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页岩气液化技术

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页岩 液化 技术
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1 公升煤气约多少液化气?煤气的制成和使用 18 世纪下半叶,有一种新的燃料——煤气闯入了人们的生活中。煤气,顾名思义,自然来源于煤。将煤先变成煤气,再作为能源使用,实在是人类用煤方式上的重大进步。 据说,煤气最早是人们无意之中发现的。在 1667 年,英国一位乡村教师雪莱,在他任教处威甘,发现了一个奇怪的池塘。池水中常冒出气体,多的时候池水好似沸腾一样,晚间用火一点,竟会像油锅起火似的,在池面上掠起一阵蓝莹莹的火焰。雪莱发现池底有着厚厚的泥炭层,他猜测气体是泥炭分解后放出来的。1670 年,雪莱的朋友克莱顿用实验证实了雪莱的想法。他挖了些泥炭来,放在密闭的容器中加热,得到了一些气体,并充进气囊里。他的小女儿好奇地用针将气囊刺了一个小孔,用蜡烛焰去接近逸出的气体。顿时,蓝色的火焰窜得高高的,一会儿把气囊里的气体烧得无影无踪了,这也许就是人类第一次制得和使用煤气吧。 后来,英国有人用泥炭的不完全燃烧,制得了发生炉煤气。这就是克莱顿方法的工业生产。不过,从真正的煤中获得煤气,是克莱顿以后 100 多年的另一个英国人默多克。默多克小时候很爱玩火,一次少年默多克把一块油页岩放在水壶里加热,壶嘴里冒出了气体,他划了根火柴去点,气体烧着了。1972 年,青年默多克用煤块代替了油页岩重复了儿时的游戏,他用一根 21 米长的镀锡铁管把气体引到自己的住室内,气体点燃后,将屋内照耀得如同白昼。这可以说是煤气第一次用于照明,也是煤气的第一次实际应用。后来,默多克成立了一家煤气公司,专门提供照明煤气。 现代人们使用的煤气,通常是利用煤的不完全燃烧得到的。煤气发生炉的种类很多。有一种鲁奇炉是座高大的直立钢筒,内壁砌着耐火砖。炉顶是煤的进口,炉身下部有鼓进空气和蒸汽的管道,炉渣从底部排出。点火后,下层的煤燃烧发出大量的热,使上面的煤层热到炽红的程度。燃烧产生的二氧化碳随热气上升,当它通过上部又厚又炽热的煤层时,就起反应生成了一氧化碳。通进去的蒸汽还会与炽热的煤发生另一种反应,生成一氧化碳和氢气。上述变化可概括成 3 个反应式: C+=2+O+得后的煤气被引进煤气贮罐。这是一个完全用钢板焊接而成的庞然大物,远看上去像一座巨大的圆房子,有 20 层楼那么高。这个巨大的煤气贮罐会随着煤气存量的增减而升降,煤气多了,就把一层层的“房子”鼓得高高的,煤气少了, “房子”就会矮下去。煤气贮罐靠着钢筒的压力,将煤气压送出去。如果输送路程较远,人们还会在沿途装上压力调节器,以保证压力,使远近的用户都能正常使用。 天然气,顾名思义就是天然产生的气体。它是以甲烷为主要成分的分子量比较小的烃类。它和石油一样,也是埋藏在地下的古代生物经过长期高温、高压的作用而形成的,因此,常常伴随石油存在于地壳中,被称为石油的“孪生兄弟”。 早在 2200 多年前的战国时代,人们在现在的四川省双流县境内掘井取地下盐水时,就发现了天然气。现在,四川仍是我国天然气最大的产地。 天然气燃烧时能发出大量的热量,一立方米的热值一般在 8000~20000 千卡之间,大约是同等质量木材的 3 倍,是同等质量优质煤的 ,这是因为在天然气分子中含有较多的氢原子。天然气有的是不断喷出,有的是间断喷出,有的点火才燃烧,有的自己就会燃烧,形成“怒火冲天” 的自然景观。 我国大规模用天然气作燃料是在宋代。当时,我国古代人民已经掌握了深井钻凿技术,能钻出深达数十米的小口筒井,而且发现和利用天然气的地方也多了起来。到清朝时,钻天然气井的技术更高了。据记载,当时筒井钻凿的深度已达到 300 丈,一口火井出产的天然气最多可烧盐锅 700 口。这说明当时的钻井技术及每口井的天然气产量都已达到很可观的程度。 在国外,虽然也有较长的天然气发现史,可应用较晚,大约到 1820 年左右,才有意识地开采和使用天然气。现在,世界上天然气储藏量和开采量最大的是俄罗斯,占世界总量的 1/3 左右。 天然气和石油常常储藏在一起,有伴生气、含气田和纯气田的说法。