机产生温度很高的燃气，利用燃气及其余热产生高温高压蒸汽，用其推动汽轮机进而带动发电机发电。当前这种燃气-蒸汽联合循环发电技术日趋成熟，在很多场合也已得到日趋广泛的应用，该技术在世界电力工业中的地位及受重视程度在发生明显的改观。

2.3 蓄冷及冷能利用

当前，液化天然气运输船作为运输和储存液化天然气的主要工具，一般都采用了汽轮机推进，而汽轮机采用的主要燃料则是气化气或重油，可以试想一下，如果以LNG作为主要动力，其在气化时会产生大量冷量，将这些冷量储存或直接利用，如用于冷却液货舱或用于船舶空调和冷库，对燃气轮机进行冷却、进行食品冷加工等，都是不错的选择。

2.4 作为化工原料

2.4.1天然气燃料电池

当今社会，有火电、水电和核电三种电力可以由人们以工业规模的形式进行生产，而天然气燃料电池则被誉为第四种电力，这种技术正在美国、日本等发达国家崛起。燃料电池的原料主要为氢气，而当前生产氢气的主要原料有天然气、汽油、柴油等。燃料电池与传统化学电池的区别在于他可以将燃料通过化学反应释放出能量后直接转变为电能输出，故被称为燃料电池，天然气燃料电池可以向发电机一样源源不断的向外界输电。天然气燃料电池具有高效率、可靠、良好的环境效益以及良好的操作性能等优势，但是其市场价格昂贵、高温时性能不稳定、技术不够普及且没有完善的燃料供应体系。

当前，生产氢气最经济的途径是天然气蒸汽重整，据统计，世界氢气总量的四分之三都来自天然气蒸汽重整，即利用甲烷与水蒸气在高温下发生反应，制取氢气。其工作原理如下：

（1）H2在阳极氧化成H+并放出电子

H2→H++2e

（2）H+离子通过膜转移到阴极，与O2和相邻电池的电子反应生成水

1/2O2+2H++2e→H2O

（3）电池反应为：

H2+1/2O2→H2O

作为燃料的天然气与水混合，在改制器中变换成氢，这个过程称为水蒸气改质反应，公式如下：CH4+2H2O→CO2+2H2，反应为吸热反应，所需的启动时间长，且需要从外部进行间接加热，也可将关闭燃料电池后的剩余氢气作为加热能源，存在部分氧化改质方式，公式为：CH4+O2→CO2+2H2，这个反应为放热反应，不需要从外部加热，所以启动时间较短。

2.4.2其他方面

二十世纪六十年代以后，石油化工行业迅速发展，利用天然气制作乙炔及其衍生物的活动已经明显减少，随着其他化工产品的出现，乙炔作为有机化学品的作用大大下降，用途迅速减少。利用天然气制作乙炔能耗高、性价比低，所以当前，通过这一途径制作乙炔的比例大大下降。

3 结语

在当今LNG产业快速发展的时代，我国也已成为LNG进口大国，这需要我们从能源结构优化和资源的综合利用等方面重新审视这一新型能源，虽然其应用范围相当广泛，但是利用效率不够理想。天然气液化的高效利用不仅要依靠上述几种应用途径，更要依靠政府政策的大力支持，注重经济性、政策性与实用性的统一。

[1]李佩铭，焦文玲.我国液化天然气应用与推广[J].煤气与热力，2008,(1)∶25-28.

[2]兰春桥.论我国天然气液化技术开发与应用现状[J].现代商贸工业，2011,(17)∶288-289.