压缩天然气和液化天然气的应用资料.docx
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压缩天然气和液化天然气的应用资料
压缩天然气和液化天然气的应用
2.1概述
压缩天然气（CompressedNaturalGas,简称CNG）是天然气加压并以气态储存在容器中。
液化天然气（LiquefiedNaturalGas，简称LNG）是在常压下将天然气冷却到-162℃，天然气变为液态，储存在保温储罐中。
CNG和LNG具有易于储存和运输的特点。
CNG、LNG均可用作汽车燃料，CNG汽车在我国现已广泛应用。
CNG、LNG可用于天然气管道不能到达地区的天然气供应，LNG还可作为城镇天然气供应的应急调峰气源。
2.2CNG和LNG的基本性质和特点
2.2.1CNG的基本性质和特点
（1）CNG的基本技术指标
CNG是指采用特制的储气钢瓶，将天然气在脱水、脱硫化氢后在加气站通过加压设备施加20~25MPa的高压，压缩至瓶内贮存。
作为汽车燃料的CNG应符合《车用压缩天然气质量标准》GB18047的要求
表2-1CNG的技术指标
项目
技术指标
高位发热量，MJ/m3
＞31.4
总硫（以硫计），mg/m3
≤200
硫化氢，mg/m3
≤15
二氧化碳yco2，％
≤3.0
氧气yo2，％
≤0.5
水露点，℃
在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应高于-13℃；当最低气温低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃
注：
本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa，20℃
（2）CNG的基本特点
随着我国对环境保护工作的重视和能源结构的调整，CNG技术得到快速发展及推广应用，并展现出广阔的前景。
CNG作为汽车燃料在环保和经济效益方面主要表现在以下几个方面：
1）环境污染少
使用压缩天然气替代汽油作为汽车燃料，可使CO排放量减少97%，CH化合物减少72%，NO化合物减少39%，CO2减少24%，SO2减少90%，噪音减少40%。
我国应用压缩天然气技术所产生的经济和环境效益的情况见表2-2。
而且压缩天然气不含铅、苯等制癌的有毒物质。
特别是随着全球温室效应、酸雨和光化学烟雾危害的加剧，应用CNG替代石油、煤炭燃料具有越来越重要的意义。
表2-2压缩天然气技术替代汽油后产生的效益
效益类别
项目
效益值
与燃油比减少量（%）
经济效益
可替代汽油
12090t
-
节省燃料费
2214万元~4380万元
30~40
节省维修费
800万元
40
环境效益
减少CO排放量
124.1t
97
减少NOx排放量
106.25t
39
减少HC排放量
87.97t
72
减少颗粒杂质
1.6t
-
减少铅化物
1.5t
100
减少CO2排放量
6964t
24
减少SO2排放量
7.245t
90
减少噪音
-
40
注：
以上数据是由1000辆公交车计算，年耗气量1572万m3。
2）延长汽车使用寿命
汽车发动机以压缩天然气为燃料，发动机运行平稳，噪音低。
无重烃，可减少积碳，可降低机械摩擦的耗损，可延长汽车大修理时间20%以上，润滑油更换周期延长到1.5万km。
提高了发动机寿命，维修费用降低，比使用常规燃料节约50%左右的维修费用。
3）CNG燃料抗暴性能好
压缩天然气的抗暴性相当于汽油的辛烷值在130左右，而目前使用的汽油辛烷值最高仅在96左右，所以CNG作为汽车燃料不需添加剂。
如像铅等抗爆剂。
4）经济效益好
CNG技术的应用，大大降低了燃料和机车维护的成本，经济效益可观。
1m3天然气相当于1.13升汽油，据统计数据，CNG汽车较普通燃油汽车燃料费节约近1/3，维护维修费用下降40%，发动机寿命延长2~3倍，大修间隔里程延长2~2.5万km，可减少50%的机油用量，经济效益非常明显。
5）实用性好