目前,天然气、煤和石油并称为当今世界的三大矿物燃料,共同构成了整个工业的能源基础。 天然气的主要成分甲烷同水蒸气在催化剂的作用下,可以生成一氧化碳和氢气,氢气是合成氨工业制造氮肥的主要原料。所以,还可以利用天然气建立一批氮肥厂。用甲烷作原料,还可以生产粒子很细的炭黑,它可用作橡胶的补强剂,天然橡胶掺入炭黑以后,强度可增加一二倍。炭黑还可以用来制墨和墨汁。现在人们还发现,天然气里含有许多合成工业中不可缺少的重要原料,如果能充分利用的话,其价值远远超过作为燃料的价值。 天然气在生产和消费过程中,具有比其他矿物能源更多的优点: 一是纯净。天然气在燃烧过程中也要产生许多二氧化碳,但与石油相比,却少 50%,与煤炭相比要少75%,基本不排放有毒气体。因此,天然气是矿物燃料中对环境污染最小的一种。 二是使用方便。既可液化,又可经管道直接输送,能作为任何大中小企业和电站的燃料。 三是经济。开采成本低,兴建天然气电站投资少,维修和防止污染所需设备费用也小。因此,这种石油的孪生兄弟,成为石油强有力的竞争对手,格外受人青睐。 所以,目前人们正在进行天然气利用的深层开发,以使这地下宝物能为人类创造更为美好的色彩斑斓的明天。煤层气分离与液化技术工业化实验成功“让烟囱里开出鲜花”——煤层气分离与液化技术工业化实验成功之路科学时报 2007 作者:王静 郑千里 煤层气:新兴产业之梦8 月 8 日下午去山西之前,同事提醒:不要想在山西看到蓝天白云——我国的这一重要产煤省一年 365 天都是灰蒙蒙的。但傍晚到达山西阳泉时,在灰暗的天空下,记者们听到了一个在其他地方无法听到的美妙构思:“我们想让烟囱里开出鲜花!”说这句话的人是民营企业北京赞成国际投资有限公司董事长刘宁。他是不是在说梦话?他的梦能实现吗?在接下来的采访中,记者发现,刘宁的梦正在一步步变成现实。刘宁介绍,北京赞成国际投资有限公司一直以经营商业地产和开发文化项目为主,近年来获得了丰厚的回报。而公司也希望投资具有社会效益和长远利益的项目,因此从 2004 年起开始关注煤层气(俗称“瓦斯”)的开发和应用,并曾与一家设计院合作,希望采用燃烧的方法脱除含氧煤层气中的氧气,结果不理想,但并未放弃。他说:“当我从网上发现中科院理化技术研究所的低温精馏技术可应用于煤层气的开发利用时,立即联络了理化所的相关人员。很快,我与该所副研究员张武谈到了他的研究小组的低温系统关键技术可作为含氧煤层气低温分离与液化的方案。大家都认为这种技术可以对煤层气进行同步分离和液化。我们几乎是一拍即合。一方出资,一方‘出力’,马上就开始着手实验工作。”他们为何看好含氧煤层气技术的研发?中科院理化技术研究所所长刘新厚介绍,煤层气产业是近 20 多年来在世界上崛起的新兴产业。煤层气是一种以吸附状态为主、生成并储存于煤层及其围岩中的甲烷气体,发热量大于 8100 大卡/立方米;与常规天然气成分大体相同,煤层气主要由 95%以上的甲烷组成,另外 5%的气体一般是二氧化碳或氮气,天然气成分也主要是甲烷,其余的成分变化较大;用途也相同,均是优质能源和化工原料,可以混输混用。它们的不同之处是:煤层气基本不含碳二以上的重烃,产出时不含无机杂质,天然气一般含有大量含碳二以上的重烃,产出时含无机杂质;在地下存在方式不同,煤层气主要是以大分子团的吸附状态存在于煤层中,而天然气主要是以游离气体状态存在于砂岩或灰岩中等。因此,开发利用煤层气不仅可从根本上防止煤矿瓦斯事故的发生、改善煤矿安全生产,还可变害为宝,把煤炭开采过程中产生的煤层气有效利用,在一定程度上改善我国的能源结构,增加洁净的气体能源,弥补我国常规天然气在地域分布和供给量上的不足。有资深专家早就提出,21 世纪是煤层气大发展的时代,煤层气是我国常规天然气最现实、可靠的替代能源。此外,开发利用煤层气可以有效减排温室气体、改善大气环境。据联合国统计,我国每年因采煤向大气排放的甲烷气体达 190 亿立方米,约占我国工业生产甲烷排放量的 1/3,已引起国际社会的普遍关注。开发利用煤层气,对改善环境意义非同小可。梦想成真:低温精馏探路据张武介绍,为了开发利用煤层气,目前国际上的主要在研技术有 4 种:变压吸附法、膜分离法、燃烧脱氧法和低温分离法。研究人员通过若干年的探索发现,采用变压吸附法是让吸附质在较高压力下进行吸附操作,然后降低压力使吸附质脱附,用部分产品气作为脱附冲洗气。