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李佩铭①， 焦文玲②， 宋汉成③， 蒋永明④
（1.深圳市燃气集团股份有限公司，广东深圳518054；2．哈尔滨工业大学 市环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090；3．中国石油管道研究中心，河北廊坊 065000； 4．新奥集团燃气研发中心，河北廊坊065001)
摘要：探讨了我国液化天然气的应用及推广的情况，提出了发展方向，应注重实用性和经济性的统一。
关键词： 天然气； 液化天然气；应用
中图分类号：TU996 文献标识码：B 文章编号：1000—4416(2008)01—0825一04
1 概述
液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)天然气的一种形式[1]。其一般生产工艺过程是气田开采出来的天然气，经过脱水、脱酸性气体、脱其余杂质处理后，采用制冷工艺，深冷至一162℃|为液体。
目前，世界上LNG应用技术已经成为一门新兴技术正在迅猛发展[2、3]。由于LNG工厂在预处理时已脱除了气体的杂质，因此LNG作为燃料燃烧时排放的烟气中SO2及NOX；含量很少，被称为清洁能源，广泛用于发电、城市燃气及工业燃气，减少了大气污染，有利于经济与环境的协调发展。用LNG船代替深海和地下长距离管道，可节省大量风险性管道投资，降低运输成本。从输气经济性推算，陆上管道气运距在3 000 km左右较经济，超过3 500 km
，船运LNG具有比管道气更好的经济性。LNG应用术除了用来解决天然气储存、运输问题外，还可以广泛地用于天然气调峰，对调节世界天然气供应起着巨大的作用，使没有气源的国家和气源衰竭的国家供气得到保证[4]。LNG作为城市燃气调峰比采用地下储气库具有更多优点[5]，它的选址不受地理位置、地质结构、距离、容量等限制，而且占地少、造价低、工期短、维修方便。在没有气田、盐穴水层的城市，难以建地下储气库，就更需要采用LNG调峰。在大中城市内建造LNG汽车加气站，也是规模化发展天然气汽车最有效的途径之一。LNG蕴藏着大量的低温冷能，利用其冷能可以进行冷能发电、空气分离、超低温冷库、制造干冰、冷冻食品等。因此，发展LNG的应用技术是有效利用LNG的一条有力途径。
2 我国LNG的应用与推广
①城市燃气供应
LNG作为城市燃气是一种非常理想的清洁燃料，主要用于城市基本负荷、调峰以及汽车行业。在我国，LNG产业发展日益迅速，随着新疆广汇、海南海口、重庆建南、陕西西安等地LNG项目及深圳大鹏湾、福建湄洲湾和山东青岛等地LNG接收终端的建成及投入使用，我国的LNG工业已经迎来一个快速发展的时期。
中原油田建成了我国首家商业化运行的LNG工厂，它的投产为天然气的开发拓展了新的领域。目前，LNG产品的现有用户主要分布在逾10座城市和地区，初步形成了以淄博、江阴为代表的特种工业用气市场，以青岛、苏州为代表的居民用气市场，以北京为代表的汽车燃料市场。广东LNG项目(深圳大鹏LNG项目)的正式投产[6]，拉开了广东口岸LNG大规模进口的帷幕，也成为我国大规模进口LNG的重要标志。我国正在规划和实施的沿海LNG项目还有福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁等省市。其中，福建LNG项目作为继广东之后我国第二个大型LNG引进项目已于2005年开工，总规模为760 x 104 t／a，一期工程将于2007年底投产。上海LNG项目也于2005年正式启动，规模为600×10t／a，一期工程计划于2008年6月建成投产，届时接收处理能力可达到300×104t／a，形成年供应上海40×10m3／a天然气的能力。
LNG作为管道天然气的调峰气源[7]，可对城市燃气系统进行调峰，保证城市安全平稳供气。将LNG调峰装置广泛用于天然气输配系统中，对民用和工业用气的波动性，特别是对冬季用气的急剧增加起到了调峰作用。上海石油天然气总公司在东海气田的天然气通过海底管道输送到上海供工业和民用后，为了应付上游天然气气源由于不可抗拒的因素(如台风等)的停产停输，起到应急供气和季节调峰作用，也建设了LNG调峰站，把东海天然气经加
