基于核心文献的液化天然气研究热点与分析

赵 状，田 壘，王 哲

（1.兰州石化职业技术学院机械工程学院，甘肃 兰州 730060；2.中国石油天然气股份有限公司天然气销售河南分公司，河南 郑州 450001；3.清华大学能源与动力工程系，北京 100084）

液化天然气 （Liquefied Natural Gas，缩写为LNG）是指将天然气经过脱除二氧化碳、硫化物、水、汞、重质烃和氮气等杂质后，在常压下深冷至约-162℃液化得到的产品。由于其储存量大，运输灵活，安全可靠，清洁环保，作为气源是天然气利用的最高效形式。

早在20世纪90年代，我国就制订了液化天然气发展规划，90年代中期科研人员完成了天然气深冷分离及液化装置的工业性试验［1］。2001年，我国第一座小型基本负荷型天然气液化工厂在中原油田投产，生产出的液化天然气通过槽车外运。2006年国内第一座LNG接收站正式投运，标志着中国开始进口液化天然气。据国家统计局、海关总署数据统计，2007年液化天然气进口291.3万吨，2019年进口液化天然气6061.41万吨，超越日本成为全球液化天然气进口最大国。

本文以中国知网和Web of Science上发表的学术文献为基础，用复杂网络理论［2］分析液化天然气研究领域，建立关键词之间的复杂网络，并采用文献计量法借助CiteSpace［3］知识图谱软件及Gephi［4］社会分析可视化软件，通过定量为主定性为辅对文献进行分析与归纳，重点分析国内文献演化趋势，以数据可视化的方式直观有效的展示该领域的研究现状、预测研究方向。

1 液化天然气研究领域发展概况

中国知网为检索平台，采用数据库高级检索，检索文献来源于基础科学、工程专辑、信息科技、经济与管理科学分类目录。输入检索条件：设置篇名包含 “液化天然气”，不限制文献发表时间，共找到2412条结果。同理检索Web of Science上的核心合集，以 “liquefied natural gas”为标题的文献共有721条。

从文献发表年度上来看，总体上，以液化天然气为标题的文献数量都呈增长趋势，如图1所示。

图1 历年液化天然气为标题的文献数量

WOS数据库中最早文献收录于1964年，前期研究在1968年最为热点，中期发文量稳定，2003年后稳步发展，2013年后数量暴增。CNKI数据库于1973年收录第一篇文献，并且2004年和2010年是 “拐点”，都是以液化天然气篇名文献数量倍增的起点。这表明，国内从2004年起，液化天然气的研究热度上升，液化天然气开始成为一个重要的研究领域，这也和我国天然气领域发展背景符合。2004年西气东输一线工程竣工，正式向上海供气。之后的干线、连接支线以及沿海LNG接收站的建产，标志着我国大规模天然气生产和消费的时代到来。同样，2010年开始，政府和 “两桶油”陆续对传统运输工具，汽车、船舶 “油改气”提供政策和技术扶持，促进了液化天然气的大力发展。2012年国家正式发布了 《天然气发展 “十二五”规划》，对液化天然气的政策扶持继续发力。该研究领域文献数量上持续爆发，并在2015年达到峰值。而2016年出现大幅下降，表明受国家规划 “刺激”的液化天然气相关领域的研究已经取得了阶段性成果，也揭示相应的研究会有新的进展。同时，也可能是受到2015年全球能源危机影响，当年国内天然气消费增速创10年来新低，LNG接收能力过剩问题明显［5］，减缓了研究速度。

2 国内液化天然气领域关键词的共文献网络分析

文献关键词随年份的变化在一定程度上可以反映该研究领域的发展规律。首先对CNKI平台检索到的文献人工剔除报纸报道等相关无效条目，文献的分析处理以五年为一个样本切片。由于1973～1994年文献较少，不做切片处理，统一做为第一个样本分析，所以第二个样本切片为1995～1999年，依次到分析至第六个样本2015～2019年。应用CiteSpace.5.6R3导入文献分析得到六个样本关键词的共文献网络。

共网络分析中节点的中心度 （介数）值越大，该节点越是该网络的核心［6］，表示该节点所对应的关键词在该样本共文献网络中是研究的重点。本文提取每份样本中介数最大的10个节点所对应的关键词 （去掉 “液化天然气”“液化气”“LNG”“天然气”这几个重复性节点，便于观察）如表1所示。