吸附过程是在压力下进行的,再生冲洗一般在常压下进行。变压吸附具有能耗低、脱附时间短、操作方便等优点,但其产品回收率比较低,只有 40%~50%,因为吸附层中存在空隙,吸附时空隙中贮存的产品气体在脱附阶段被排放而损失掉,而且还需要用部分产品气做冲洗之用。产品纯度和回收率之间存在矛盾,提高回收率,则纯度又下降。因此对含氧煤层气的分离,采用这种方法不够经济。薄膜分离法有不少优点,不需要发生相态的变化,设备简单,占地面积小,可连续运行。但气体各组分对薄膜的渗透能力不同,其渗透量与组分的渗透系数有关、与渗透膜的面积有关、与膜两侧的气体组分的分压差也有关。在分离中造成了产品气的损失,而且过高的压力会对混合气产生安全隐患,不适合在煤矿采用。燃烧的方法与前两种方法相比,脱氧较为彻底,可以将含氧量降到 下。可缺点是设备比较复杂,在燃烧过程中还会增加原料气中的 O、2S 的含量。煤层气通常含 少,仅 有的完全不含硫化物,可以用分子筛在脱水的同时就把 除。如果采用燃烧法脱氧,脱氧以后,又需要增加一套复杂的脱 化物的醇胺脱酸设备,不仅增加了设备投资、增加了能耗,而且使操作更加不便,也不适合在煤矿采用。低温分离法的原理是先将气体混合物冷凝为液体,然后再按各组分蒸发温度的不同将它们分离,是最适合含氧煤层气分离的方案。首先,这种方案分离的产品纯度最高;其次,这种方案比较安全,分离过程在低压和低温下进行,即使处在甲烷的燃烧爆炸范围内也不容易产生燃烧和爆炸;第三,这种方案最经济,因为要想生产液化天然气(就必须把原料气的温度降到甲烷液化温度,在降温的过程中进行低温分离,可以同时分离和脱除氧、氮,不需为脱除氧、氮增加额外的能耗。而其他方法或者需要增加能耗,或者需要损失一部分原料气,有的还增加了酸性气体的含量,增加了气体净化投资,且只能脱氧,不能同时脱氮。而低温分离法可以同时分离和脱除氧、氮。已经申请国家发明专利的中科院理化技术研究所研究员杨克剑告诉记者,甲烷的临界温度为 就是说,下,并加压到 46.4 才能变成液体。如果在大气压下,因此煤层气的液化只能在低温下实现。煤层气的制冷、液化流程与天然气一样,有复叠式制冷液化循环、混合制冷剂制冷液化循环、带膨胀机的制冷液化循环等。含氧煤层气通常压力很低,只是微正压,在液化分离过程中能生产出部分纯氮,正好可以弥补氮气制冷循环制冷剂的泄漏。鼓励政策:催生新兴产业加速发展当实验室完成实验后,北京赞成国际投资公司和中科院理化技术研究所希望将成果进一步应用于煤矿。它们在全国各地寻求第三方进行合作,以便把实验室技术进行扩大中试。然而,几年前,它们的实验室技术难以得到企业的支持。因为了解这一技术的煤矿很少,且当时国家并未像现在这样强调节能减排。对煤矿企业而言,使用这一技术比直接挖煤出售难得多,还需要培养一批技术人员。最近几年,随着改善环境的呼声提高、中央政府的重视,我国有关部门从不同层面和角度制定了一系列鼓励发展煤层气产业的政策。如《中华人民共和国煤炭法》第 35 条规定,“国家鼓励煤矿企业开发利用煤层气”;财政部、国家税务总局制定了增值税优惠政策,规定中外合作开采陆上煤层气按实物征收5%的增值税,不抵扣进项税额;自营开采陆上煤层气增值税实行先征后返的政策,即按 13%的税率征收,返还 8 个百分点等。2007 年,北京赞成国际投资公司、中科院理化技术研究所终于和山西阳煤集团达成协议,共同开展日处理 4300 立方米煤层气工业装置实验。在三方共同努力下,山西阳泉的双塔实验装置于 2007 年 7 月建成,技术人员分别对各部分单体设备进行了调试。“8 月 4 日上午,进行了第一次联合调试。氮气压缩机启动了,透平膨胀机开始预冷。晚上 8 时许,煤层气实验设备的冷箱及分离塔的温度降到了零下170 摄氏度以下,开始向塔内送入甲烷含量为 35%的含氧煤层气;晚上 10 时,甲烷塔开始积液。装置中的液体甲烷浓度分析显示仪显示的甲烷浓度逐渐升高,当浓度稳定地显示达到 100%时,在场的试验人员欢呼起来……这样一种全新的试验装置,能在第一次联调就调试出合格的液化天然气产品,这是项目组全体人员辛勤劳动的结果,也是地方各级政府大力支持、各协作单位大力配合的结果!”一直守在实验现场的张武十分激动地向记者描述。 这就是 8 月 8 日引起媒体普遍关注的首次在我国实验成功的工业化分离、液化含氧煤层气技术。