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液化天然气(LNG)基本知识

1、LNG的定义及组成

液化天然气是指天然气原料经过预处理,脱除其中的杂质后,再通过低温冷冻工艺在-162℃下所形成的低温液体混合物,常见的LNG是英文液化天然气 Liquefied Natural Gas的缩写。

天然气是一种混和物,其组分随气田不同而异,主要成分有甲烷、氮及C2~C5的饱和烷烃,另外还含有微量的氦、二氧化碳及硫化氢等,通过制冷液化后,LNG就成为含甲烷(96%以上)和乙烷(4%)及少量C3~C5烷烃的低温液体。LNG是由天然气转变的另一种能源形式。

2、LNG的基本性质

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0.1 MPa下,LNG为无色无味无腐蚀性的液体,其密度约为0.43t/m3,燃点为650℃,沸点为-162.5℃,熔点为-182℃,热值一般为37.6 2 MJ/m3,在-l 6 2℃时的汽化潜热约为5 1 0kJ/kg,爆炸极限为5%~l 5%,压缩系数为0.740~0.820。

3、LNG的特性

LNG不同于一般的低温液体,它还具有以下的特性。

⑴ LNG的蒸发

LNG储存在绝热储罐中,任何热量渗漏到罐中,都会导致一定量的LNG汽化为气体,选种气体被称为蒸发气。LNG蒸发气的组成主要取决于液体的组成,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,-113℃以下的蒸发气比空气重;对于含有氮气20%的甲烷而言,低于-80℃的蒸发气比空气重。

⑵ 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。蒸发气沿地面形成一个层流,从环境中吸收热量逐渐上升和扩散,同时将周围的环境空气冷却至露点以下,形成一个可见的云团。这可作为蒸发气移动方向的LNG指南,也可作为蒸发气-空气混合物可燃性的指示。

⑶ LNG的燃烧与爆炸

LNG具有天然气易燃易爆特性,在-l 6 2℃低温条件下其爆炸范围为5%~l 5%(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℃。

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4、LNG的优点

LNG的主要优点表现在以下方面。

⑴ 安全可靠

LNG的燃点比汽油高230℃,比柴油更高;LNG爆炸极限比汽油高2.5~4.7倍;LNG的相对密度为0.43左右,汽油为0.7左右,它比空气轻,即使稍有泄漏,也将迅速挥发扩散,不至于自燃爆炸或形成遇火爆炸的极限浓度。因此, LNG是一种安全的能源。

⑵ 清洁环保

根据取样分析对比,LNG作为汽车燃料,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%、NOx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是一种洁净的能源。

⑶ 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l/70~l/6,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。

⑷ 灵活方便

LNG通过专门的槽车或轮船可以将大量的天然气运输到管道难以到达的任何用户,不仅比地下输气管道节省投资,而且方便可靠、风险性小、适应性强。据统计,在美国、日本、欧洲已建成投产100多座LNG调峰装置,它不仅比地面高压储气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是解决其燃气供应的最方便、最经济的方式。此外,用海水可使LNG很容易地汽化。

5、LNG的主要用途

由于LNG有利于生态环境保护,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。

⑴ 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。

⑵ 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、荒漠地区等边远气田的开发及其天然气回收。

⑶ 天然气调峰

由于民用用户季节或日用气量波动、工业用户或LNG厂本身检修或改造以及输气管网发生故障等因素都将造成定期或不定期的供气不平衡,建设LNG储罐可有效地削峰填谷。对于高峰负荷型LNG工厂,一般建在用户附近,调节工业与民用天然气的不均衡负荷,确保供气的安全与平稳。

⑷ LNG冷量回收利用

LNG在常温下携带有大约836J/kg的冷量,不仅可以利用这些冷量来液化和分离空气,生产液氧、液氮或干冰,而且还可以用来发电、冷藏冷冻物品、低温破碎处理工业废弃物、淡化海水等。为此,有的调峰装置常与冷冻厂联建。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。

⑸ 作代用汽车燃料使用

采用LNG作为汽车发动机燃料,发动机仅需作适当变动,运行不仅安全可靠,而且噪声低污染小,特别是在排放法规日益严格的今天,以LNG作为燃料的汽车,排气明显改善。据资料报道:与压缩天然气(CNG) 比较,在相同的行程和运行时间条件下,对于中型和中重型车辆而言,LNG汽车燃料成本要低20%,重量要轻2/3,同时,供燃系统装置的成本也至少低2/3。可以证明,将天然气液化并以液态储运是促使它在运输燃料中应用的最经济有效的方法。

⑹ LNG用作燃料

天然气在液化之前除去了酸性气体、重烃、水、汞等有害成分,它除了用作发电厂、工厂、家庭用户的燃料外,其中甲烷还可用来制造肥料、甲醇溶剂及合成醋酸等化工产品,而乙烷和丙烷可以通过裂解来生产乙烯及丙烯等塑料原料。所以,LNG是一种优质的化工原料和民用燃料。


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