重視天然氣資源和能源的綜合優(yōu)化利用

1、重視天然氣資源和能源的綜合優(yōu)化利用一、我國(guó)天然氣利用現(xiàn)狀天然氣是清潔、優(yōu)質(zhì)、高效的能源，目前世界各國(guó)都在大力發(fā)展天然氣，以替代短缺的石油資源。目前，天然氣消費(fèi)已經(jīng)占全球能源構(gòu)成的25，超過煤（23%）僅次于石油居第二位，而且有可能在幾十年后超過石油。我國(guó)一次能源以煤為主，占總消費(fèi)的66.5 %【1】；天然氣生產(chǎn)和消費(fèi)起步均較晚，1990年僅140億m3，2003年達(dá)到341億m3，位居世界第17位，但僅占能源構(gòu)成的2.7 。我國(guó)有豐富的天然氣資源，有效地質(zhì)資源量為19.314 Tm3，可采資源量11.442 Tm3（萬億m3）。中國(guó)的天然氣主要分布在中部和西北。按盆地計(jì)算全國(guó)天然氣資源量主要集

2、中在四川、鄂爾多斯、塔里木、鶯瓊等四大盆地內(nèi)。此外還有約30萬億m3的煤層氣。但我國(guó)天然氣資源的探明程度相當(dāng)?shù)?，天然氣的?chǔ)資比為0.18【13】；2003年產(chǎn)量?jī)H有36Gm3 （360億m3）。我國(guó)天然氣儲(chǔ)量有很大比例分布在油和氣伴生的氣田中，在過去長(zhǎng)時(shí)間里，生產(chǎn)石油的利潤(rùn)要比生產(chǎn)天然氣大得多，許多油田伴生的天然氣常被看做副產(chǎn)品或增加生產(chǎn)費(fèi)用的廢棄物而被放空燃燒掉，要么為提高石油采收率而被回注地下，造成了天然氣資源的極大浪費(fèi)。僅在四川等傳統(tǒng)天然氣產(chǎn)區(qū)得到較好的利用。我國(guó)目前有統(tǒng)計(jì)的天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)為：城市與商用17.4，化工原料50.8，工業(yè)16.8，發(fā)電15.0【2】，其中化工行業(yè)是天然氣的第

3、一大用戶，每年化工用氣達(dá)100多億3，90 以上用于生產(chǎn)化肥【3】。其它用途的比重均大大低于發(fā)達(dá)國(guó)家。二、當(dāng)前“西氣東輸”和引進(jìn)LNG的利用趨勢(shì)在快速增長(zhǎng)的能源需求和嚴(yán)峻的生態(tài)、環(huán)境壓力下，我國(guó)政府已經(jīng)制訂了“優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提高效率、重視環(huán)保、保障供應(yīng)、開發(fā)西部”和在經(jīng)濟(jì)全球化格局下利用國(guó)內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng)、兩種資源的能源戰(zhàn)略9。目前正在新建一系列重大天然氣項(xiàng)目，包括陜氣進(jìn)京、西氣東輸、海氣登陸、進(jìn)口LNG等。國(guó)家發(fā)改委計(jì)劃到2020年自產(chǎn)天然氣120 Gm3/a,即1200億立方米/年，約合1.2 tOE/a (1.2億噸油當(dāng)量/年)。引進(jìn)100 Gm3/a，（1000億立方米/年）。這標(biāo)志著我國(guó)將進(jìn)

4、入一個(gè)天然氣大發(fā)展的時(shí)代。有人預(yù)測(cè)2010年我國(guó)需進(jìn)口管道天然氣和液化天然氣約300億億立方米/年【1,3】；顯然還低于發(fā)改委的規(guī)劃。西氣東輸計(jì)劃供應(yīng)長(zhǎng)江三角洲的天然氣主要用于民用燃料。按已簽協(xié)議，到2005年逾90億立方米，2007年增至140億立方米，2010年達(dá)到190億立方米，確保穩(wěn)定供氣30年。深圳稱頭角將建設(shè)我國(guó)第一個(gè)接受終端，一期于2006年進(jìn)口320萬/a(約40億億立方米/年)，二期工程2008年達(dá)到500萬。按目前規(guī)劃，70用于發(fā)電，30作為珠三角城市民用燃料。總之，上述利用規(guī)劃都僅考慮了天然氣的能源利用。這并不偶然，因?yàn)闊o論西氣還是海運(yùn)LNG，用戶價(jià)都在1.4元/m3以上