据悉,合作三方将以最快速度研制更大规模的煤层气装置。可以预见,在不久的将来,科学家的尖端技术与独具慧眼的企业资本结合,将使经济效益、社会效益显著的煤层气开发利用技术在煤矿广泛使用,黑色的煤矿不再释放出污染大气的温室气体,而会遍开地球上最具想象力的花朵。 燃料化工以煤、石油、天然气、油页岩等化石燃料(矿物燃料)为原料的化学加工工业,加工过程(包括热加工、催化加工)中化石燃料发生物理和化学变化,获得的产品主要有两大类:一为油品类,包括汽油、喷气燃料、柴油、燃料油、润滑油等,为交通运输和机械动力部门提供各类液体燃料和润滑剂;一为化学品类,包括乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘、煤气、合成气等各种产品,为基本有机化工、高分子化工、精细化工以及合成氨工业等提供原料,也包括用于冶金工业的大量焦炭。燃料化工主要包括石油炼制工业、石油化工、煤化工、天然气化工、页岩油工业等几个方面。沿革 燃料化工萌芽于 18 世纪,到 19 世纪有了初步基础;20 世纪有了较大的变迁和发展。燃料化工的形成 人类利用煤、天然气和石油等作为热源和其他用途已有较长的历史,但化石燃料的加工形成工业则始于产业革命时期,燃料化学工业的形成和发展包含着能源和化学品生产两个方面。18 世纪蒸汽机的发明,使人类从依靠人力、畜力和以木柴为主要能源,逐步转向以煤为主要能源,燃煤产生蒸汽作为交通运输、机械加工的主要动力,而后又以蒸汽发电,促进了各类工业的发展。至 19 世纪末,世界进入了“煤炭时代” ,随着冶金工业的形成和发展,需要大量的焦炭用于炼铁,在欧洲产生了炼焦工业,随后并从副产煤焦油中制取染料。欧美还先后建立起煤干馏的工厂,生产煤气用于城市和家庭照明,世界有机化学工业原先以木材、粮食、农副产品为基本原料,至 19 世纪末,这些原料大部分为煤的热加工产物所代替,从而形成了以煤的焦化、干馏、气化为主的煤化学工业。19 世纪上半叶,欧洲建立起若干油页岩干馏制取页岩油的工厂,生产照明用煤油和石蜡。在此期间,俄国和美国先后从原油生产照明用煤油,而后将重油用作锅炉燃料,并开始生产润滑油,这成为石油炼制工业的开端(见石油炼制工业发展史) 。燃料化工的变迁 第一次世界大战期间,钢铁工业需要大量焦碳、火炸药工业需要大量的氨、甲苯等作为原料,促使煤的炼焦化学工业的发展。第二次世界大战前,德国开发了煤低温干馏、煤直接液化和煤间接液化等技术(见煤化工发展史) ,建设了自煤制取人造石油的工厂,大战期间年产汽油等轻质油品数百万吨。由于自煤生产液体燃料的技术复杂,投资和成本都较高,在经济上不能与廉价的石油产品相竞争,所以德国战败后,人造石油的生产趋于停顿。在此期间,苏联和美国则大量开采廉价的石油,并采用热裂化和催化裂化等炼油工艺。特别是 40年代,流态化技术用于催化裂化,人们可从原油中提炼出更多的、质量更高的汽油等轻质油品。另一方面,随着石油炼制工业的大规模发展,美国利用裂化工艺副产的气态烯烃制取有机化工产品。例如 20 年代由丙烯合成异丙醇,是第一个石油化学品(见石油化工发展史) 。40 年代,开发了催化重整技术,自石油轻质馏分生产甲苯作为三硝基甲苯炸药的原料,以满足战争的需要。与此同时,美国发展了自天然气生产合成氨等技术,从而建立起天然气为原料的化学工业(见天然气化工发展史) 。第二次世界大战以后,特别是在 50~60 年代期间,世界发达国家进入了“动力革命”阶段,内燃机广泛用于交通运输及国民经济各部门,甚至很多电站锅炉和工业锅炉,也以油代煤作为燃料,石油和油品较煤炭运输方便、可燃性好,单位热值高,越来越多地成为工农业、交通运输业的能源,其消费量增长速度远远超过其他能源,而以中东为代表的亚非拉产油国家的崛起,使世界石油的探明储量和原油产量大幅度提高,从而满足了世界石油消费量的巨大增长。当时,国际石油市场价格很低,甚至比煤便宜,这就更加速了以油代煤的进程,至 1965 年石油在世界能源消费结构中的比例超过了煤而居第一位,世界进入了“石油时代” 。在此期间,石油已不仅是主要能源,而且逐步代替煤成为各类化学工业的重要原料来源,特别是自从以石油中的轻质馏分油(石脑油等)和天然气中的乙烷、丙烷等为原料,采用管式炉裂解工艺,生产出大量的乙烯、丙烯、丁烯以及苯、甲苯、二甲苯等轻质芳烃,使得石油化工不再依附于石油炼制工业而形成了大规模的独立体系。