第一章 液化天然气基本知识

第一章液化天然气基本知识
第一节液化天然气概况
液化天然气（LNG）是天然气资源应用的一种重要形式，液化天然气是指天然气原料气经过净化（脱水、脱烃、脱酸性气体）后，通过低温冷冻工艺在-162 ℃，临界温度为-84 ℃，临界压力为4.1MPa。

采用节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的低温液体混合物，常见的LNG是Liguefied Natural Gas （液化天然气）的缩写。

目前，世界上80%以上的天然气液化装置采用混合制冷剂液化循环，该循环以C1～C5的碳氢化合物及氮气等组成多组分混合制冷剂为工质，进行逐级冷凝、蒸发、节流、膨胀，得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。

天然气液化后，液化天然气由槽车运至气化站，利用液化天然气卸车增压器使槽车内压力增高，将槽车内液化天然气送至液化天然气低温储罐内储存。

当从液化天然气储罐外排时，先通过储罐的自增压系统，使储罐压力升高，然后打开储罐液相出口阀，通过压力差将储罐内的液化天然气送至气化器后，经调压、计量、加臭等工序送入城镇燃气管网供城镇居民使用；作为燃气汽车及一些动力装置的原料。

这种供应方式称为液化天然气(LNG)供应系统LNG液化天然气目前是全世界增长速度最快的一种优质清洁燃料。

它具有储存，运输效率高，杂质含量少，燃烧清洁高效，气价低平稳定、经济效益好等优点。

1、LNG的基本组成及基本性质
不同的KNG生产厂生产的产品的组成不同，这主要取决于生产工艺和气源气组分。

按照欧洲标准EN1160的规定，LNG的甲烷含量应高于75%，氮含量应低于5%。

一般的商业LNG产品的组成如表1—1所示：
由表1—可见，LNG的主要组分是甲烷，其中还有少量乙烷、丙烷、丁烷及氮等惰性气体。

LNG的性质随组分变化而略有不同，一般商业LNG的基本性质为：在-162℃与0.1MPa下，LNG为无色无味的液体，其密度约为430kg/m³，燃点约为650℃，热值一般为37.62MJ/m³，在-162℃是的气化潜热约为510KJ/kg，爆炸极限为5%～15%，压缩系数为0.14～0.82。

LNG不同于一般的低温液体，它具有以下特性。

①、LNG的蒸发 LNG的储存在绝热的储罐中，任何热量渗漏到罐中，都会导致一定量的LNG气化为气体，这种气体称为蒸发气。

LNG蒸发气的组成主要取决与液体的组成，它一般含氮气20%（约为LNG中N2含量的20倍），甲烷80%及微量乙烷。

对于纯甲烷而言，低于-80℃的蒸发气比空气重。

②、LNG的溢出与扩散 LNG倾倒至地面上时，最初会猛烈沸腾蒸发，其蒸发率将迅速衰减至一个固定值。

蒸发沿地面形成一个层流，从环境中吸收热量逐渐上升和扩散，形成一个可见的云团，这可作为蒸发气移动的方向的指南，也可作为蒸发气—空气混合物可燃性的指示。

蒸汽云团扩散是一个复杂的过程；通常采用EVANUM和EOLE 模型来计算蒸汽云团扩散的安全距离。

③、LNG的燃烧与爆炸 LNG具有天然气易燃易爆的特性。

在-162℃的低温条件下，
其燃烧范围为6%～13%（体积百分比）；LNG着火温度即燃点随组分的变化而变化，其燃点随重烃含量的增加而降低，纯甲烷的着火温度为650℃。

2、LNG的优势及用途
LNG优势为：
①安全可靠LNG的燃点高，LNG的燃点比汽油高230℃，比柴油更高；爆炸极限高，LNG的爆炸极限比汽油高2.5～4.7倍；LNG相对密度为0.47 kg/m³左右,汽油为0.7左右，爆炸极限高，它比空气要轻，既使稍有泄露，即可迅速向上扩散挥发到空中，不至于造成积聚自然爆炸或形成遇火爆炸的极限浓度，同时也由于LNG具有低温、轻质、易蒸发的特性，可防止被人窃取或变卖造成损失。

