LNG介紹及LNG汽車.doc

一、前言近年世界LNG貿(mào)易量發(fā)展較快，1998年全球LNG貿(mào)易量8200萬t(折合成天然氣1130億m3)，占天然氣總貿(mào)易量的25(其余75天然氣為管道運輸進行貿(mào)易)。目前全球有11個國家生產(chǎn)LNG，其中印度尼西亞生產(chǎn)量最大，占31.8，其次為阿爾及利亞，占22；進口量最大是日本，占58.5，其次是韓國，占12.6。LNG生產(chǎn)國都是在沿海建設(shè)大型天然氣液化工廠，生產(chǎn)的LNG靠遠洋海輪銷往進口國。目前全世界有10個國家和地區(qū)進口LNG，并建有39個接收終端站，其中日本在東京、大阪等城市的海邊建設(shè)了23個LNG接收終端站。經(jīng)過氣化，并用壓縮機提高壓力后，用管道輸往各地供給用戶。在終端站附近還建設(shè)一些冷量回收和利用工廠，例如大阪就有7個工廠。這是世界上的普遍做法，尚未見在LNG接收終端站將液態(tài)LNG經(jīng)管道、鐵路、汽車槽車長距離運送給用戶的實例報導(dǎo)。因存在冷量利用，運輸過程中要致冷及安全等一系列問題。目前，全球LNG汽車的發(fā)展正處于初始階段。從LNG進出口國家的LNG生產(chǎn)工廠或接收終端站，獲得一定數(shù)量LNG汽車燃料應(yīng)是可以實施的。使用LNG汽車槽車進行運輸供給用戶，只能在附近地區(qū)使用；有的國家建設(shè)了調(diào)峰用LNG工廠，其開工率很不平衡，可在不調(diào)峰時出售LNG作汽車燃料；有的建設(shè)小型天然氣液化裝置，供應(yīng)LNG汽車燃料。二、利用調(diào)峰型工廠LNG作汽車燃料目前美國有1500輛LNG汽車正在運行，主要是使用調(diào)峰型工廠生產(chǎn)的LNG，美國LNG調(diào)峰廠一般每天生產(chǎn)5萬加侖LNG(189m3)，折合成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣約11萬m3/日。美國開發(fā)LNG汽車基于如下出發(fā)點：美國有簧貺NG調(diào)峰工廠可提供LNG；美國主要將重型運輸汽車改裝成LNG汽車，運輸量大，車輛利用率高，比鐵路運輸方便；重型汽車都是用柴油發(fā)動機，排放x。和固體顆粒及噪音較大，污染環(huán)境較嚴(yán)重，使用LNG后，這些污染降低較大；使用LNG稅收小，價格也便宜；LNG汽車儲罐中蒸發(fā)出來的天然氣可用作發(fā)動機燃料；LNG重型汽車容易騰出體積，安裝LNG儲罐。美國利用調(diào)峰工廠的LNG已建設(shè)了一些加氣站，例如最近在亞利桑那州菲尼克斯城建設(shè)了一個規(guī)模為每天給200輛LNG汽車用的加氣站，主要為該市158輛公共汽車加氣。加氣站與汽油、柴油的加油站建在一起，于1999年開始運行。該加氣站主要設(shè)備為2個容積11.356m3(30000加侖)的低溫儲罐、3臺售氣機及其它設(shè)施。市政當(dāng)局保證給該站供應(yīng)LNG，價格3347美元/t，折合天然氣為0.25美元m3。三、建設(shè)小型天然氣液化裝置，供應(yīng)LNG汽車燃料使用LNG汽車與CNG汽車相比較，CNG汽車必需在建有天然氣管網(wǎng)的城鎮(zhèn)使用，而LNG可以利用槽車運輸?shù)經(jīng)]有天然氣管網(wǎng)的地區(qū)使用，建加氣站也不受天然氣管網(wǎng)的制約。另外，LNG的能量密度約比CNG高三倍左右，裝在汽車上的LNG儲罐體積較小和較輕，LNG汽車行駛里程比CNG汽車長。由于LNG能量密度大，故生產(chǎn)時能耗也較高，俄羅斯天然氣研究院提供了LNG和CNG生產(chǎn)的能耗數(shù)據(jù)(見表1) 表1處理10003天然氣制、的能耗對比能 耗CNG(AFHKC) -500LNG世界大型LNG工廠小型LNG裝置kwh/1000m3350370420500600850小型工廠的規(guī)模與-500加氣站相當(dāng)表1說明，小型LNG裝置要比相當(dāng)規(guī)模的CNG加氣站生產(chǎn)CNG能耗高一倍左右，致使LNG成本也高。