綠能控股集團LCH4在中國未來源中的發(fā)展趨勢第二版-20140426

1、Page 1綠能高科集團有限公司綠能高科集團有限公司北京綠能高科天然氣應(yīng)用技術(shù)研究院有限公司北京綠能高科天然氣應(yīng)用技術(shù)研究院有限公司2014年4月Page 2目錄目錄（一）天然氣儲量豐富（一）天然氣儲量豐富（二）天然氣來源廣（二）天然氣來源廣（三）（三）LCH4經(jīng)濟性好經(jīng)濟性好（四）（四）LCH4易應(yīng)用易應(yīng)用（五）（五）LCH4發(fā)展關(guān)鍵因素發(fā)展關(guān)鍵因素（六）六）LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿υ谥袊陌l(fā)展?jié)摿Γㄆ撸┙Y(jié)束語（七）結(jié)束語Page 3常常規(guī)規(guī)能能源源名稱名稱第一名第一名第二名第二名第三名第三名石油1國家沙特阿拉伯委內(nèi)瑞拉加拿大儲量（億噸）359.73289.27240.02天然氣2國家俄羅斯

2、伊朗卡塔爾儲量（萬億立方米）47.53325.6煤3國家美國俄羅斯中國儲量（百萬噸）246643157010114500非非常常規(guī)規(guī)能能源源頁巖氣4國家中國美國阿根廷儲量（萬億立方英尺）1275862774可燃冰5國家中國儲量（億噸油當量）803.44核能6（鈾）國家澳大利亞加拿大哈薩克斯坦儲量（百萬噸）64.626.523.21.摘自油氣雜志,20122.摘自阿拉伯油出口國組織(OAPEC),20113.摘自全球能源網(wǎng),20124.摘自美國能源情報署（EIA）2011年全球頁巖氣資源初步評估5.摘自國際能源網(wǎng),20106.摘自經(jīng)合組織核能機構(gòu)(OECD/NEA)和國際原子能機構(gòu)(IAEA)2

3、009年鈾:資源、生產(chǎn)和需求世界能源儲量不均，傳統(tǒng)化石燃料主要蘊藏于中東地區(qū)、俄羅斯，中國和美國的煤以及頁巖氣資源豐富。（一）天然氣（一）天然氣儲量豐富儲量豐富Page 40501001502002502005200620072008200920102011（一）天然氣（一）天然氣儲量豐富儲量豐富*BP 2012數(shù)據(jù)顯示：天然氣探明儲量。中國可利用儲量為，常規(guī)天然氣1500億方(近期可在用)，頁巖氣2000億方，水合物1000億方，煤清潔化3000億方，生物、太陽能、風(fēng)能等制天然氣2500億方，總量在1萬億方（折合1.36萬億公斤標煤）以上，根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒2012能源消費總量在348002萬

4、噸標準煤，天然氣占比最高可達39%，對中國未來能源需求緊張緩解有很重要的作用；萬億立方米年中國世界 5504321Page 5（二二）天然氣）天然氣來源廣來源廣新能源新能源替代能源替代能源可再生能源可再生能源風(fēng)能風(fēng)能太陽能太陽能水能水能海洋能海洋能生物燃料生物燃料不可再生能源不可再生能源（非常規(guī)天然氣）（非常規(guī)天然氣）液化天然氣液化天然氣煤層氣及液化煤層氣及液化頁巖氣及液化頁巖氣及液化煤制氣煤制氣可燃冰可燃冰其他替代能源其他替代能源核能核能氫、熱、電氫、熱、電天然氣天然氣天然氣天然氣電解水制氫電解水制氫天然氣天然氣新能源定義（ 聯(lián)合國新能源和可再生能源會議，1980）替代能源定義（ WIKIP

5、EDIA，1980）Page 6（三三）LCH4經(jīng)濟性好經(jīng)濟性好優(yōu)優(yōu)點點天然天然氣氣是低是低碳碳燃料燃料根據(jù)IPCC2006年碳排放系數(shù)汽油: 2.90e-4kgCO2/kCal，柴油: 3.10e-4kgCO2/kCal，LNG: 2.35e-4kgCO2/kCal按照單位熱值二氧化碳排放計算: 汽油：柴油：天然氣=0.935 : 1 : 0.758天然氣機排放相對傳統(tǒng)機排放降低超過20%，碳排放成本也會減少天然天然氣氣是是清潔清潔燃料，燃料，后后處處理成本低理成本低清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系2012國四排放標準的柴油公交車每行駛1公里會排放0.075克PM2.5，而同樣排放標準的天然氣公交車

