摘要：液化天然氣（ LNG ）已成為綠色能源的主力軍，它即是可持續發展的具體實施和實現，又是其它產業可持續發展的典范。本篇參考了國內外有關 LNG 方面大量的技術資料，結合近年來對天然氣發展的需求，簡要介紹了目前國內外已用于工業生產的比較成熟的液化裝置工藝方案以及國內外研究現狀。簡述了國內外 LNG 產業的發展狀況和 LNG 在可持續發展戰略中發展的必要性以及發展和應用前景。并介紹了新疆天然氣資源的開發狀況，包括已探明的儲量；以及新建廣匯液化工廠的近況。最后指明了西部大開發中 LNG 的開發及可持續發展，具有重大戰略意義。

關鍵詞：液化天然氣 綠色能源 可持續利用 液化工藝

一、前言 
    近二三十年以來，隨著人類綠色意識的覺醒， 環境保護意識不斷加強， 可持續發展觀念深入人心。天然氣作為清潔能源，重要化工原料，得到了更為廣泛的利用，世界各國把推廣利用天然氣，提高天然氣在一次能源消費中的比重，作為優化能源結構，實現經濟、社會和環境協調發展的重要途徑，目前天然氣消費在世界能源消費結構中的比重已達 35% ，成為僅次于石油的第二大能源 [1] 。由于設計到的技術問題很多，從 2003 年起，國際燃氣聯盟（ IGU ）成立了 LNG 問題的計劃委員會（ PGCD ） , 并將與其它國際組織（如世界 LNG 會議，美國燃氣工藝研究院 (IGT) 和國際冷凍組織 (IIR) 等）合作進行工作。追蹤并全面研究世界上發展 LNG 的經驗[2]。同時，我國能源消費總量占世界能源消費總量的 11.1% ，屬世界第二位，在能源消費大國中，我國能源消費總量中煤炭比重最高，是全球平均水平的 2.9 倍，而天然氣比重最低（僅占 2.8% ），只 是 全球平均水平的 7.2% 。從可持續發展角度講，西部大開發的實質就是在西部大開發的同時，要確保西部自然資源的保護和可持續發展，合理處理西部地區經濟發展與資源、環境等之間的協調發展，確保西部地區石油天然氣等能源的可持續發展。

二、國內外概況及發展趨勢 
    1941 年在美國克利夫蘭建成了世界第一套工業規模的LNG 裝置，液化能力為8500 m3 /d 。從60 年代開始，LNG 工業得到了迅猛發展，規模越來越大，基本負荷型液化能力在2. 5 × 104 m3 /d 。據資料[3]介紹，目前各國投產的 LNG 裝置已達160 多套，LNG 出口總量已超過46.1 8 × 106 t/a 。

天然氣的主要成分是甲烷，甲烷的常壓沸點是 -16 1 ℃ ，臨界溫度為 -84 ℃ ，臨界壓力為4.1MPa 。LNG 是液化天然氣的簡稱，它是天然氣經過凈化（脫水、脫烴、脫酸性氣體）后[4]，采用節流、膨脹和外加冷源制冷的工藝使甲烷變成液體而形成的[5]。

2.1 國外研究現狀

國外的液化裝置規模大、工藝復雜、設備多、投資高，基本都采用階式制冷和混合冷劑制冷工藝，目前兩種類型的裝置都在運行，新投產設計的主要是混合冷劑制冷工藝，研究的主要目的在于降低液化能耗。制冷工藝從階式制冷改進到混合冷劑制冷循環，目前有報道又有 C Ⅱ -2 新工藝[6]，該工藝既具有純組分循環的優點，如簡單、無相分離和易于控制，又有混合冷劑制冷循環的優點，如天然氣和制冷劑制冷溫位配合較好、功效高、設備少等優點。原理流程見圖 1 。

法國 Axens 公司與法國石油研究所 (IFP) 合作，共同開發的一種先進的天然氣液化新工藝—— Liquefin 首次工業化，該工藝為 LNG 市場奠定了基礎。其生產能力較通用的方法高 15%-20% ，生產成本低 25% 。使用 Liquefin 法之后，每單元液化裝置產量可達 600 × 104 t/y 以上。采用 Liquefin 工藝生產 LNG 的費用每噸可降低 25% [7] 。該工藝的主要優點是使用了翅片式換熱器和熱力學優化后的工藝，可建設超大容量的液化裝置。 Axens 已經給美國、歐洲、亞洲等幾個主要地區提出使用該工藝的建議，并正在進行前期設計和可行性研究。 IFP 和 Axens 開發的 Liquefin 工藝的安全、環保、實用及創新特點最近已被世界認可，該工藝獲得了化學工程師學會授予的“工程優秀獎” [8] 。