甚至建立了石油化工联合企业,从石油化工和天然气化工所提供的产品,生产大量的有机化学品(见基本有机化工) ,以及合成氨、合成纤维、塑料和合成橡胶等。石油化工和天然气化工的兴起,使煤化工的发展受到很大的影响,只有煤的焦化工业仍然在世界范围占有一定的位置。进入 70 年代,发生了中东战争以后,亚非拉等产油国提高了原先过低的国际石油价格,结束了廉价石油的时代,西方石油炼制和石油化工面临着成本的提高和原油的供应问题,主要发达国家的经济普遍进入“低增长”时期。进入 80 年代,尽管原油价格有了相当幅度的降低,西方石油化工仍停滞不前,开工率仅 56%~65%左右。苏联和中国的石油化学工业则继续增长,一些发展中国家,特别是产油国的石油炼制和石油化工则正在崛起。在煤化工和油页岩加工方面,当前只有南非有自煤间接液化生产液体燃料的工厂,中国和苏联仍存在有页岩油工业(见页岩油工业发展史) 。在国民经济中的地位 燃料化工作为能源和化学品的生产,在世界经济中占有十分重要的地位,甚至对世界政治和军事也有很大的影响。1984 年世界化石燃料作为能源约占整个能源消费的 90%左右,水电、核电等非化石燃料约10%,石油的百分比从 1965 年起超过了煤,至 1978 年达整个能源的 50%,进入 1984 年,降为 仍高于煤(后者为 。世界天然气的比率则逐年有所增长,1984 年约 20%。对于中国来说,煤仍为主要能源,占 70%以上,石油 20%以上。化石燃料总计占 95%以上,水电低于 5%(1985) 。在油品的消费方面,西方主要国家主要是汽油、喷气燃料和柴油等轻质油品,1984 年美国轻质油品约占原油消费的 日本约 58%。作为锅炉燃料的重油,比例不大,美国约 日本 中国燃料油的消费则高达原油产量的三分之一左右。为得到更多的轻质油品,更好地利用石油资源,原油深度加工(见石油炼制过程)已成为全球性炼油技术的发展方向。燃料化工特别是石油化工,还为国民经济各部门提供大量的化工原料。世界化工产品中有85%是有机化工产品,原料绝大部分来自化石燃料,而发达国家的有机化工产品中,以石油、天然气为来源的产品占 90%。按销售额计,以石油和天然气为来源的化工产品约占全部化工产品的 45%以上。乙烯主要来自石油,也有相当一部分来自天然气中的乙烷和丙烷裂解;苯主要来自石油馏分的催化重整和烃类裂解,煤焦化所生产的苯,在苯的总产量中,美国和日本都只占 9%左右;甲苯、二甲苯绝大部分来自石油;此外,世界甲醇产量约有 70%来自天然气,其余来自石油,煤制甲醇只占不到 1%(1981)。应该指出的是,合成氨是以化石燃料为来源的产量很大的重要化工产品,1980 年世界合成氨总产量约 96中以天然气为原料的占 80%,以煤为原料的占 10%,后者的一半生产能力在中国。总之,在当前世界上,化工产品主要来自石油和天然气,煤化工在整个化工生产中所占的地位不大,用于炼焦的比例也不大,煤主要用于发电和工业锅炉。1980 年,中国的煤用于炼焦约 用于制合成氨约 这是煤化工的主要用量。由焦化所得煤焦油中制取的萘、蒽等稠环化合物是有机化工重要原料。当前,世界上从煤焦油中分离出来的化工产品,约有 200 余种,主要用于制防腐剂、塑料助剂、染料、溶剂、香料及橡胶助剂等。发展前景 各国燃料化学工业,尽管其资源储量和开采速度不成比例,石油日益减少,但据世界各种估计,今后半个世纪内,石油及天然气,特别是后者,仍将在世界能源和化工产品的生产构成中占据主要地位,然而在消费结构的比例上可能会相对地逐渐下降。因此,石油炼制将趋向深度加工,以充分利用资源。石油化工也有同样的趋势,其中重质油的催化加工(包括催化裂化和加氢裂化)和重质馏分油的裂解就是具有代表性的例子。天然气的利用,主要仍沿着作为高质量的燃料气方向发展,以天然气为基础的化工产品也会相应地增加。燃料化工的发展实质上是能源工业的重要组成部分。化石燃料的使用虽然会带来自然环境的污染和生态平衡的破坏,但具有长远意义的太阳能和热核聚变能仍非近期可以依靠的能源,因此人们寻找石油和天然气的替代能源时,自然会看到潜在而资源丰富的各种煤炭、油页岩和油砂,从数量上远远超过石油和天然气。冶金工业所用的焦炭,迄今仍依赖于煤炼焦这一有悠久历史的工业,炼焦的方法有多种炉型,其原料也从焦煤扩展到其他煤种从而扩大其来源。