多气源多模式气化我国中小城镇
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摘要:人类从懂得用火熟食至今,燃料的应用经历了植物燃料、固体燃料、液体燃料、气体燃料四个阶段。气体燃料的发展则又从煤气的供应开始,过渡到液化石油气,再由煤气、液化石油气混合使用过渡到天然气大管网供气,以天然气为主气源,人工煤气、液化石油气、煤层气、二甲..

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人类从懂得用火熟食至今,燃料的应用经历了植物燃料、固体燃料、液体燃料、气体燃料四个阶段。气体燃料的发展则又从煤气的供应开始,过渡到液化石油气,再由煤气、液化石油气混合使用过渡到天然气大管网供气,以天然气为主气源,人工煤气、液化石油气、煤层气、二甲醚等其它气源为辅助气源。

一、 中国天然气市场评说
  就目前而言,全国天然气市场远未成熟,西气东输单管线运行,调峰、事故、备用气源未有考虑;国内LNG气源虽有河南中原油田、新疆吐哈油田、海南福山油田、广西涠洲岛气田四个LNG液化工厂相继投入生产,但都处于不正常的运作之中,不是气源不足,就是运输跟不上;下游市场开发建设过快,狂热发展,出现了严重的供不应求和断气现象,整个天然气产业链在不正常的环节下运行。
随着国际油价的不断上涨,天然气价格涨幅加大,中国放慢了进口天然气的步伐,使原先设想在2020年之内建设10个进口LNG接收基地,进口5000万吨LNG的计划放缓。预计到2015年之前,供不应求的“天然气饥饿症”依然存在。

二、 中国城市燃气发展简况
  根据建设部2004年末统计数据表明,全国661个城市中,157个城市有人工煤气,耗量214亿立方米,占总用气量的23%;645个城市使用液化石油气,耗量1126万吨,占总用气量的63.4%;180个城市使用天然气,耗量169亿立方米,占总用气量的13.6%;城市气化率81.5%。
2004年,中国能源消费量达19.7亿吨标煤,占世界能源消费量的11%,仅次于美国,居世界第二位;进口石油122,000万吨,对外依存度达40%。预计到2020年对外依存度将达到60%以上。而我国能源利用率只有33.4%,远远低于发达国家的52~55%。

我国一次能源消费情况见下表:

国 家

总消费量(百万吨油当量)

石油 %

天然气 %

煤 %

核电 %

水电 %

美 国

2237.3

40

24.8

24.8

8.2

2.2

中 国

839.7

27.6

3

62

0.5

6.9

俄罗斯

643

19

55.3

17.8

4.8

3.1

日 本

514.5

48

13.8

20

14.2

4

德 国

335.2

39.3

22.3

25.2

11.5

1.7

印 度

314.7

30.9

7.5

55.1

1.4

5.1

加拿大

274.6

32.1

23.8

10.5

6.3

27.3

法 国

256.4

37.4

14.3

4.2

37

7.1

英 国

224

34

38.3

18

9.1

0.6

南 非

109.9

34.7

18.5

43.3

 

3.5

澳大利亚

107

21.5

20

55.3

2.4

0.8

波 兰

87.7

21.7

11.6

61.6

 

5.1

合 计

9124.8

38.5

23.7

24.7

6.6

6.5

三、 中国能源发展规划政策
  根据世界油气资源出现的激烈竞争和价格涨幅不断加剧的局面,中国出台了相应的能源发展规划政策:
  “节能优先,效率为本;煤为基础,多元发展;立足国内,开拓海外;统筹城乡,合理布局;保护环境,保障安全”的方针。表明中国未来的能源战略将继续走“立足国内的道路”,未来的一段时间,将以开发煤炭资源为主,石油、天然气的使用将排在煤炭开发的后面。明确树立“多元化、多样化”的能源发展战略的指导思想。这就为开发“中小型LNG液化工厂”处理我国中西部地区零星气田、边际气田和煤层气液化以及利用煤气化生产二甲醚创造了良好的政策环境。为大力发展中小型LNG小区气化站供气服务中国广大中小城镇提供了必要的气源条件。