美國德克薩斯大學工程實驗站，開發了一種新型天然氣液化的技術—— GTL 技術已申請專利。該技術比目前開發的 GTL 技術更適用于小規模裝置，可加工 30.5 × 104 m3 /d 的天然氣。該實驗站的 GTL 已許可給合成燃料 (Synfuels) 公司。該公司在 A ＆ M 大學校園附近建立了一套 GTL 中試裝置，目前正在進行經濟性模擬分析。新工藝比現有技術簡單的多，不需要合成氣，除了發電之外，也不需要使用氧氣。其經濟性、規模和生產方面都不同于普通的費托 GTL 工藝。第一套工業裝置可能在 2004 年上半年建成[9]。

2.2 國內研究現狀

早在60年代，國家科委就制訂了LNG 發展規劃，60 年代中期完成了工業性試驗，四川石油管理局威遠化工廠擁有國內最早的天然氣深冷分離及液化的工業生產裝置，除生產 He 外，還生產LNG 。1991 年該廠為航天部提供30tLNG 作為火箭試驗燃料。與國外情況不同的是，國內天然氣液化的研究都是以小型液化工藝為目標，有關這方面的文獻發表較多[10]，以下就國內現有的天然氣液化裝置工藝作簡單介紹。

2.2.1 四川液化天然氣裝置

由中國科學院北京科陽氣體液化技術聯合公司與四川簡陽市科陽低溫設備公司合作研制的 300l/h 天然氣液化裝置，是用LNG 作為工業和民用氣調峰和以氣代油的示范工程。該裝置于1992 年建成，為LNG 汽車研究提供LNG 。

該裝置充分利用天然氣自身的壓力，采用氣體透平膨脹機制冷使天然氣液化，用于民用天然氣調峰或生產LNG ，工藝流程合理，采用氣體透平膨脹機，技術較先進。該裝置基本不消耗水、電，屬節能工程，但液化率很低，約10% 左右，這是與它的設計原則一致的。

2.2.2 吉林油田液化天然氣裝置

由吉林油田、中國石油天然氣總公司和中科院低溫中心聯合開發研制的500l/h 撬裝式工業試驗裝置于1996年12月整體試車成功，該裝置采用以氮氣為冷劑的膨脹機循環工藝，整個裝置由 10 個撬塊組成，全部設備國產化 [11]。

該裝置采用氣體軸承透平膨脹機；國產分子篩深度脫除天然氣中的水和CO2 ，工藝流程簡單，采用撬裝結構，符合小型裝置的特點。采用純氮作為制冷工質，功耗比采用冷劑的膨脹機循環要高。沒有充分利用天然氣自身壓力，將天然氣在中壓下（5.0MPa 左右）液化（較高壓力下液化既可提高氮氣的制冷溫度，又可減少制冷負荷），因此該裝置功耗大。

2.2.3 陜北氣田液化天然氣

1999 年 1 月建成投運的 2 × 104 m3 /d “陜北氣田 LNG 示范工程”是發展我國 LNG 工業的先導工程，也是我國第一座小型 LNG 工業化裝置。該裝置采用天然氣膨脹制冷循環，低溫甲醇洗和分子篩干燥聯合進行原料氣凈化，氣波制冷機和透平膨脹機聯合進行低溫制冷，燃氣機作為循環壓縮機的動力源，利用燃氣發動機的尾氣作為加熱分子篩再生氣的熱源。該裝置設備全部國產化。裝置的成功投運為我國在邊遠油氣田上利用天然氣生產 LNG 提供了經驗[12]。

2.2.4 中原油田液化天然氣裝置

中原油田曾經建設了我國最大的 LNG 裝置，原料氣規模為 26.6 5 × 104 m3 /d 、液化能力為 1 0 × 104 m3 /d 、儲存能力為 1200 m3 、液化率為 37.5%[13]。目前，在充分吸取國外先進工藝技術的基礎上，結合國內、國外有關設備的情況，主要針對自身氣源特點，又研究出 LNG 工藝技術方案 [14] 。該工藝流程采用常用的分子篩吸附法脫水，液化工藝選用丙烷預冷 + 乙烯預冷 + 節流。

裝置在原料氣量 30× 104 m3 /d 時，收率高達 51.4% ，能耗為 0.13 Kwh/Nm3 。其優點在于各制冷系統相對獨立，可靠性、靈活性好。但是工藝相對較復雜，須兩種制冷介質和循環，設備投資高。由于該廠充分利用了油田氣井天然氣的壓力能，所以液化成本低。