因此，LNG是一种安全可靠的能源。

②清洁环保根据取样分析对比，现有我国城市污染源主要来自大量烧煤和车辆排放的尾气所造成的。

天然气在液化前经过严格的预净化，LNG作为汽车原料，比汽油、柴油的综合排放量降低约85%左右，其中CO排放量减少97%，HC减少70%～80%、NO x减少30%～40%，CO2减少90%、微粒排放减少40%、噪声减少40%，而且无铅、苯等致癌物质，基本不含硫化物，环保性能非常优越。

因此，LNG是一种清洁环保能源。

③经济高效 LNG液化后体积大约缩小为气态天然气的1/625，其储存成本仅为气态天然气的1/70～1/60；其投资省，占地少，储存效率高。

此外，LNG携带的冷量可以部分回收利用。

④灵活方便 LNG通过专用的槽车或轮船可以对气田经液化后天然气进行长距离运输到管道难以到达的任何用户，节省大量输气管道投资，而且方便可靠，风险性小，适应性强。

不受城市燃气管网的制约；机动灵活，投资少，见效快；是理想的汽车，工业生产、电力和民用燃料。

据统计，在美国、日本、欧洲已建成投产100多座KNG调峰装置，它不仅比地面高压储罐和地下储气库建设节省土地、资金、工期，而且方便灵活不受地质条件限制。

对于自身气源不足的国家，进口LNG是解决燃气供应的最方便，最经济的方式。

此外，用海水可使LNG很容易气化，便于海上油气田LNG的输送。

LNG的主要用途：
由于LNG有利于生态环境的保护，尤其是在工业中心和人口稠密地区，使用LNG更具优越性，目前世界上环保先进的国家都在推广使用LNG。

LNG主要应用于以下方面。

①解决边远地区的能源供应，LNG可以通过地面或水上运输工具运输到远离天然气气田的边远能源消费地，从而取代地下远距离管道输送，节省大量管线及站场建设的投资。

②解决边远气田的开发或天然气回收，利用LNG方式，可以有效解决远海、荒漠等边远地区气田的开发及其天然气回收。

③有利于城市负荷的平衡调节，民用气量冬用多、夏用少，或者因用气的电厂、化工厂检修或者液化天然气厂本身进行技术改造，甚至是输气管网出现故障等，都会造成定期或不定期的供气的不平衡,建设（LNG）液化天然气储罐能起到削峰填谷的作用，用于解决城市管网的调峰难题。

④可作为优质的车用燃料,与汽车烧汽油相比，LNG具有辛烷值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、降低运输成本等优点。

与CNG汽车相比，CNG体积能量密度约为汽油的26%，LNG体积能量密度约为汽油的72%，因而使用LNG的汽车行程远，可大大减少汽车加气站的建设数量。

同时，LNG储存效率高，车装钢瓶压力小、重量轻、数量小，建站不受供气管网的限制等优越之处。

⑤生产过程，释放出的冷量可回收利用,LNG在常温下携带有大约836J/kg的冷量，利用这些冷量可以液化和分离空气、生产液氧、液氮和干冰，冷藏冷冻物品、低温处理工业废弃物、淡化海水、低温破碎、而且还可以用温差发电。

此外，LNG储罐的蒸沸气也可就近回
收。

目前，LNG冷量回收率可达到50%以上。

⑥生产LNG副产品在LNG生产过程中的不同阶段，可分离出C2、C3、C4、C5、
C 烃
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类以及H2S、H2等化工原料及燃料，由于氦（He）的液化温度为-269℃，当温度降到-162℃时天然气将全部液化成LNG，因此LNG与氦（He）可以联产，这不仅节省投资，降低操作费用，而且提高了装置的操作灵活性。

⑦ LNG经简单的气化装置就可重新变成气态使用，可将LNG汽化时产生的冷量，用作冷藏、冷冻、低温破碎、温差发电等相关工业项目。

LNG在我国已经成为发展迅速的新兴工业,LNG(液化天然气)已成为目前无法使用管输天然气供气城市的主要气源或过渡气源，也是许多使用管输天然气供气城市的补充气源或调峰气源。

LNG气化站凭借其建设周期短以及能迅速满足用气市场需求的优势，近几年在我国发展迅速。