表1 国内液化天然气文献共关键词网络介数Top10节点

分析表1，可以得到这些年来国内液化天然气研究方向的变化趋势。1973～1994年国内对液化天然气的研究主要是对来自本领域内技术先进国家的经验借鉴［7］，后期也有科研先驱对液化天然气基本理论和储存装备进行深入研究［8］。1995～1999年，“汽油”、“汽车”节点介数较高，表明国内学者开始讨论 “油改气”的相关论题［9］，同时受到国家提出大力发展天然气政策的影响，对液化天然气船和液化工厂的相关研究增多［10，11］。2000～2004年，“能源”、“接收站”节点介数靠前，彼时国家已经开始了 “西气东输”工程的建设，管道气缺口已经解决，针对接收海上进口液化天然气下游的相关问题研究逐步展开，如冷能回收［12］开始讨论。2005～2009年，这一阶段随着陆地管网、接收站、液化工厂的建设，已经形成了我国自主的液化天然气产业链［13］，相关的研究也逐步转向应用领域。2010～2014年，受到汽车、船舶 “油改气”政策［14］利好影响，“加气站”在这一时期得以大力建设，中海油广东LNG接收站的良好运行起到了示范作用，国内沿海开始兴建LNG接收站，分布式能源的布局也促使利用冷能 “发电”［15］成为高介数节点。2015～2019年，国内能源结构深化改革，“2+26”城市大气污染综合治理攻坚战，中俄合作的 “亚马尔”液化天然气项目举世瞩目，国家管网公司成立，对天然气的需求逐年递增。液化天然气产业链更加完善，自主液化天然气装备的研究［16］已达世界水平，众多LNG接收站和液化工厂相继投产，大量的冷能有待利用，同时国内研究者也越来越关注液化天然气带来的诸多安全问题［17，18］。

3 液化天然气研究领域关键词的知识图谱

本文应用CiteSpace.5.6R3分别导入WOS和CNKI检索到的历年全部有效文献聚类分析输出液化天然气研究领域热点的文献关键词知识图谱，再通过Gephi软件优化后如图2和3所示。

图2共生成节点209个，边389条；图3共生成465个节点，672条连线。图谱中连线越多的节点，在研究领域内越关键越成熟。

图2所示国外液化天然气领域研究热点主要围绕 “model”“methane”“hydrogen production” “recovery” “thermodynamic analysis” “boil-off gas”“liquefaction”“power cycle” “optimal design”“exergy efficiency”等重要节点展开。图3所示国内液化天然气领域研究热点主要围绕 “液化气”“LNG”“接收站”“储罐”“液化天然气船”“罐箱”“温度场”“工艺”等重要节点展开。也有一些独立的节点，如 “调峰”“事故树分析”“球阀”“浮式液化天然气”“重气泄漏”“相变”“两相流”“节能降耗”等，这些节点所代表的是亟待深入研究的方向。此外，连接程度尚不密集的节点应是今后跨方向研究合作的着手点。

综合图谱分析，国内外液化天然气研究的热点可以概括两个领域六大方向。工程技术领域：一是液化天然气储运的安全问题，其中运输安全代表节点如 “翻滚 （rollover）” “分层 （stratification）”“液体晃荡”等，储存容器安全代表节点如 “焊接材料”“低温钢筋”“定期检验”“低温静载试验”“隔震”等，储存消防安全如 “泄漏” “池火灾”“蒸气云爆炸”等。二是液化天然气产业链相关工艺和工程应用的研究，如 “混合冷剂 （mixed refrigerant）”“流程模拟 （simulation method）” “多级循环 （combined cycle）” “冷能利用 （cryogenic exery utilization）” “低温粉碎” “循环发电 （cogeneration）” “罐顶气升” “造价管理” “风险管理”“multi-objective optimization” “life cycle assessment”等。三是液化天然气相关装备的应用研究，如 “液位计”“液散货集装箱”“模拟舱”“液化天然气加气机”“液化天然气罐车”“浮式液化气船（FLNG）”“保冷层”“低温球阀”“汽化器 （open rack vaporizer）”等。四是对气源的研究如 “焦炉煤气”“煤矿瓦斯”“shale gas”。五是对技术标准的研究，如 “技术体系” “标准化”。经济贸易领域：主要是液化天然气国际贸易的研究，如 “LNG supply chain”“天然气消费”“投资”“运输市场”“海运贸易 （maritime transportation）”“产能”“采购协议”和涉及到液化天然气进出口地区和国家市场的分析。

图2 液化天然气研究关键词图谱 （WOS收录文献）

图3 液化天然气研究关键词图谱 （CNKI收录文献）

总体来看国内外两个检索库所载文献研究热点大体一致，对比研究热点，国外文献甲烷产业链相关研究更为成熟，针对冷能工艺优化的研究更为广范，国内对接收站、液化天然气储运装备、液化天然气汽车和低温材料的研究更为关注。

4 结论

本文通过对国内外液化天然气相关文献的研究，分析历年的文献数量，通过建立关键词的共文献网络，研究关键节点的变化规律，以及建立该领域的知识图谱，得出以下结论：1）国内液化天然气的研究在2004年进入到快速发展阶段，并在2015年取得了一系列成果，从认识液化天然气到全产业链相关工程技术的研究，再到对液化天然气储运安全的极大关注，经历了由粗浅到深入，学习先进经验到自主创新应用的过程；2）知识图谱清晰呈现了国内外液化天然气研究领域的方方面面，大体可总结为六个方向。本文的研究主要是基于文献的关键词内容，在一定程度上梳理了我国液化天然气领域研究的发展历程，同时揭示了该领域研究热点，可为今后液化天然气领域研究提供参考。