2.2.5 天津大學的小型液化天然氣（ LNG ）裝置

小型 LNG 裝置與大型裝置相比，不僅具有原料優勢、市場優勢而且投資低、可搬遷、靈活性大[15]。 LNG 裝置主要是用胺基溶劑系統對天然氣進行預處理，脫除 CO2 等雜質；分子篩脫水；液化幾個步驟。裝置采用單級混合制冷系統；閉合環路制冷循環用壓縮機壓縮制冷劑。單級混合制冷劑工藝操作簡便、效率高，適用于小型 LNG 裝置。

壓縮機的驅動機可用燃氣輪機或電動馬達。電價低的地區可優先考慮電動馬達（成本低、維修簡單）。在燃料氣價格低的地區，燃氣透平將是更好的選擇方案。經濟評估結果表明，采用燃氣輪機驅動機的液化裝置，投資費要比選用電動馬達高出 200 萬～ 400 萬美元。據對一套 15 × 106ft 3 /d 液化裝置進行的成本估算，調峰用的 LNG 項目儲罐容積為 10 萬 m3 ，而用于車用燃料的 LNG 項目僅需 700m3 儲罐，導致最終調峰用的 LNG 成本為 2.03 ～ 2.11 美元 /1000ft3 ，而車用 LNG 成本僅 0.98 ～ 0.99 美元 /1000 ft3 。

2.2.6 西南石油學院液化新工藝

該工藝日處理 3.0 × 104 m3 天然氣，主要由原料氣 （ CH4 : 95.28% ， CO2 :2.9% ） 脫 CO2 、脫水、丙烷預冷、氣波制冷機制冷和循環壓縮等系統組成。 以 SRK 狀態方程作為基礎模型，開發了天然氣液化工藝軟件。 天然氣壓縮機的動力采用天然氣發動機，小負荷電設備用天然氣發電機組供電，解決了邊遠地區無電或電力緊張的難題。由于邊遠地區無集輸管線可利用，將未能液化的天然氣循環壓縮，以提高整套裝置的天然氣液化率。

裝置采用一乙醇胺法（ MK-4 ）脫除 CO2 。由于處理量小，脫二氧化碳的吸收塔和再生塔應采用高效填料塔 [16] 。由于混合制冷劑，國內沒有成熟的技術和設計、運行管理經驗，儀表控制系統較復雜。同時考慮到原料氣中甲烷含量高，有壓力能可以利用。故采用天然氣直接膨脹制冷作為天然氣液化循環工藝[17]。氣波制冷屬于等熵膨脹過程，氣波制冷機是在熱分離機的基礎上，運用氣體波運動的理論研制的。在結構上吸收了熱分離機的一些優點，同時增加了微波吸收腔這一關鍵裝置，在原理上與熱分離機存在明顯不同，更加有效地利用氣體的壓力，提高了制冷效率。

2.2.7 哈爾濱燃氣工程設計研究院與哈爾濱工業大學

LNG 系統主要包括天然氣預處理、天然氣的低溫液化、天然氣的低溫儲存及天然氣的氣化和輸出等[18]。經過處理的天然氣通過一個多級單混冷凝過程被液化，制冷壓縮機是由天然氣發動機驅動。 LNG 儲罐為一個雙金屬壁的絕熱罐，內罐和外罐分別是由鎳鋼和碳鋼制成 [19] 。

循環氣體壓縮機一般采用天然氣驅動，可節省運行費用而使投資快速收回。壓縮機一般采用非潤滑式特殊設計，以避免天然氣被潤滑油污染[20]。采用裝有電子速度控制系統的透平，而且新型透平的最后幾級葉片用鉆合金制造，改善了機械運轉。安裝于透平壓縮機上的新型離合器是撓性的，它們的可靠性比較高，還可以調整間隙。

三、液化天然氣（ LNG ）的應用前景 
    3.1 國際上的應用前景

LNG 是天然氣資源應用的一種重要形式， 2002 年世界 LNG 貿易增長率為 10.1% ，達到 1369 億 m3 （ 1997 年 956 億 m3 ），占國際天然氣總貿易量的 26% ，占全球天然氣消費總量的 5.7%[21]。 LNG 主要產地分布在印度尼西亞、馬來西亞、澳大利亞、阿爾及利亞、文萊等地，消費國主要是日本、法國、西班牙、美國、韓國和我國臺灣省等[22]。 LNG 自六十年代開始應用以來，年產量平均以 20% 的速度持續增加，進入 90 年代后，由于供需基本平衡，海灣戰爭等因素影響， LNG 每年以 6 ～ 8% 的速度遞增，這個速度仍高于同期其它能源的增長速度。印尼是全球最大的 LNG 出口國，占世界出口總量的 26% ，而日本則是世界最大的 LNG 進口國，占世界進口總量的 53% ，達 720 多億 m3 。中東和非洲的 LNG 出口份額也在不斷增長，而 LNG 主要進口地區則在亞洲。