四、中小型LNG液化工厂和LNG小区气化模式

模 式 概 念 化

  到目前为止,国内已建成中小型LNG液化工厂6座,总规模达到214×104m3/d,7.7×108m3/y;正在筹建的7座,总规模达到702×104m3/d,25.3×108m3/y。建成和正在筹建的共13座,总规模达到916×104m3/d,33×108m3/y。
  已建成规模为1×104m3/天~60×104m3/天的LNG小区气化站100多座,供气规模远远超过已投产的LNG液化工厂214×104m3/d的产量,达到400×104m3/d的气量。

1、已建成的LNG液化天然气厂

序号

名 称

规 模

地 点

投 产 时 间

液 化 工 艺

备 注

1

河南中原绿能高科

15×104m3/d

濮阳油田

2001年11月

丙烷、乙烯、节流制冷

 

2

新疆广汇

150×104m3/d

鄯善吐哈油田

2004年9月

混气制冷

 

3

海南海燃

25×104m3/d

海口福山油田

2005年4月

N270%+CH430%膨胀

 

4

中石油西南分公司

4×104m3/d

四川犍为县

2005年11月

压力差膨胀

 

5

江阴天力燃气

5×104m3/d

江苏江阴

2005年12月

压力差膨胀

因气体中苯堵塞整改中

6

新奥燃气

15×104m3/d

广西北海涠洲岛

2006年3月

97%CH4膨胀

 

2. 正在筹建的LNG液化天然气厂

序号

名 称

规 模

地 点

拟建成投产时间

1

中海油

50×104m3/d

珠海横琴岛

2007 年年初

2

苏州天然气管网公司

7×104m3/d

苏州

2007 年年初

3

甘肃兰州燃气集团

30×104m3/d

甘肃兰州燃气基地

2007 年年中

4

四川新兴能源

100×104m3/d

内蒙鄂尔多斯

2007 年年中

5

四川新兴能源

100×104m3/d

四川达州

2007 年年中

6

重庆民生股份

15×104m3/d

重庆永生

2008 年年初

7

新疆广汇

400×104m3/d

新疆库尔勒

2008 年年中

3. 已建成的LNG小区气化站

序号

名 称

规 模

储 量

地 点

投产时间

1

山东淄博燃气公司

12×104m3/d

12×100m3

杨寨

2001年12月

2

青岛燃气公司

2×104m3/d

2×50m3

金家岭

2002年2月

3

广东龙川

2×104m3/d

2×50m3

龙川

2002年5月

4

福建德化

24×104m3/d

8×150m3

德化县

2004年7月

5

福建闽清

24×104m3/d

8×150m3

闽清县

2004年10月

6

深圳美视电厂

60×104m3/d

8×150m3

安托山

2005年5月

7

江苏宜兴港华

40×104m3/d

12×150m3

宜兴

2005年10月

8

广汇安西燃气

2×104m3/d

2×50m3

甘肃安西

2005年10月

9

深燃龙岗工业区

10×104m3/d

4×100m3

大工业区

2005年12月

10

中国燃气河北遵化燃气

2×104m3/d

2×100m3

遵化

2005年12月

  注:这里只是选择早期建成和个别LNG气化站列表,大部分LNG气化站未列入表中。

五、 气化中小城镇可供选择的气源种类
  除了我们以往传统使用的人工煤气、液化石油气、天然气之外,今后还可使用液化天然气、压缩天然气、煤层气、二甲醚、天然气水合物、氢气等。

1、液化天然气(LNG)
  气态天然气通过净化分离、压缩升温、冷冻处理、节流膨胀得到-162℃的液态天然气,体积缩小600倍,再气化之后得到比原天然气更纯净的天然气。
  世界液化天然气的发展从1970年占天然气用量的5.9%上升到2001年的22%,预计到2010年会增加到35%,到2050年可能会提高到50%。2004年全球LNG生产能力达14820万吨,贸易量13180万吨。

2、压缩天然气(CNG)
  从零星气田开采出来的天然气或在天然气管道上取出部分气体进行压缩到15~25MPa,装车运往需要的地方。
  1995年10月新疆鄯善首次在国内将压缩天然气技术应用到城镇燃气供应上。压缩天然气不仅用作中小城镇的民用燃料,更多的用作汽车燃料。

3、煤层气
  煤层气是从煤矿井里抽採出来的甲烷含量占85%以上的气体,是一种洁净、高热值、非常规天然气。相应热值8000 Kcal/Nm3以上。可压缩送管道,可液化装车外供。
  煤层气在地球上的潜在储量为3000多万亿立方米,中国就有35万亿立方米,与天然气存量相当。