6、同等路程僅排放0.005克PM2.5，減排比率可達93%。2013第十四屆中國國際天然氣汽車、加氣站設(shè)備展覽會萬元油改氣車，一氧化碳排放量比燃油汽車減少90以上，碳氫化合物排放減少70以上，氮氧化合物排放減少35以上，可吸入顆粒物PM2.5的排放量更是比汽油車削減98以上，尾氣中無硫化物和鉛的排放。*值得關(guān)注的是天然氣PM排放個數(shù)和CH4排放帶來的不利影響天然天然氣開氣開采成本低采成本低根據(jù)BP2012能源統(tǒng)計年鑒開采成本是煤的1/51/3，是油的1/101/5再加工成本如液化成本是煉油成本的1/5,是氫液化成本的1/10北京201307月21日93#汽油（43.07MJ/kg）價格7.63元

7、/升，0#柴油(42.552MJ/kg)價格7.53元/升，北京發(fā)改委預(yù)建加氣站估價：天然氣（47.5MJ/kg）4.99元/立方米按照單位熱值成本計算: 汽油：柴油：天然氣=1.17 : 1 : 0.7氫氫的理想的理想儲儲存方式存方式氫容易引起材料氫脆，氣態(tài)儲存能量密度低，氫氣爆炸極限474.2%，帶來安全性，液化成本高，但煤加氫或農(nóng)作物加氫可制成甲烷，能量密度，儲運使用安全可靠性提高改型成本低改型成本低由于我國已有一定應(yīng)用基礎(chǔ)？，車用，天然氣機在傳統(tǒng)機上小改型就可以實現(xiàn)正常運行，不至于對行業(yè)沖擊太大；民用如燃具，采用摻空氣的LPG與LNG華白數(shù)、燃燒勢相差小于2%、5%，可以實現(xiàn)不同燃料同

8、一燃具上互換運營運營成本低成本低汽油車、柴油車司機普遍反映百公里節(jié)省運營成本40%以上；（如不計初期成本和維護成本）Page 7（四四）LCH4易應(yīng)用易應(yīng)用補補充充說說明明應(yīng)應(yīng)用范用范圍圍廣廣天然氣利用政策（2012年國家發(fā)展和改革委員會第15號令）城市燃氣、工業(yè)燃料、天然氣發(fā)電和天然氣化工天然氣燃料動力船舶規(guī)范（2013.9.1）該規(guī)范為天然氣船舶使用推廣提供了保障液氧甲烷發(fā)動機國內(nèi)正在研制天然氣(CH4為主)汽油柴油氫氣分子式CH4含C5-C12的THC含C12-C23的THCH2相對分子量161141702C質(zhì)量百分比()7585.5870H質(zhì)量百分比()2514.512.6100O質(zhì)量

9、百分比()00O.40理論空燃比質(zhì)量比17.2514.814.32.36理論空燃比體積比9.528586941734.3低熱值(MJ/kg)50.0543.942.5120混合氣熱值(MJ/m3)3.363.733.833.790.126沸點()-16130190160360-252.8辛烷值(RON)13080902030130十六烷值10144565-著火極限體積 ()5151.37.61.58.2474著火溫度(常壓)()600650380450260350510590層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?mm/s)3383403703504702700密度（kg/m3)液體420460kg/m3氣體1.5

10、kg/m3739 (25C)860 (25C)液體70氣體0.0899Page 8（五五） LCH4發(fā)展發(fā)展關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素（產(chǎn)業(yè)競爭）（產(chǎn)業(yè)競爭）LCH4產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)生產(chǎn)要素要素市場市場要素要素相關(guān)相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)競爭競爭政府政府方面方面汽車為汽車為當前好當前好的終端的終端之一之一LCH4發(fā)動機應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但未能引起足夠重視，技術(shù)需要提升：l船用，l重卡，l城市客車、公交，l環(huán)衛(wèi)，l發(fā)電，l油田鉆機，l出租車，l混合動力車，l燃料電池車，l改裝車，l航空發(fā)動機Page 9（五五） LCH4發(fā)展發(fā)展關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素（政府方面）（政府方面）名名稱稱主要目的主要目的執(zhí)執(zhí)行日期行日期發(fā)發(fā)布部布