3.2 國內 LNG 的應用現狀

與世界 LNG 的應用相比，我國確實是剛剛起步。第一家應用于工業生產并商業化的 LNG 是中原油田的 LNG 工廠。該廠充分利用了油田氣井天然氣的壓力能，故液化成本低。并且用汽車等燃料和居民燃氣[23]。與此同時，上海石油天然氣總公司在東海氣田的天然氣通過海底管線輸送到上海供工業和民用后，也建設了 LNG 調峰站，把東海天然氣經加工深冷成 LNG 儲存起來，必要時再汽化為天然氣輸入城市管網，作為臨時氣源，確保城市安全平穩供氣。

國家計劃在 2001 年－2007 年實施幾項大的天然氣開發項目，即西氣東輸、進口俄羅斯天然氣工程。而比較大的項目是我國廣東在 2002 年確定的進口 300 萬噸 / 年 LNG 項目，該 LNG 接收站建成后，將能把 LNG 汽化后通過管道輸至廣州、深圳、佛山、番禺、東莞、惠州等城市，用于發電及作為工業和民用清潔燃料，成為我國第一個真正意義上的 LNG 應用工程。福建、青島等也都在規劃或建設 LNG 接收站，從國外進口 LNG ，用于發電、石油化工、工業、民用燃料。同時，在東北地區以及四川、陜西、山西、江蘇、云南、貴州等地相繼發現新的天然氣儲量可供開發利用，因此要充分發揮國家與地方大型天然氣開發和小型區域利用相結合。共同開發各種天然氣資源，實現天然氣多元化，把我國城市天然氣利用提高至較高水平。

3.3 新疆 LNG 的應用現狀

在我國“西氣東輸”管道正在建設的同時，新疆比較大規模的 LNG 工廠也已建設投產。新疆 LNG 項目是一個系統工程，從上游的 LNG 工廠建設到下游市場建設，從低溫罐式集裝箱的生產到鐵路運輸，都必須同步建設，同步投入運行，每個環節都至關重要，新疆廣匯正全力以赴、緊鑼密鼓搞好這個系統工程建設，從目前建設情況來看，基本達到預定計劃目標。 s

新疆廣匯 LNG 工廠目前是國內規模最大的 LNG 生產廠， LNG 的長距離鐵路運輸，在世界上也屬首例（目前世界 LNG 鐵路運輸最長的日本僅達 400 多 km ） LNG 鐵路運輸已獲得鐵路部門的承諾，在一個星期內 LNG 集裝箱可以運到全國任意路網覆蓋的城市。新疆廣匯的 LNG 可根據用戶的需要，發往全國各城市。

新疆具有豐富的天然氣資源，準噶爾、塔里木、吐哈三大盆地天然氣儲量達 10.3 萬億 m3 ，占全國陸上天然氣資源總量的 34% ，已累計探明的儲量達 8807 億 m3 。其中吐哈油田 868 億 m3 ，準噶爾油田位 1770 億 m3 。而“西氣東輸”只把塔里木盆地作為供氣氣源，這樣吐哈、準噶爾兩盆地的天然氣為發展 LNG 提供了可靠的資源保證[24]。

我國年產天然氣 201 多億 Nm3 , 天然氣資源量超過 38 萬億 m3 ，探明儲量只有 4.3% ，而世界平均為 37% ，這說明我國天然氣工業較落后，同時說明了我們大力發展天然氣工業是有資源保證的，是有潛力的。

總之，隨著國民經濟高速增長，我國也將迅速成為 LNG 進口國，并將已極快的速度占領市場。因此，發展 LNG 是目前世界發展的潮流，而我國經濟社會的可持續發展必須以 LNG 的可持續開發利用為前提，按照可持續發展的要求進行 LNG 的合理開發利用。

通過各種措施的實施，與社會各方面的共同努力，我國能源可持續發展的能力必將得到進一步提高，可持續發展的社會也必將早日到來。

最后，天然氣作為“低消耗、高收益、低污染、高效益”的“無煙工業”和戰略產業，它強調發展與保護同步、效益與公平同構、因地制宜與綜合發展協同，是可持續發展戰略的具體體現。可見，發展 LNG 產業，對西部大開發及可持續發展，具有重大戰略意義。

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來源：中大網校