5、，用這個(gè)價(jià)位天然氣做化工原料是不經(jīng)濟(jì)的。 三、國(guó)外天然氣利用簡(jiǎn)介截止2003年，世界天然氣剩余可采儲(chǔ)量已達(dá)176萬億立方米)，自1980年以來增加了一倍多，按照目前的生產(chǎn)能力還可開采67年。俄羅斯天然氣儲(chǔ)量有47萬億立方米，占世界總儲(chǔ)量的26.7。中東的伊朗有26.69萬億立方米、卡塔爾25.77萬億立方米，分別占15.2和14.7。這三個(gè)國(guó)家的天然氣儲(chǔ)量占了世界總儲(chǔ)量的56.6【4】。天然氣礦藏有3種:與石油伴生的油氣田、與凝析油共生的凝析氣田（天然氣液，Natural Gas Liquid）和氣田。前兩者在開采時(shí)把氣分離出來。凝析油主要由C3到C5構(gòu)成；天然氣則以甲烷為主，含有10%（mo

6、l） 左右的C2和C3以及極少量C4，叫做“濕氣”；開采出或分離C2+后的天然氣中甲烷含量占95以上，稱為“干氣”。椐估計(jì)，大約有35的世界天然氣儲(chǔ)量是“濕”氣5。由于要將濕氣中的比甲烷重的烴類抽提出去會(huì)提高氣田的開發(fā)成本，所以世界各國(guó)大部分出口的LNG都是濕氣。美國(guó)將大部分C2+分離出去做乙烯原料，剩下進(jìn)入管道的是干氣。我國(guó)油氣資源中平均每噸油產(chǎn)50立方米氣；塔里木、準(zhǔn)噶爾油田產(chǎn)氣高達(dá)140-200立方米；而鄂爾多斯油不含氣，陜北天然氣全是干氣。2003年世界天然氣產(chǎn)量為2.6萬億立方米，比上年增長(zhǎng)3.4，俄美兩國(guó)的天然氣產(chǎn)量分別占到世界總產(chǎn)量的22.1和21.0。2003年世界天然氣消費(fèi)2

7、.5萬億立方米，美國(guó)仍是頭號(hào)消費(fèi)大國(guó)，占到世界消費(fèi)總量的24.3，俄羅斯位居第二，占15.7。在世界天然氣貿(mào)易方面，管道氣進(jìn)出口量為4548.7萬億立方米，液化天然氣進(jìn)出口量為1688.4萬億m3。加拿大管道氣出口量有986億m3，完全供應(yīng)美國(guó)。俄羅斯管道天然氣出口1317.7億立方米，主要供應(yīng)歐洲。LNG出口當(dāng)首推印尼，亞太地區(qū)的馬來西亞、澳大利亞和文萊也有，買方集中在日本、韓國(guó)和中國(guó)的臺(tái)灣省?！?】美國(guó)到2002年初的天然氣探明儲(chǔ)量為5.01萬億立方米，占世界3.2 ，列第六位。2001年，美國(guó)天然氣生產(chǎn)和消費(fèi)量分別為5408億立方米（干氣）和6428億立方米， 其天然氣消費(fèi)組成主要為：工

8、業(yè)45.2%、民用23.8%、商業(yè)15.3%和發(fā)電15.7%【6】,如表1所示。其中，工業(yè)和商業(yè)用有相當(dāng)一部分是通過冷熱電聯(lián)供（CCHP）得到高效利用的。世界富產(chǎn)天然氣的地區(qū)都將天然氣中的C2+用作裂解原料制乙烯；美國(guó)乙烯能力(2718 ×104 t/a) 的70 %左右采用天然氣及凝析液為原料；其中，約一半為乙烷，1520為丙烷、34為丁烷，僅30采用重質(zhì)液體（石腦油、瓦斯油）為原料。其墨西哥沿岸采用乙烷為主要的裂解料，乙烯成本僅為250美元/t【7】。表1 美國(guó)天然氣消費(fèi)組成及價(jià)格 工業(yè)民用發(fā)電商業(yè)汽車井口門站價(jià)格(元/m3)0.911.960.771.561.270.