11、部門門車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國、階段）GB17961-2005為防治環(huán)境污染、保護和改善生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，保障人體健康2007.01.01國家環(huán)境保護總局（現(xiàn)為部）壓縮天然氣汽車燃料消耗量試驗方法(征求意見稿)包括燃料消耗量碳平衡法和質(zhì)量流量計實測法2010中國汽車技術(shù)研究中心液化天然氣（LNG）汽車加氣站技術(shù)規(guī)范（報批稿）制定了液化天然氣（LNG）汽車加氣站的設(shè)計、施工建造等方面的規(guī)定2010國家能源局GB/T 26780-2011壓縮天然氣汽車燃料系統(tǒng)碰撞安全要求壓縮天然氣汽車燃料系統(tǒng)的碰撞試驗和密封性試驗2011全國汽車標準化技術(shù)委員會（

12、SAC/TC 114）節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃推進節(jié)能減排工作，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會2012.08.06國務(wù)院天然氣一類氣氣質(zhì)指標，每立方米天然氣高位發(fā)熱量由原來大于31.4兆焦耳提高到大于36兆焦耳；每立方米天然氣總硫含量由不大于100毫克提高到不大于60毫克；二氧化碳含量由小于或等于3%提高為小于或等于2%。2012.09.01中國石油西南油氣田天然氣研究院和中國石油工程設(shè)計公司西南分公司負責(zé)起草天然氣利用政策規(guī)定了天然氣利用領(lǐng)域與順序，促進天然氣節(jié)約利用和供需保障2012.12.01國家發(fā)展和改革委員會國家發(fā)展改革委關(guān)于調(diào)整天然氣價格的通知為逐步理順天然氣價格，保障天然氣市場

13、供應(yīng)、促進節(jié)能減排，提高資源利用效率，提出了天然氣價格調(diào)整方案2013.06.28國家發(fā)展和改革委員會天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運營管理辦法(征求意見稿)為保障天然氣基礎(chǔ)設(shè)施加快有序發(fā)展，推進天然氣基礎(chǔ)設(shè)施提供公共服務(wù)，保障天然氣安全穩(wěn)定供應(yīng)2013.08國家發(fā)展改革委、國家能源局Page 10分類分類天然氣液化裝置與天然氣液化裝置與混合制冷技術(shù)混合制冷技術(shù)液化天然氣聯(lián)產(chǎn)提氦技液化天然氣聯(lián)產(chǎn)提氦技術(shù)術(shù)生產(chǎn)高純度液態(tài)甲生產(chǎn)高純度液態(tài)甲烷技術(shù)烷技術(shù)異戊烷脫苯異戊烷脫苯凈化技術(shù)凈化技術(shù)帶壓儲存帶壓儲存技術(shù)技術(shù)特點特點1、液化工藝技術(shù)種類齊全，階式制冷、氮膨脹制冷、混合制冷世界三大天然氣液化制冷技術(shù)，公司都

14、已投產(chǎn)工業(yè)化應(yīng)用2、我國自主研發(fā)的三段混合制冷液化技術(shù)能耗低，比國際同類天然氣液化技術(shù)節(jié)能15%。3、開停機水平國際領(lǐng)先，實現(xiàn)2小時內(nèi)可靠開機并達到正常操作工藝參數(shù)要求。停機無需泄壓放空，不但避免制冷劑浪費，增加安全可靠性，而且降低了碳排放。4、造價低，投資成本比同類節(jié)約20%。1、純度高，達到99.999%。2、動設(shè)備少，能耗低。3、是世界上僅有幾家掌握工業(yè)提氦核心技術(shù)的公司之一。4、提氦過程資源綜合利用程度高，附加值高、零排放。5、操作簡單，自動化程度高。1、純度高，達到99.9%。2、液態(tài)甲烷作為汽車燃料能耗降低5%，碳排放降低20%。氮氧化物減少60%以上。3、依托原有LNG工藝，增加

15、少量設(shè)備即可，無需重新設(shè)計。1、工藝流程國際一流。2、投資成本低廉，僅占國際同類技術(shù)投資的10%。3、脫苯程度高。4、穩(wěn)定性好。1、工藝簡單。2、大大減少BOG損失。3、操作彈性大。氫能作為一種高效清潔的能源形式，為大家熟知，但由于氫能有能量密度低、不安全等因素，目前沒有被提升到主要能源形式的地位。高純液態(tài)甲烷LCH4不僅含氫量高，而且具有能源密度高、安全等優(yōu)點。為緩解國家能源危機和環(huán)境危機，新能源和替代能源方案很多，目前能源呈現(xiàn)多元化趨勢，天然氣作為重要能源之一，各種渠道獲取的天然氣的利用都不可小視，比如從海底、從巖石、從煤、從油田、從農(nóng)作物等等都可以獲取天然氣，但天然氣雜質(zhì)成分不統(tǒng)一，這樣