随着炼焦工业的发展,炼焦化学品为化学工业提供上百种原料,今后仍将是石油及天然气难于代替的主要领域。把固体燃料,包括所有各种类型的煤、含油率不等的油页岩和油砂,变成液体燃料的可能性取决于社会的经济和政治的因素。关于煤的气化,仍将是煤炭加工的一个主要方面。主要根据资源条件、煤种性质和煤气的主要用途(城市煤气、工业煤气或合成原料气)决定生产方法。天然气与管道液化气转换技术的探讨自八十年代开始,我国能源中液化石油气有了迅速发展。据统计,1980—1990 年液化石油气消费量年均增长 24%,1998 年,全国液化石油气消费量高达 1056.1 万吨,供应总量中国内生产量为 580.5 万吨,国外进口量为 476.6 万吨,液化气供应已形成来源多渠道的市场经济运行模式。相当数量的城市,特别是沿海中、小城市,广泛采用液化气气化或液化气掺混空气作为城市气源,通过管道输送供应各类用户。二十一世纪,我国能源结构将有较大调整, 目标是加快国内石油天然气资源的勘探和开发,积极引进邻国(俄罗斯等独联体国家 )的天然气,适量进口 东南沿海建设进口 预计,2010 年我国天然气产量将达到 500 亿立方米,口量达到 500 万吨。稳定、安全、可靠、清洁的天然气将逐步成为城市燃气的主气源,天然气化将成为城市燃气的发展趋势, 目前采用液化气气化或液化气掺混空气的集中管道供应方式的城市,将逐步转换为使用天然气。本文对天然气与管道液化气两种气源的转换技术作一介绍,提供决策参考。1.液化气集中管道供应方式液化气集中管道供应方式,主要有液化气气化与液化气掺混空气的集中管道供应两种方式。1.1 用途与规模液化气气化集中管道供应方式,主要用于区域性与城镇的小区供气。气化站供气服务半径一般为 2 公里,约 l 万居民用户。在人口密度较高地区,供气户数有较大增加,如香港中央气化站、深圳罗湖气化站供气户数均超过 2 万户,佛山环湖气化站供气户数超过 4 万户。液化气掺混空气集中管道供应方式,主要用于城市中、小规模燃气气源,人工煤气的代用、调峰机动气源,天然气的代用、过渡、调峰或事故应急气源,以及寒冷与液化气气质不宜直接气化的地区的燃气气源。混气站供气规模大小不一,国内大型混气厂, 日产气可达50 万立方米。1.2 混合气中液化气与空气的比例根据混合气用途,液化气与空气的混合比例各不相同,但应达到 3《城镇燃气设计规范》中 2 条文“液化石油气与空气的混合气体中,液化气体积百分含量必须高于其爆炸上限的 1.5 倍”的规定。目前,混合气中液化气与空气两者比例如下:(见表一) 。表 1 混合气中 L.P.G 与 例 混合气中用途L.合气低热值(3)15 85 168代用人工煤气(相当 5R 基准气) 25 75 29.540 60 45246 54 517代用大然气 (相当10T、 12T 基准气)55 45 5621.3 输配方式与压力级制根据供气方式、气质、规模大小与区域不同,液化气集中气化管道供应的输配方式和压力级制,一般采用二级或三级系统;液化气掺混空气集中管道供应方式,一般采用二级系统。燃气输送压力分别为:高压(B)O.4<P≤0.8压 (A)0.2<P≤O.4中压(B)0.005<P≤0 . 2压 P≤0.0051.3.1 二级系统有以下几种。2.1.1 地下储存常见的是储存在多孔结构地下构造层中,也可储存在含盐岩层的岩缝、废弃的矿井(矿山坑道)或其它人工开凿的坑道中,天然气储存方法为加压或降温。2.1.2 低温储存天然气冷冻为液态储存,并建 化装置作储气调峰。2.1.3 储气柜、球罐储存常用高压天然气球罐,或利用人工煤气的储气柜低压储存。2.1.4 高压管道储存利用大规模埋地高压管束、长输与高压输气干管。2.1.5 生产代用天然气用于调峰与事故的应急主要有液化气掺混空气、石脑油制气、化等生产方式。2.2 天然气输配系统天然气长输管道采用超高压。城市天然气输配系统一般选挥高压(A)0.8<P≤1 .6高压(B)0.4<P≤0.8压 (A)0.2<P≤O.4中压(B)0.P≤0 .2低压P<0.005级压力级制。转贴于 中国论文下载中心 。燃具额定压力为 2000.天然气与管道液化气的转换综上所述,天然气与管道液化气的转换是一个系统工程,需综合考虑输配、储存、用气等各个方面,选择具有超前性、可操作性、先进性的优化方案。