為了降低小型LNG裝置的成本，應(yīng)利用一些特殊條件，才是小型LNG裝置建設(shè)的發(fā)展方向。1利用LNG加氣站壓縮機富裕能力和配氣站壓力差能量制冷。80年代前蘇聯(lián)時期主要建立大型CNG汽車加氣站AFHKC-500，即每個站晝夜供500輛汽車加氣。實踐證明，大部分加氣站遠達不到定額要求，可利用加氣站壓縮機的富裕能力來生產(chǎn)LNG。1992年列寧格勒輸氣公司與列寧格勒化工機械科學(xué)研究設(shè)計所，圖波列夫飛機設(shè)計局等單位協(xié)作，在該輸氣公司圣彼得堡市的8號CNG加氣站建成了生產(chǎn)LNG試驗裝置，其工藝流程見圖1。天然氣由CNG加氣站的壓縮機加壓到6.50.5MPa輸?shù)奖驹囼炑b置，先經(jīng)換熱器4冷卻，然后進入液化組合器(直徑500mm，長度2600mm)中的渦流冷卻器(俄羅斯專利號1304526)進行液化，液化產(chǎn)物流入低溫器6(容積8m3)，容器內(nèi)LNG壓力為0.6MPa，即膨脹比為10:1以上，最后LNG裝入汽車槽車。LNG產(chǎn)量為200kg/h，液化率12。生產(chǎn)LNG能耗要比CNG高，但可以節(jié)約壓縮機的投資。1996年列寧格勒輸氣公司又與西格瑪天然氣公司協(xié)作在圣彼得堡市另一個CNG加氣站上建設(shè)一套LNG生產(chǎn)裝置，產(chǎn)量為400kg/h，液化率15，工藝流程與試驗裝置相同。俄羅斯統(tǒng)一供氣體系的管道壓力為5.57.5MPa，管道上有眾多配氣站用來供給工礦、城鎮(zhèn)的天然氣用戶，而這些用戶只需要低壓(0.3、0.6、1.2MPa)的天然氣，因此壓力差能量是損失了。最近列寧格勒輸氣公司與西格瑪天然氣公司協(xié)作在圣彼得堡市尼加拉依配氣站建成一套LNG生產(chǎn)裝置，由于CNG汽車加氣站的天然氣已凈化、脫水，可直接利用，但設(shè)在配氣站上的LNG生產(chǎn)裝置，其原料尚需凈化、脫水。此液化裝置最主要優(yōu)點是利用天然氣壓力差能量在較高膨脹比條件下制冷，液化的天然氣制成LNG，未液化的天然氣返回配氣站，制冷設(shè)備也是使用渦流制冷器。這種小型LNG裝置主要能耗利用配氣站壓力差能量，操作費用很低，使生產(chǎn)的LNG成本也很低。2采用廉價的天然氣作原料國外有關(guān)文獻指出：目前有不少單個氣井，日產(chǎn)100萬200萬ft3(2.835.66萬m3)天然氣能力，距離管網(wǎng)太遠，建設(shè)管線不經(jīng)濟，這類氣井的天然氣，若不利用，就成為廢井；還有一些含2、N2的氣井，組分中主要含2、N2，但還含有部分甲烷，如開發(fā)氣井為了生產(chǎn)液態(tài)2、N2，供三次產(chǎn)油使用或作其它用途，可利用副產(chǎn)品甲烷來生產(chǎn)LNG；并提出利用單井氣日產(chǎn)2.83萬m3建設(shè)一套小型LNG生產(chǎn)裝置，假設(shè)甲烷外其它組分為5以上，則甲烷幾乎全部液化后每日可獲得45.425m3LNG，總投資為220萬美元，投資估算表見表2。表2 小型LNG生產(chǎn)裝置投資估算項 目投資(美元)天然氣凈化(胺法)天然氣脫水天然氣液化壓縮機及其它設(shè)備儲罐和運輸設(shè)備建設(shè)費用總 計10萬5萬75萬100萬15萬15萬200萬利用邊遠地區(qū)大量零散的廉價天然氣，我國吉林油田和中科院低溫中心聯(lián)合建設(shè)了一套撬裝式小型LNG工業(yè)實驗裝置，于1996年試車投產(chǎn)。該裝置用膨脹機制冷和高純度N2制冷相結(jié)合，把天然氣冷卻到-145，使天然氣液化制成LNG，產(chǎn)品由6m3汽車槽車外運供用戶。原料氣以467m3/h進入裝置，壓力為1.0MPa；不凝氣180m3/h，壓力為0.25MPa；膨脹機出口溫度-158，膨脹比5:1；LNG產(chǎn)量450L/h。該裝置主要優(yōu)點使用了邊遠零散氣井廉價天然氣，并利用了一定天然氣壓力能量制冷，節(jié)約了能耗，但井口高壓天然氣變成低壓天然氣的壓能尚未得到有效的利用。