16、對應(yīng)用造成了困難。如何借助簡單可靠、經(jīng)濟實用的物理或化學(xué)過程對天然氣進行提純，如何低能耗、低成本的對天然氣進行液化提高能量密度，同時也可以提純，成了眾多研究者研究的重點。如上表列舉了幾項技術(shù)，就是生產(chǎn)高純液態(tài)甲烷LCH4技術(shù)。（五五） LCH4發(fā)展發(fā)展關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素（生產(chǎn)要素）（生產(chǎn)要素）Page 11年份年份大型物流公司（家）大型物流公司（家）LNGLNG運輸車保有量（臺）運輸車保有量（臺）物流市場規(guī)模（億元）物流市場規(guī)模（億元）201038006.320114110012.520126150018.4201310200025.3201414240032.4201520300040經(jīng)濟增長

17、與汽車交通運輸量和車用能源有很強的正相關(guān)，如何在經(jīng)濟增長同時，保證能源安全和氣候環(huán)保？高效、清潔、儲量豐富、經(jīng)濟、安全、適用的能源，能源多元化共存是比較合適的答案。在能源多元化中，LCH4（LNG一種，但更純）是比較有潛力的能源形式之一：1）市場潛力，需求量逐步增加（六六） LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿υ谥袊陌l(fā)展?jié)摿?）改善潛力，針對一款市場上的主流發(fā)動機渦輪增壓器測試發(fā)現(xiàn)，渦輪增壓器與發(fā)動機匹配并不理想，見附圖。推薦關(guān)鍵零部件按天然氣特性進行設(shè)計。3）能源來源潛力，能制取天然氣都可以制取LCH4，太陽能制氫后也可以再制成更安全的LCH4質(zhì)量流量壓比Page 124）技術(shù)潛力，提純后節(jié)能（也是減

18、排）效果明顯，同一發(fā)動機上新舊燃料對比試驗，顯示新燃料（99.5%）氣耗比舊燃料(92.5%)氣耗減少5%以上燃氣消耗量轉(zhuǎn)速5）技術(shù)潛力，專業(yè)化燃料提純后，通過同一發(fā)動機上不同壓縮比對比試驗，顯示高壓縮比(12:1)氣耗比低壓縮比(11:1) 氣耗減少3%以上，見附圖。轉(zhuǎn)速燃氣消耗量（六六） LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿υ谥袊陌l(fā)展?jié)摿age 13（六六） LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿υ谥袊陌l(fā)展?jié)摿?）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)狄塞爾循環(huán)狄塞爾循環(huán)奧托奧托循環(huán)循環(huán)阿特金森阿特金森/米勒米勒循環(huán)循環(huán)布雷頓布雷頓循環(huán)循環(huán)郎肯郎肯循環(huán)循環(huán)薩巴德薩巴德循環(huán)循環(huán)全新熱力全新熱力循環(huán)循環(huán)Page 14（六六） L

19、CH4在中國的發(fā)展?jié)摿υ谥袊陌l(fā)展?jié)摿?）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)之效率分析機型實際壓縮比實際最低比油耗實際效率-(g/kw.h)-汽油機8.83880.21 9.253850.21 10.04180.20 10.53800.22 柴油機17.52000.42 17.81950.43 182150.39 卡諾循環(huán)熱效率是所有熱機中效率最高的；理論奧托循環(huán)熱效率是卡諾循環(huán)實現(xiàn)方式之一，實際應(yīng)用過程中由于各種損失及壓縮比上不去等原因，以至于實際熱效率很低，一般在20%30%左右。狄塞爾循環(huán)熱效率理論上比奧托循環(huán)熱效率低，實際應(yīng)用中由于壓縮比高，一般在3040%，有的更高。（相關(guān)實例數(shù)據(jù)見右表）本發(fā)明

20、熱力循環(huán)相比奧托循環(huán)更易接近卡諾循環(huán)熱效率。Page 156）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)之各工況點數(shù)據(jù)分析工況點參數(shù)壓力溫度密度比容定壓比熱Cp定容比熱Cv比熱比k（MPa)(K)（kg/m3）(m3/kg)(kJ/(kgK)(kJ/(kgK)(-)a0.100 308.0 1.131 0.8843 1.007 0.720 1.40 b0.250 416.2 2.092 0.4780 1.023 0.736 1.39 c0.230 324.2 2.471 0.4047 1.009 0.722 1.40 d0.575 437.8 4.574 0.2186 1.027 0.740 1.39 e0.55