9、640.91消費(fèi)組成 45.223.815.715.30.03  四、天然氣中的輕烴資源對(duì)中國(guó)乙烯工業(yè)原料優(yōu)化的重大意義乙烯工業(yè)是石油化工的龍頭，是衡量一個(gè)國(guó)家石化工業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志。乙烯成本中裂解原料費(fèi)用所占比例很大，以石腦油和柴油為原料的乙烯裝置原料費(fèi)用占總成本的7075。用乙烷丙烷代替石腦油為裂解料，投資可節(jié)省30，能耗降低3040，綜合成本降低10。中東以乙烷為原料生產(chǎn)乙烯,其乙烯生產(chǎn)成本低達(dá)100 美元/t 。而我國(guó)由于原油資源偏重、輕烴收率低，天然氣的開發(fā)利用起步晚，乙烯原料過于倚賴國(guó)內(nèi)煉油廠，導(dǎo)致乙烯裝置原料品種雜而且偏重；按2002年數(shù)據(jù)，石腦油占60%、柴

10、油11%、加氫尾油12%，輕烴只占10%，成本高達(dá)530美元/a【7】。2003年國(guó)內(nèi)乙烯平均能耗為30.6GJ/t，幾乎高出國(guó)外先進(jìn)水平17.3GJ/t的一倍【8】。按照目前的規(guī)劃，到2010年中國(guó)將增產(chǎn)乙烯888萬噸/年，乙烯產(chǎn)量將達(dá)1500萬噸，自給率56。為了滿足原料需求、降低乙烯生產(chǎn)成本、提高競(jìng)爭(zhēng)力，我國(guó)必須從天然氣中獲取乙烯裂解原料。按2010年產(chǎn)乙烯1500萬噸計(jì)算，新增的888萬噸乙烯按50的原料用乙烷、丙烷，則大致需要從約5000萬噸/年濕天然氣中分離出C2+ 700萬噸/年。若按國(guó)產(chǎn)進(jìn)口各半考慮，國(guó)內(nèi)要從氣田產(chǎn)的2500萬噸/年（或300億立方米/年）濕天然氣中分離；進(jìn)口則

11、必須保障每年增加350萬噸濕LNG，7年后達(dá)2500萬噸/年，并且利用到岸LNG的冷量，將C2+高效率、低成本分離出來。如可實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)則：第一，用乙烷丙烷代替石腦油為裂解料，投資可節(jié)省30，能耗降低3040，綜合成本降低10。如果2010年中國(guó)增加的888萬噸乙烯其中的一半用氣體原料，按每萬噸乙烯投資2.5億元人民幣估算，節(jié)約投資約1110億/年，利潤(rùn)增加300億/年；另外利用進(jìn)口2500萬噸/年LNG的冷能與C2+分離、乙烯生產(chǎn)結(jié)合，可創(chuàng)利70億元。大約可使每立方米天然氣成本降低0.3元左右；使得進(jìn)口LNG的競(jìng)爭(zhēng)力大大提升。此外，還可以少進(jìn)口原油近5000萬噸/年，顯著降低對(duì)外依存度。五、天

12、然氣資源綜合優(yōu)化利用的全方位策略我國(guó)的天然氣市場(chǎng)開發(fā)雖然處于剛起步階段，但發(fā)展迅速。預(yù)計(jì)2020年天然氣需求量將達(dá)20002500億立方米/年,在能源消費(fèi)中的比例將上升到11-12(但仍遠(yuǎn)小于目前世界平均的25%)。盡早研究、規(guī)劃和指導(dǎo)天然氣作為資源和能源的全方位綜合優(yōu)化利用，具有重大的意義。1、分離天然氣中的C2+輕烴作為乙烯工業(yè)原料對(duì)于國(guó)內(nèi)大型油、氣田開發(fā)計(jì)劃應(yīng)與天然氣中的乙烷、丙烷的分離回收同步進(jìn)行；并且規(guī)劃乙烷、丙烷分離技術(shù)選擇和分出來以后的去向；或就地建設(shè)乙烯廠，或輸送給其他地方的乙烯廠；必須進(jìn)行多方案優(yōu)化比較后決策。對(duì)于小型濕氣田，不能達(dá)到乙烯生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的，依照地理狀況，分別進(jìn)行

13、優(yōu)化規(guī)劃：或用管道集中輸送到附近的乙烯廠，或在液化加工時(shí)分離出乙烷、丙烷，與液化的甲烷（“干LNG”）分別用罐箱輸送給用戶9。從國(guó)外進(jìn)口LNG，要進(jìn)口“濕氣”，并對(duì)其一律進(jìn)行深冷分離乙烷、丙烷。此外，我國(guó)幾大石油公司可以按氣化結(jié)合的原則積極拓展海外市場(chǎng)，在海外建設(shè)開發(fā)“濕天然氣”資源基地，用海外投資解決LNG進(jìn)口受阻的局面。2、充分利用進(jìn)口LNG的冷能14海上船運(yùn)進(jìn)口的LNG溫度在-160左右，當(dāng)氣化為常溫氣體時(shí)，有大量寶貴的冷能可以利用。冷能利用的途徑有:發(fā)電、空分、輕烴分離、液態(tài)乙烯貯存、廢輪胎低溫粉碎、制造干冰、冷庫(kù)、海水淡化、空調(diào)和低溫養(yǎng)殖、栽培等。未來幾年，隨著我國(guó)沿海多個(gè)LNG接受