工深冷成LNG储存起来，必要时再气化为天然气输入城市管网，作为临时气源，确保城市安全平稳供气。
LNG作为汽车燃料具有清洁高效、储存体积小、携带方便、安全可靠等优势[8]，与其他形式的汽车燃料相比，发展前景更为广阔归0。目前，作为汽车燃料的天然气大多以压缩天然气(CNG)的形式储存，天然气在气态下压缩并储存在20 MPa以上的高压钢瓶内，因此钢瓶体积较大，强度、安全性要求高。LNG体积小，能量储存密度大，燃烧性能好，热值高，一次充灌行驶里程长，比CNG更适合作为汽车燃料。此外，储存在～162℃低温下的LNG，具有车，这样就无须给汽车单独配备机械式制冷机，既降低了造价，又消除了机械制冷带来的噪声，具有节能和环保的双重意义，尤其适用于城市中心地带的繁华街道或其他有噪声限制的地区[10、11]。国内天然气汽车的发展已形成一定规模[12]，在燃料产地和输送干线沿线的北京、成都、重庆、乌鲁木齐、上海、天津、西安、长春等城市已在不同规模地发展和使用天然气汽车。目前，我国的四川、山东、广东和上海等省市已全面启动了天然气汽车产业，北京市为2008年奥运会做准备，已经把逾3×10。辆公交车和出租车改装成了燃气汽车。
②发电
LNG另外一个重要应用是发电[13-15J。天然气在液化过程中，由于经过脱水、脱硫等处理，在燃烧过程中产生的污染物更少，可大幅减少SO：等污染物的排放。天然气电厂C02排放量为燃煤电厂的42％，氮氧化物排放量不到燃煤电厂的20％，S02排放量几乎为零。因此，采用LNG发电可以起到环保作用，带来巨大的社会效益。同等条件下拟建的燃气一蒸汽联合循环电站单位电功率的造价为3 700元/kW，燃煤电站为4 200形kW。天然气发电上网电价与进口600 MW燃煤发电机组电价大体相当，在电力市场上具有一定竞争力。燃气轮机具有启停快、运行灵活的特点，可在整个负荷中充当基本负荷。提高燃气轮机在总装机容量中的比例，将会改善电网的运行状态，为电网提供更加灵活的备用电源，增大调峰的灵活性。此外，LNG电站自动化程度高，员工数量只有同等容量火电厂的20％一25％，可降低运行成本。
LNG发电可以分为LNG冷能发电及天然气作为燃料的联合循环发电[8、15]。LNG冷能发电主要依靠LNG与周围环境之间存在的温度差和压力差形成动力循环进行发电。LNG冷能用于发电常用的循环方式有直接膨胀循环、朗肯循环、布雷顿循环以及基于以上循环方式的联合循环。目前，大多数天然气电厂采用联合循环发电，它利用燃气轮机产生的高温烟气，通过余热锅炉，产生高温高压蒸汽后推动汽轮机带动发电机发电。由于燃气轮机的单机功率和热效率都有很大提高，特别是燃气一蒸汽联合循环发电渐趋成熟，燃气轮机及其联合循环发电在世界电力工业中的地位发生了明显的变化，它们不仅能负担基本负荷、中间附和和尖锋附和，而且能随时停机[14] ，是高效率的调峰机组，也可以作为应急电源。
广东是我国应用LNG发电最早的地区¨引。由于广东电力负荷日益增大，影响当地经济发展，加之煤烟型污染日益严重，环境的恶化直接影响到广东省的可持续发展。为此，国家在广东建设了我国第一个液化天然气的试点项目，接收站设在深圳大鹏湾秤头角，通过输气管道，向惠州和深圳前湾2座新建LNG电厂以及深圳南山、美视和月亮湾等燃油改燃气的燃气轮机电厂、香港电灯公司新建燃气轮机电厂和香港中华煤气有限公司等提供天然气，目前已经投入使用。
③蓄冷及冷能利用[1、15]
LNG船是储存和运输LNG的主要工具，几乎所有的LNG船都采用汽轮机推进，气化气或重油都可作为主锅炉的燃料，也可以混烧，特别是单独采用气化气时最清洁。若以LNG作为主要动力，在气化时将产生大量冷量，而这些冷量往往被浪费。LNG船在行进过程中对冷量的需求量非常大，可储存这部分冷量或直接利用。LNG蓄冷装置在LNG船上可用于冷却液货舱或用于船舶空调和冷库，对燃气轮机进气进行冷却¨引。还可以利用储存的冷量对码