21、5 327.5 5.903 0.1694 1.009 0.722 1.40 f(g)1.388 442.2 10.930 0.0915 1.028 0.741 1.39 h1.338 1045.8 4.454 0.2245 1.160 0.873 1.33 i2.686 2098.9 4.474 0.2235 1.330 1.044 1.27 j0.150 1095.8 0.479 2.0897 1.216 0.930 1.31 k0.100 530.9 0.658 1.5186 1.081 0.795 1.36 過 程參數(shù)增壓比等熵效率壓力損失過程比功(-)(-)（Mpa)（kJ/kg)a-

22、b(一級增壓比功率消耗)2.50 0.85 0.15 108.9 b-c（一級中冷比散熱損失）0.92 1.00 0.02 98.8 c-d（二級增壓比功率消耗）2.50 0.85 0.35 114.6 d-e（二級中冷比散熱損失）0.97 1.00 0.02 119.2 e-f（三級增壓比功率消耗）2.50 0.85 0.83 115.8 g-h（換熱中空氣接收的能量）0.96 1.00 0.05 758.9 h-i（燃燒過程中的比能量輸入）2.01 1.00 1.35 1047.2 i-j（膨脹做功）0.06 0.99 2.54 964.6 j-k（換熱中廢氣釋放的能量）0.67 1.00

23、 0.05 758.8 k-a（向大氣散熱）1.00 1.00 0.00 263.6 根據(jù)以上的計算，可以得到本發(fā)明循環(huán)的熱效率為59.70%，另外最高工作壓力為26.86bar。（六六） LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿υ谥袊陌l(fā)展?jié)摿age 166）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)之專利說明（專利號201410132101.4）本發(fā)明（專利號201410132101.4）提供了基于正時定容燃燒方式的一種原動機的熱力循環(huán)方法，其循環(huán)包括多級壓縮級間冷卻過程、逆流換熱過程、正時定容燃燒過程和絕熱膨脹過程，是一種由熱能轉(zhuǎn)化為機械能的熱力循環(huán)。通過多級壓縮級間冷卻過程，減少壓縮耗功；通過逆流換熱過程，回收本要排至

24、外部環(huán)境的工質(zhì)的焓并參與熱力循環(huán)，提高熱能利用率；通過正時定容燃燒過程，實現(xiàn)長時間均勻低溫定容燃燒，有效抑制HC、CO、PM和NOx等有害污染物的產(chǎn)生，同時提高燃燒效率；通過絕熱膨脹過程，使膨脹后壓力接近環(huán)境壓力，實現(xiàn)充分膨脹做功。本發(fā)明為今后設(shè)計高效低污染物排放和高性能的原動機提供了方向。1-一級壓縮機、2-一級中冷器、3-二級壓縮機、4-二級中冷器、5-三級壓縮機、51-一級壓縮進氣口、52-一級壓縮排氣口、53-二級壓縮進氣口、54-二級壓縮排氣口、55-三級壓縮進氣口、56-三級壓縮排氣口、57-壓縮機內(nèi)腔轉(zhuǎn)子、58-壓縮機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸、59-壓縮機聯(lián)動裝置、6-儲壓調(diào)壓裝置、7-逆流換

25、熱器、8-正時定容燃燒器、9-燃料噴射器、91-噴射器噴孔、10-膨脹機、11-輸出軸、12-正時裝置、121-控制閥門、122-控制閥門、123-控制閥門、15-氧化劑輔助供給裝置（六六） LCH4在中國的發(fā)展?jié)摿υ谥袊陌l(fā)展?jié)摿age 176）技術(shù)潛力，全新熱力循環(huán)之專利說明（專利號 201410130949.3）本發(fā)明提供了一種原動機的半閉式正時定容熱力循環(huán)方法及系統(tǒng)，其循環(huán)包括多級壓縮級間冷卻、逆流換熱、正時定容燃燒、絕熱膨脹、后冷卻和二氧化碳和水脫除6個過程，是一種熱功轉(zhuǎn)化的熱力循環(huán)。多級壓縮級間冷卻過程減少壓縮耗功；逆流換熱過程回收膨脹后工質(zhì)的焓，參與熱力循環(huán)；正時定容燃燒過程，有效抑制HC、CO、PM和NOx等有害污染物的產(chǎn)生；絕熱膨脹過程，實現(xiàn)充分膨脹做功；后冷卻過程將工質(zhì)進一步冷卻至環(huán)境溫度，提高絕熱膨脹過程