14、站的建設(shè)，LNG冷能的高效利用，已經(jīng)提到日程上來。一般認(rèn)為L(zhǎng)NG與環(huán)境的溫差發(fā)電是經(jīng)典的利用途徑。但是，傭經(jīng)濟(jì)學(xué)分析表明，天然氣液化就是靠大量耗電的深冷過程實(shí)現(xiàn)的（電耗600-800 kWh/tLNG）；而按照卡諾定理，利用180左右的溫差，發(fā)電的理論傭效率不到19%，實(shí)際效率更低，只能獲得約50 kWh/tLNG電；這是因?yàn)閮烧叨际沁h(yuǎn)離可逆的實(shí)際過程。相反，如果能夠按照網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、逐級(jí)匹配的思路，多途徑直接換冷利用，不可逆度將大大減小，經(jīng)濟(jì)效益也將大大增加。初步核算表明，從傭經(jīng)濟(jì)學(xué)來分析，LNG的冷能與C2+裂解和輕烴分離集成利用效益最高，其它換冷利用其次，溫差發(fā)電效益最差。當(dāng)然，實(shí)際上還要受

15、到接受站附近有無各種冷量利用條件的限制。分離LNG中的C2+和充分利用冷能可使氣化后的干氣成本降低0.3元/m3左右，大大提升其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。3、發(fā)展分布式能源冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，高效利用清潔能源分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)（DES/CCHP）與一般的大型電廠加大電網(wǎng)的供電模式的根本區(qū)別在于，它是一個(gè)在有限區(qū)域內(nèi)采用熱電冷三聯(lián)供（CCHP）技術(shù)通過管網(wǎng)和電纜向用戶同時(shí)提供電力、蒸汽、熱水和空調(diào)用冷凍水服務(wù)的綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)。其能源利用總效率可達(dá)80以上，遠(yuǎn)高于前者。由于實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用和按用戶匹配利用，因而有最高的能源利用效率、最大經(jīng)濟(jì)效益和最小的環(huán)境污染；是第二代能源系統(tǒng)。美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家，已建

16、成上萬個(gè)DES/CCHP；在天然氣的工、商業(yè)用戶中占有相當(dāng)比例，并且正在加速發(fā)展。對(duì)于面臨天然氣價(jià)格高、低能源利用效率和環(huán)境污染困擾的中國(guó)，這是一箭三雕的解決方案9，10。但是，這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，面臨著觀念、體制、法律和來自各個(gè)利益集團(tuán)的制約。需要政府調(diào)控和市場(chǎng)機(jī)制兩個(gè)輪子共同推動(dòng)，才能順利發(fā)展。 4、大力開發(fā)和推廣天然氣汽車在我國(guó)使用。直接使用天然氣作為燃料的汽車（不包括用天然氣轉(zhuǎn)化為甲醇或氫氣、通過燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車）按天然氣的攜帶方式可以分為：壓縮天然氣汽車(CNGV) ,液化天然氣汽車(LNGV)，以及正在研究開發(fā)的吸附天然氣汽車(ANGV) 和天然氣水合物汽車（NGHV）。由于天然

17、氣沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于LPG，所以車載容器比LPG容器貴。但價(jià)格和排放量都比LPG低得多；并且容器技術(shù)發(fā)展很快。目前，全世界有燃?xì)馄?50多萬輛；其中LNGV有530多萬輛，CNGV有120多萬輛【11】。但我國(guó)僅有7.5萬輛。與燃油車相比，天然氣汽車可使排放物CO減少90% ，碳?xì)浠衔餃p少40 ，NOx減少30，SO2減少70以上，具有安全性好、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)、燃料費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，被稱為低污染的“綠色汽車”。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)的汽車保有量最近幾年大幅度增加，汽、柴油需求量的快速增長(zhǎng)造成石油進(jìn)口急劇擴(kuò)大，對(duì)我國(guó)的能源供應(yīng)安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)都造成很大的沖擊。尋找清潔、經(jīng)濟(jì)、供應(yīng)可靠的替代交通燃料是優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、改善城市大氣質(zhì)量的一個(gè)重要方向。從技術(shù)成熟程度、資源條件和經(jīng)濟(jì)性能等方面考慮，天然氣可以作為我國(guó)首選的替代交通燃料。我國(guó)也應(yīng)當(dāng)盡快成為NGV大國(guó)。 5、 發(fā)展多聯(lián)產(chǎn)的碳一化工天然氣的主成分甲烷是重要的碳一化工