4、二甲醚
  用煤气化生产一氧化碳和氢气,催化合成甲醇,甲醇催化脱水生成二甲醚。
  分子式 CH3OCH3 分子量 46 为无色液体
  热值为 14200Kcal/Nm3 6900Kcal/Kg
  储存压力 1.35Mpa ,小于LPG1.92Mpa
  使用压力等级与LPG相同,灶具亦可相通。二甲醚作为替代能源的宽广前景受到极大的关注,它可以替代LPG作为罐装民用燃料及燃气轮机燃料、分布式供电、供热燃料等。
  目前国家正在制定相关的标准和政策,以推广应用。

5、天然气水合物
  天然气水合物又称可燃冰,大量存在海底表层以及某些高原的地表下层,开采出来可提取出天然气。地球上天然气水合物含有7.2×1014m3~5.6×108m3天然气,有关学认为每100m3甲烷水合物中含有10000m3甲烷气体。

6、氢气
  具体做法是用洁净的水注入电解槽中,利用交流电转换成直流电,以正负两极导通电解槽两极,电解水中氢氧分子被释放出氢气(H2)和氧气(O2)的混合气体,以作为气体燃料。
  从电解水中取氢已有非常成熟的技术,只是耗电费用太贵,使用氢气作燃料是最清洁、环保的燃料。

六、 多气源多模式供气操作案例
1、仿天然气
  仿天然气又称代天然气,是我国比较早出现的一种操作模式。1964年在东北锦州采用液化石油气加进空气进行操作实验成功,当时叫天然气过渡性气源。八十年代以来在我国各地使用很多。

2、广州煤气使用的典型多气源操作模式

3、浙江桐乡港华LNG小区气化模式

4、海南民生燃气操作模式
  海南福山气田天然气与东方1-1气田天然气混和热值流程

5、各种气源调配热值为8500 Kcal/Nm3的操作运行互换性

(1)国产和进口LPG混空参数

进口 LPG 与空气混合比

国产 LPG 与空气混合比

混合比例%

32.47LPG

67.53AIR

31.17LPG

68.83AIR

高热值 Kcal/Nm3

28377

9215

29551

9211

低热值 Kcal/Nm3

26176

8500

27270

8500

华白指数 Kcal/Nm3

20891

8163

21290

8115

燃烧势CP

44.17

36

43.23

35.06

0℃,Kg/Nm3r

2.39

1.65

2.49

1.67

(2)进口LNG混空参数

广东 LNG 与空气混合比

福建 LNG 与空气混合比

混合比例%

88.11LNG

11.89AIR

97.56LNG

2.44AIR

高热值 Kcal/Nm3

10656

9347

9651

9416

低热值 Kcal/Nm3

9647

8500

8712

8500

华白指数 Kcal/Nm3

13387

11348

12739

12317

燃烧势CP

41.85

36.75

40.22

38.94

0℃,Kg/Nm3r

0.82

0.88

0.74

0.76

(3)国产LNG混空参数

广汇 LNG与空气混合比

海南LNG与空气混合比

中原油田LNG与空气混合比

混合比例%

86.8LNG

13.2AIR

86.01LNG

13.99AIR

96.11LNG

3.89AIR

高热值 Kcal/Nm3

10805

9379

10906

9379

9805

9414

低热值 Kcal/Nm3

9792

8500

9884

8500

8854

8500

华白指数 Kcal/Nm3

13269

11150

13400

11136

12896

12216

燃烧势CP

41.91

36.68

43.89

38.17

40.85

38.85

0℃,Kg/Nm3r

0.85

0.92

0.85

0.92

0.75

0.77

  通过以上的计算分析,得出这样的结论:
  1.  广东、福建、广汇、中原油田、海南等地的天然气调整热值为8500 Kcal/Nm3进行操作都能实现互换。华白指数在5%~10%之间波动。
  2.  液化石油气混空气后其华白指数太低,必须混入一部分密度轻的燃气,如人工煤气、炼厂气、焦炉气或天然气,提高华白指数才能满足互换的要求。
  3.  构建一个热值8500 Kcal/Nm3和多种气源操作工艺,为我国广大中小城镇供气的路线是可行的。
  4.  采用一个热值和多气种操作,可提前为中小城镇构建供气管网,为天然气转换做好充分准备。
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