天然氣價格為0.45元/m3，比常規(guī)天然氣便宜，LNG每升按1.5元計算，折合成天然氣為2.57元/m3(每升LNG=0.584m3天然氣)，扣除天然氣原料費，其它加工費用為2.12元/m3，而CNG的壓縮等費用為0.50.6元/m3。該裝置主要問題為天然氣液化率太低和能耗仍較高。四、意見和建議1我國發(fā)展LNG汽車需有穩(wěn)定的LNG來源。2今后廣東省將進口LNG，按國際慣例應(yīng)是建設(shè)LNG接收終端站，氣化后的天然氣經(jīng)管道運輸，在珠江三角州敷設(shè)管網(wǎng)供用戶。從接收終端站獲得一定數(shù)量LNG供汽車作燃料，是可實施的，可將LNG用低溫汽車槽車運到附近無天然氣管網(wǎng)的城鎮(zhèn)，距離不能太遠。目前我國尚未建設(shè)調(diào)峰LNG工廠。3在我國其它地區(qū)發(fā)展LNG汽車，其LNG來源只能依靠建設(shè)小型天然氣液化裝置，為了降低LNG的生產(chǎn)成本，最好能有下列的特殊條件：(1)邊遠地區(qū)零散的或單井的天然氣，建設(shè)管道不經(jīng)濟，可用作生產(chǎn)LNG的原料，建設(shè)小型撬裝LNG裝置，并力求能耗較低和液化率較高。(2)利用天然氣井口壓力或配氣站壓力差能量，膨脹制冷和液化天然氣，我國利用天然氣壓力以膨脹機制冷回收天然氣凝液(即輕烴)已有較成熟技術(shù)和經(jīng)驗，由于液化天然氣需更低溫度，可采用二次膨脹法或膨脹法與冷劑補冷相結(jié)合的工藝。也可開發(fā)類似俄羅斯的渦流式膨脹致冷工藝，但需進行試驗和建設(shè)工業(yè)性試驗裝置。液化天然氣（LNG）作為車用燃料，與汽油相比，具有辛烷值高、抗爆性好、燃燒完全、污染排放少、發(fā)動機壽命長、運輸成本低等優(yōu)點；與壓縮天然氣（CNG）相比，也具有存儲效率高，一次裝填續(xù)駛行程遠，燃料容器壓力低、重量輕、裝填地點不受供氣管網(wǎng)限制等優(yōu)點，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。1、 技術(shù)優(yōu)勢 LNG生產(chǎn)是將天然氣經(jīng)脫硫、脫水、脫重?zé)N、脫酸性氣體等一系列凈化處理，采用深冷技術(shù)，將天然氣冷卻到-162，在常壓下成為液態(tài)。在生產(chǎn)過程中，非烴類組分及一些非甲烷烴類通常都要被除去。這樣，LNG燃料基本都是純質(zhì)烷烴，主要是甲烷和乙烷，其組分比CNG的組分更純凈，其中甲烷含量進一步提高，達到96%以上。如此純凈的燃料，不僅給發(fā)動機提供了穩(wěn)定的可控制的空燃比，使發(fā)動機的工作性能得到優(yōu)化，發(fā)動機燃燒平衡，動力性能更好，而且與燃油車相比，顆粒物排放幾乎為零，容易滿足發(fā)動機廢棄排放要求，同時，避免了CNG中機油和碳粒等壓縮副產(chǎn)品容易對發(fā)動機組件損壞或堵塞的不足。LNG燃料不積碳、無污質(zhì)且減少發(fā)動機機件腐蝕和磨損，大大延長了發(fā)動機發(fā)動機的使用壽命。2、 安全可靠LNG燃點高達650，比汽油燃點427高出了近230多度，沒有如此高溫明火源是點不著的。LNG的爆炸極限是4.7%-15%，比汽油高3-4.7倍，更不容易爆炸。LNG泄露后，一遇空氣，就會迅速氣化，而且LNG的密度比空氣小得多，會很快向上逸散掉，形不成燃爆條件。即使已氣化的氣體遇明火燃燒，火焰中心也會向上竄動，而不會沿地面擴散。因泄露而落地的液體溫度低，會吸附空氣中水分形成冰晶層，覆蓋在破損處周圍。這也是阻礙燃燒發(fā)生和蔓延的因素之一。由于上述特性，LNG使用安全性比燃油安全得多，經(jīng)歷了30年幾乎無事故的發(fā)展。LNG汽車設(shè)有泄露檢測、冷量檢測、氣體檢測及火焰檢測等安全檢測系統(tǒng)，燃料系統(tǒng)管線的各獨立段都裝有緊急切斷閥，LNG一旦泄露，系統(tǒng)會采取自動保護措施。儲罐設(shè)有防過量注入系統(tǒng)和防超壓（超高和超低）系統(tǒng)。通過以上設(shè)計，確保了車用系統(tǒng)本身的安全性。