头液货舱进行预冷，对周边食品进行冷加工。
除了应用于LNG船，LNG冷能还可以用于空气分离、冷藏、制取液化C02等[1]。LNG低温火用在越远离环境温度时越大，因此应在尽可能低的温度下利用LNG冷能。由于空气分离装置中所需温度比LNG温度还低，因此LNG的冷量火用能得到最佳的利用。利用LNG的冷能冷却空气，不但大幅降低了能耗，而且简化了空气分离流程，降低了设备造价，LNG气化费用也可降低。
LNG接收站一般设在港口附近，一是方便船运，二是通常的气化靠与海水的换热实现。大型的冷库也基本设在港口附近，这样方便远洋捕获鱼类的冷加工。将LNG与载冷剂在低温换热器中进行换冷后，载冷剂经管道进入冷冻、冷藏库，通过冷却盘管释放冷量冷冻或冷藏物品。
液化CO：由C02气体经过压缩、提纯最终液化得到。传统的液化工艺将C02压缩至2．5～3．0MPa，再利用制冷设备冷却和液化。利用LNG的冷量，很容易获得冷却和液化CO：所需的低温，从而将液化装置的工作压力降至0．9 MPa左右。与传统液化工艺相比，制冷设备的负荷大为降低，电耗也降低为原来的30％～40％。
④LNG的化工原料应用坤0
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，能量转化效率较高，已成为当今竞相研制开发的一种新型发电技术。燃料电池是发电装置，电极对燃料(主要是氢气)起催化离解作用，电极本身基本不发生变化，产生能量的燃料由电池外部供给，只要连续通人燃料就不断输出电能。天然气是生产氢气的最佳原料，天然气转化可得3倍体积的氢，外加等体积的一氧化碳。因此，天然气是燃料电池的最佳燃料。
天然气作为化工原料利用的消费量比例虽然不大，但生产的化工产品数量却很可观，除了一些产量较少的一次产品(甲烷氯化物、乙炔等)直接由甲烷气制取外，作为大宗的两种化工产品——合成氨和甲醇，则是由天然气合成气(CO+H：)间接制取的。以甲烷气为原料生产合成氨和甲醇的产量分别占两种产品总产量的85％和90％，构成了天然气化工利用的核心。
自20世纪60年代后期石油化工迅速发展以来，天然气制乙炔及其衍生物作为工业化学品已明显减弱，乙炔作为有机化学品之母的美称已不复存在，乙炔的工业价值大大下降¨引。目前，世界上天然气制乙炔的比例已很小，其衍生物仅存于某些领域。天然气制乙炔属高能耗工业，能否继续存在或发展取决于原料价格，也取决于其后加工产品的附加值。现在有个别企业初步规划出以适价的天然气从天然气制乙炔开始进行深加工的方案，经多步深加工，得到高附加值有前景的产品，认为可能是有效益的，但在新技术来源和技术经济评价上仍有待深入研究。目前，全国仍只有川维及长寿化工两家采用天然气制乙炔，年产量合计为(4～6)×104t／a[1 7l。
3展望
在全世界LNG产业进入高速发展的时代，我国的LNG应用已经成为引进LNG后的首要问题。我国已经成为LNG进口大国，如何从能源结构优化及资源综合利用的角度把握LNG资源的综合利用越来越引起人们的重视。虽然LNG利用途径广泛，但能量利用效率不够理想，分布式能源系统在天然气的各种利用方式中的能源利用效率最高，因此应大力发展分布式能源以实现天然气资源的高效利用。可利用LNG的冷能，回收LNG中的轻烃资源生产高附加值的化工产品。LNG汽车的发展可以改善大气环境并节省燃油，实现汽车工业的可持续发展。此外，加强建设区域性能源站也是当前发展LNG高效利用的一条途径。
LNG的高效利用不仅需要以上的利用方式，还需要政府政策的大力支持。在大力发展能源利用与环境保护的同时，应注重经济性和实用性的统一。
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作者简介：李佩铭(1983一 )， 女， 四川泸州人，
硕士， 从事液化天然气及长输管线的研究。
电话：(0451)82285041
E—mail：lpm_113@163．con
收稿日期：2007—01—12；修回日期：2007—07一09
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