中国石油资源严重不足而天然气资源相对丰富，CNG技术的应用可在一定程度上弥补石油紧缺的困境。
CNG热值高、挥发性好，冷热起动驾驶性能好，尤其在冬季寒冷地区的起动性能好。
6）安全性好
CNG的压缩、储运、减压、燃烧过程，都是在密闭状态下进行的，不易发生泄漏然气比空气轻，即使有泄漏，在高压下也会迅速扩散，不易着火。
天然气燃点为650~700℃，不易发生燃烧。
CNG储气瓶和相关汽车配件的加工、制造、安装有严格的规范和标准，可确保安全。
同时压缩天然气是非致癌、无毒、无腐蚀性的。
从国内使用十多年压缩天然气的经验来看，天然气汽车比燃油汽车更安全。
2.2.2LNG的基本性质和特点
（1）LNG的基本性质
天然气在常压下，当冷却至约-162℃时，则由气态变成液态，称为液化天然气。
天然气在液化过程中进一步得到净化，甲烷纯度更高，不含二氧化碳，硫化物，无色、无味、无毒且无腐蚀性。
液化天然气的体积约为同量气态天然气体积的1/600，大大方便存储和运输。
液化天然气比水轻，重量仅为同体积水的45%。
不同产地的LNG组分不同，但以甲烷为主，表2-3为中原油田生产的LNG组分。
表2-3中原油田生产的LNG的组成
组分
CH4
C2H6
C3H8
C4H8、C5H12
N2
CO2
体积分数/％
93.63
4.10
1.20
1.00
0.06
0.01
LNG的基本特性有：
1）LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。
2）临界温度为-82.3℃，临界压力为45.8kg/cm3。
3）沸点为-162.5℃，熔点为-182℃，着火点为650℃。
4）液态密度为0.425T/m3，气态密度为0.718kg/Nm3。
5）气态热值9100Kcal/m3，液态热值12000Kcal/kg。
6）爆炸范围：
上限为15%，下限为5%。
7）华白指数（W）44.94MJ/Nm3。
8）燃烧势（CP）45.18。
（2）LNG的基本特点
LNG液化天然气目前是全世界增长速度最快的一种优质清洁燃料。
它具有储存，运输效率高，杂质含量少，燃烧清洁高效，气价低平稳定、经济效益好等优点。
其特点为：
1）液化天然气场站建设不受城市燃气管网的制约；机动灵活，投资少，见效快；是理想的汽车，工业生产、电力和民用燃料。
2）天然气经冷冻液化后其体积缩小600倍，极大的提高了储存运输效率，有利于天然气的推广普及。
3）天然气的气相密度为0.72kg/m3，比空气要轻，稍有泄露，即可上空挥发，因此使用相对安全。
4）LNG储存效率高，占地少。
投资省，10m3LNG储存量就可供1万户居民1天的生活用气。
5）LNG作为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。
燃料费用低。
环保性能好等优点。
它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%，CO减少90%，SOx、Pb降为零。
6）LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。
7）由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城镇污染。
2.3CNG和LNG的生产与运输
2.3.1压缩天然气的生产与运输
（1）CNG的生产
1）CNG加气站（gasprimaryfillingstation）是由气源管道引入天然气，经净化、计量、压缩并向气瓶组或气瓶车充装压缩天然气的加气站，压缩加气站可兼有向天然气汽车加气功能，也称加气母站。
CNG加气站的设计规模应根据用户的需求量与天然气气源的稳定供气能力确定。
气瓶车固定车位最大储气容积（m3）为固定车位储气的各气瓶车总几何容积（m3）与其最高储气压力（绝对压力102kpa）乘积之和，并除以压缩因子。
气瓶车固定车位最大储气容积不应大于30000m3，总水容积不大于120m3。
2）CNG的质量应符合现行国家标准《车用压缩天然气》GB18047的规定。