转换中应研究下列几点。3.1 燃气可否互换在选择方案中,应首先研究与分析,己使用的燃气与天然气可否互换。通常,判断燃气的互换性,采用燃烧特性中华白数(热负荷指数)W 表示。两种燃气互换时,W 的变化应不大于±5—10%。当两者燃烧特性相差较大时,并应考虑火焰特性,如离焰、回火、黄焰和不完全燃烧等,计算燃气的燃烧势 确定不同 W 和 燃气,在燃具上的互换范围和可否互换,各类燃气的燃烧特性指数(W 和 有一定控制的波动范围。同时,可决策原有供气系统能否保留或改造。对于使用液化气气化管道集中供应方式的,因液化气与天然气的 W、相差很大(见表2),两者不能互换,原有的气源必须废除,燃具需更换。而使用液化气掺混空气管道集中供应方式的,如供气技术参数与天然气特性相近或作适当调整配比,W、规定购控制波动范围内的(见表 2),两种燃气可以接轨,燃具可以适应。表 2 举例的燃气特性液化气掺混主气混合气液化气气化 45%50%55%天然气 87.35 7.56 5.00 13.75 12.50 11.25 2.06 17.63 4.43 i—5.00 19.25 6.75 .37 3.97 3.57 4.22 0.50 11.55 35.10 39.50 43.51 气=1) 1.88 .44 1.39 0.63高 120.61 66.33 60.30 0,28热值(MJ/低 111.83 61.50 55.90 50.32 J/87.96 54.50 50.25 45.93 50.86燃烧势(42—49(标) 33—41(际) 31—34(标)爆炸极限(L 上/ 8.87/1.76 16.29/3.46 17.23/天然气转换前,需逐户核对燃具品牌、型号,制订更换方案的具体方法。3.2 输配系统的改造在编制、实施天然气供气规划时,必须分析原有的输配系统,是否适用或需改造。对液化气气化站、中、小型混气站,不宜保留,原有输配管网可作为天然气庭院、街坊管道,对口径偏小的需作改造。对大型混气站,包括联网的输配管网,应充分利用,旧管道(特别是铸铁机械、承插式接口管道)可采用内穿 、U 型 与钢管清通等改造工艺,以提高输气管网的运行压力,减少投资。原有调压、阀门与输配附届设施,应根据天然气的设计与运行要求,进行更换与改造。原有用气管道或者丝扣镀锌钢管,应检查丝扣的密封材料。对于不适用天然气干气的,需采取防止泄露的技术措施。天然气的用户置换与原有输配系统的改造,需要切、调、同步、有机的结合,对于有多个气化或混气站的城市,并非简单的小区联网,即可实施天然气化。因此,实施天然气转换前,应将供气范围划成若干个改造区域,分块、分步的转换,确保供气的安全与不间断,并制订相应的应急措施。民用天大然气计量一般采用 式燃气表,对原使用中表容量偏大或羊皮膜的燃气表,应列入计划更换。对营事团、工业用户也应如此。3.3 储存与调峰采用液化气管道集令供气方式,其燃气储存与调峰,主要是调节 化器开启台数与输气压力,不设储存设施。当转换为天然气时,除需上游配套的天然气季节调峰设施外,月、周、日、时的调峰,需由燃气销售系统考虑。根据供气规模,一般可采用高压管道、管束、球罐储气或保留混气站生产代用天然气,选择各个方案需要进行综合经济分析与比较,并符合设计与运行要求。3.4 制订合理的天然气销售价格各地液化气气化或混气的成本和销售价格相差较大,在实施天然气转换中,应根据能源互补性、可替代性与品位的差异,制订各类能源之间的价格导向与合理比价。并利用经济杠杆,考虑企业效益、用户的承受能力和投资利润、利税率等,确定天然气的销售价格。如原有燃气销售价格较低、调整幅度较大,难以一次到位对,至少应达到微利保本。4.结语天然气与管道液化气(气化或混气 )转换是一个较为复杂的系统工程,需要编制天然气长远、近期发展规划,分期、分阶段实施。对天然气市场开拓与需求、原有燃气生产和输配设施的利用与改造等各个方案进行优化,制订相应的对策,妥善解决转换中各类技术难点。以达到充分利用、投资节省、运行安全、使用合理的要求,取得祉会、经济和环境效益。转贴于 中国论文下载中心 “煤变油”制造世界神话★入选理由:内蒙古鄂尔多斯市成为诞生“煤变油”奇迹的地方。由内蒙古伊泰集团投资 21 个亿的煤制油项目将于 2008 年上半年落成投产,意味着我国首家拥有完全自主知识产权的间接煤制油项目正式在内蒙古高原诞生。