3、經(jīng)濟優(yōu)勢以大型客車（50座）為例，每100公里消耗天然氣32標(biāo)準(zhǔn)方左右，柴油與LNG作為燃料的費用對比如下表（價格以當(dāng)前市場計算）：燃料 100KM 燃料消耗量 燃料單價 100KM 燃料費用 100KM 相對節(jié)約費用 節(jié)約比例柴油 30升 6.15元/升 184.5元 72.5元 39%LNG 32標(biāo)準(zhǔn)方 3.5元/標(biāo)準(zhǔn)方 112.0元 - -以重卡（50噸）為例，每100公里消耗天然氣75標(biāo)準(zhǔn)方左右，柴油與LNG作為燃料的費用對比如下表：燃料 100KM燃料消耗量 燃料單價 100KM燃料費用 100KM相對節(jié)約費用 節(jié)約比例柴油 66升 6.15元/升 405.9元 143.4元 35%LNG 75標(biāo)準(zhǔn)方 3.5元/標(biāo)準(zhǔn)方 262.5元 - -按照每臺每天運行400公里、每年運營300天計算，每年運行12萬公里，長途客車使用LNG比使用柴油每年可節(jié)約燃料費8.7萬元，重卡使用LNG比使用柴油每年節(jié)約燃料費17.2萬元?？梢?，使用LNG燃料的經(jīng)濟優(yōu)勢非常明顯。4、環(huán)保優(yōu)勢隨著環(huán)境保護的日益受到重視，社會對汽車的節(jié)能減排提出了更高的要求。我國現(xiàn)有城市的污染主要在于車輛尾氣，若汽車改燒LNG，有害物排放將大大減少。LNG由于脫除了硫和水分，其組成比CNG更純凈，因而LNG汽車的排放性能要優(yōu)于CNG汽車。LNG汽車與燃油汽車相比較，汽車尾氣中一氧化碳減少97%，碳氫化合物減少72%，二氧化碳減少90%，噪音減少40%，苯、鉛粉塵等減少100%。因其顯著的環(huán)保優(yōu)勢，LNG汽車又被稱為“綠色汽車”。5、車程優(yōu)勢LNG能量密度大，汽車?yán)m(xù)駛里程長。國外大型LNG貨車一次加氣可連續(xù)行駛1000-1300KM，非常適合長途運輸?shù)男枰?。國?nèi)LNG汽車使用的儲罐容量為水容積450升左右，加滿后折合天然氣約270標(biāo)準(zhǔn)方，載重情況下也可行駛400公里以上。LNG新能源汽車項目顯著的社會效益1、 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與節(jié)能減排國內(nèi)外大量應(yīng)用的實踐證明，發(fā)展燃氣汽車，特別是LNG汽車，是調(diào)整單一的石油能源結(jié)構(gòu)的重要途徑之一。項目完成后，將實現(xiàn)燃油汽車的大面積替代。屆時，區(qū)域內(nèi)LNG燃料每日可替代油品（汽油、柴油）約1260萬升，每年大約可降低排放碳氫化合物6205噸，一氧化碳10.5萬噸，二氧化硫1.17萬噸，氮氧化物6.9萬噸，二氧化碳1.6萬噸，苯、鉛等6224噸，總計可降低廢氣排放21.4萬噸，大大降低了由于汽車尾氣造成的環(huán)境污染。2、 社會燃料成本節(jié)約液化天然氣能源在汽車運輸行業(yè)的推廣利用，將實現(xiàn)社會成本的大幅節(jié)約。就目前的燃料市場來看，柴油每升6.15元，LNG每標(biāo)方3.5元，一輛LNG貨車（50噸）平均百公里節(jié)約燃料成本約143.4元，每年節(jié)約成本約17.2萬元，是新車一次性購買投資額的40%，年行駛里程越長節(jié)約成本越多。項目完成實現(xiàn)9萬輛貨車使用LNG，總計年可節(jié)約成本155億元。一輛LNG客車（50人）年可節(jié)約成本8.7萬元，項目發(fā)展1萬輛，年可節(jié)約社會成本總計8.7億元，節(jié)約燃料費數(shù)額也非常可觀LNG汽車基本構(gòu)成：1、 LNG儲罐：雙層金屬真空纏繞絕熱熔器2、 調(diào)壓閥：3、 汽化器：水浴式汽化器，發(fā)動機冷卻水做熱源4、 液位儀：電子式液位指示裝置5、 安全裝置：過流閥、安全閥、防爆片6、 閥件：充液閥、截止閥、單向閥等。基本流程：充液：LNG由充