进压缩加气站天然气管道上应设切断阀，当气源为城市高、中压输配管道时，还应在切断阀后设安全阀。
气源管线中的天然气水露点、硫化氢、灰尘含量往往达不到要求，所以还需要进行脱硫、脱水、净化天然气气源要求。
3）压缩天然气系统的设计压力应根据各系统的工艺条件确定，且不应小于该系统最高工作压力的1.1倍，一般为15~25MPa。
天然气压缩机型号宜选择一致，并应根据进站天然气压力、脱水工艺及设计规模进行选型，并应有备用机组。
压缩机排气压力不应大于25.0MPa（表压）。
压缩机前总管天然气流速不宜大于15m/s。
压缩机进口管道上应设置手动和电动或气动控制阀门。
压缩机出口管道上应设置安全阀、止回阀和手动切断阀。
（2）CNG的运输
压缩天然气的运输可采用汽车载运气瓶组或拖挂气瓶车；也可采用船载气瓶组或气瓶车水上运输。
天然气加压后通过高压胶管和快装接头向CNG气瓶组（车）充气，CNG气瓶组（车）通过公路或水路运输到达城镇卸气站。
瓶组式拖车的瓶组由8只圆桶形钢瓶组成，每只钢瓶水容积为2.25m3，单车运输气量为4550m3。
CNG作为汽车燃料，既可直接在CNG母站给CNG汽车加气，也可利用专用CNG车载储气瓶组拖车将CNG运输到各个加气子站。
CNG专用拖车的基本结构是在平板拖车上安装高压储气瓶组。
储气瓶组有两种类型，一种是由许多类似于氧气瓶的小容积气瓶组合而成，每个气瓶的几何容积为80L；另一种是由容积较大的导管式储气瓶组合而成，每个气瓶的几何容积为2m3。
CNG拖车的装运能力为3000～5000m3，运输成本为0.15~0.20元/（100km·m3）。
2.3.2LNG的生产与运输
（1）LNG气的生产
它是天然气经过净化（脱水、脱烃、脱酸性气体）后，采用节流，膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的。
天然气的液化技术包括天然气的预处理，天然气的液化及贮存，液化天然气的气化及其冷量的回收以及安全技术等内容。
（2）LNG的运输
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，陆上管道气在3000km左右运距最为经济，超过3500km后，船运液化天然气就占了优势，具有比管道气更好的经济性。
目前，LNG主要有汽车和船舶二种运输方式。
公路运输采用的主要设备是低温液化天然气罐车，目前，我国已成功研制了液化天然气低温运输设备。
液化天然气储罐有立式和卧式两种结构，主要采用堆积绝热和真空粉末绝热两种绝热方式，储罐容积分别为30m3、100m3、150m3等。
LNG海上运输稳定有序。
液化天然气运输大多为定向造船，包船运输，航线和港口比较固定，并要求较为准确的班期，非计划性停泊较少，运费收入比较稳定，市场竞争有序。
LNG运输船是为载运在大气压下沸点为-163℃的大宗LNG货物的专用船舶。
这类船目前的标准载货量在13～15万t之间。
一般它们的船龄在25～30年。
目前从技术上来说，一些发达国家已能设计出16万t，20万t，甚至30万t的LNG船。
由于受到港口水深的限制，LNG船的舱容量可能会稳定在十几万t的水平上。
随着液化天然气市场需求的进一步扩大，液化天然气船舶运输能力迅速扩大。
2.4CNG和LNG的应用
2.4.1CNG的应用
我国CNG应用技术已经比较成熟，目前除了应用于城市天然气汽车之外，对城镇的天然气供应也已陆续开始。
（1）.车用CNG的发展
三十年代初，富气贫油的意大利首先研制了压缩天然气汽车。
经过几十年的发展，全世界已有了130多万辆CNG汽车，3000余座CNG加气站。
天然气作为汽车燃料的使用，在中国经历了两个阶段。
第一个阶段为六十年代初期，我国开发了第一代天然气汽车，采用橡胶气包固定于车顶，行程只有十几公里，显得笨重而又不美观；八十年代末期，我国研制成功了第二代高压天然气汽车——CNG汽车，并以极大的优势取代了气包天然气；九十年代中期，我国开始进行CNG
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