内蒙古神华集团的“神华矿区建设煤炭直接液化示范厂”项目,是世界首次进行大规模的煤直接液化项目,这是我国首个也是世界首个商业化的煤炭直接液化石油项目。数据出处:中国煤炭工业网 2004 年 8 月 4 日《煤炭液化——未来我国能源发展战略》;2006 年11 月 13 日,《证券市场周刊》、《伊泰 B 煤变油产业化第一样本》;新华网内蒙古频道2005 年 1 月 30 日《内蒙古加快四大产业发展打造国家级能源基地》。★“煤变油”发展史内蒙古高原诞生中国能源的神话2006 年 5 月 11 日,对于中国煤化工行业来说是不平凡的一天,这一天上午 10 时,国内首家拥有完全自主知识产权的间接煤制油项目——内蒙古伊泰煤制油产业装置在控股中科合成油技术公司的内蒙古鄂尔多斯伊泰集团奠基开工,这标志着我国完全利用自有核心技术实现煤制油产业的开始,将对煤基合成油产业化产生重要示范和推动作用,并成为国家能源安全战略实施的重要组成部分。内蒙古伊泰煤制油厂是国家“863”项目和中国科学院创新工程重大项目的产业化装置,其核心技术已于 2004 年 10 月通过中国科学院的技术鉴定,2005 年 9 月通过国家科技部“863”项目的验收,具有完全自主知识产权。浆态床反应器、费一托合成催化剂,油品精制和系统集成全部由我国科学家自主研制而成,目前已获得国家自主研制而成,目前已获得国家发明专利 40 余项,涵盖了先进煤间接液化的所有核心技术。据记者了解,早在 2000 年初,伊泰集团便开始谋划用煤炭作原料去制取汽油、柴油、液化石油气。2006 年 2 月,伊泰出资注册了中科合成油技术有限公司,实现了支持技术保障,标志着煤转油工程进入了全面实施阶段,成为目前国内拥有真正意义上的间接煤转油自主知识产权技术的企业。中国煤炭协会副会长王广德说:“‘煤变油’这一项目是中国煤化行业产业化进程中的里程碑。”★“煤变油”意义“煤变油”将改写能源的战略格局随着能源叫紧,“能源危机”再次让人们感受到了能源替代产业发展的紧迫性。国务院发展研究中心研究员冯飞在接受记者采访时表示:“中国具备汽车消费能力的人口在日益增加,由此拉动的石油消费将大幅度增长,而目前国际石油价格的剧烈攀升使“煤转油”成为中国解决石油安全问题及平抑成品油价格的战略选择”。据介绍,“煤变油”在科学上称为煤炭的液化,是以煤炭为原料制取汽油、柴油、液化石油气的技术。该项目拉开了我国新型能源崛起的序幕,而这种新技术的发展,必然也拉动煤炭资源以及与之配套的铁路、电站、港口、航运的发展,将会引发更多的商业机会。伊泰集团董事长张双旺对记者说到,“伊泰建设煤制油工厂,主要是从国家战略及地区产业提升高度,而不单只是从经济角度考虑煤转化问题,因为今后三十年,国际石油来源趋紧,石油价格前景堪忧是上升趋势。煤变油项目,将改写能源战略格局”。★“煤变油”的前景“煤变油”在争议中发展一直以来,关于“煤变油”的问题各界都存在争议。6 月 9 日,《成都日报》发表文章说,国务院在 6 月 7 日召开了关于可再生能源的会议,中国将停止在建的煤化工项目,特别是煤变油项目。文章认为,煤作为化工能源,本身是不可再生的,其制油的工艺是一种全生命的能量消耗,以更多的资源换取更少的资源,这种不计成本的发展很不划算,也是不可持续的。6 月 9 日,在中国生物燃料乙醇产业化发展战略研讨会上,有媒体获悉,国家高层曾召开关于可再生能源会议,拟停建在建的煤化工项目和粮食乙醇燃料项目。会上,有官员表示,煤制油项目首先耗资巨大,其次成本很高,尤其很耗水,而鄂尔多斯本身就很缺水。煤作为化工能源,本身是不可再生的,其制油的工艺是一种全生命的能量消耗,以更多的能源换取更少的能源,这种不计成本的发展很不划算,不适合大规模的商业化,也是不可持续发展。该官员还认为,从技术上说,目前还尚有很多没有攻克的难点,以神华的煤制油项目为例,耗资 100 多个亿,但其生命周期却遥遥无期。中石油山西谋划国内首个煤层气田 拓新能源版图进军新能源领域,中石油已经不是第一次了。这家中国最大的石油公司也正在通过“把鸡蛋放在不同篮子”的方式实践其多元化能源战略,改变石油天然气单一
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