CNG、LNG、調(diào)峰三站合一系統(tǒng)解決方案

    一、前言

     人們所說的非常規(guī)天然氣，一般指頁巖眾所周知，  燃油汽車尾氣已成為城市大氣的主要污染源，從環(huán)境 保護(hù)和發(fā)展替代能源的戰(zhàn)略考慮，我國從80年代起 開始積極推動清潔能源汽車的墳術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，目前取得了豐碩的成果，天然氣汽車、電動汽車、燃料電池汽車等都已進(jìn)入試用、推廣及規(guī)模應(yīng)用等階段。   

    就天然氣汽車而言，目前壓縮天然氣(cNG)汽車已在全國廣泛使用，不少城市在政府的政策支持下，公交車和出租車已全部改用CNG作為燃料，為降低城市大氣污染做出了重大貢獻(xiàn)。但由于CNG是氣態(tài)，在有限的車載容器中存儲量有限，以出租車為例，一般每臺車一次加氣量不超過12m3，運(yùn)行距離不超過200公里，導(dǎo)致CNG汽車加氣需求頻繁，對城市加氣站的

建設(shè)數(shù)量要求較多，限制了CNG汽車的進(jìn)一步發(fā)展。近幾年，隨著液化天然氣技術(shù)的發(fā)展，從海外進(jìn)口LNG和國內(nèi)LNG工廠的建設(shè)，使得LNG產(chǎn)品得到有效供應(yīng)。

    LNG與CNG相比有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：①LNG比CNG的壓縮比高3倍多，即同樣容積的容器中，使用LNG的汽車比使用CNG的汽車在運(yùn)距上高3倍多；②LNG為低溫低壓，不像CNG處于高壓狀態(tài)，危險(xiǎn)性相對較小；③LNG比CNG更加純凈。

    所以研究LNG汽車也成為滿足市場需求和環(huán)保要求的必然選擇，并且目前已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，在貴陽、烏魯木齊和北京，使用LNG作為燃料的公交車已形成一定規(guī)模。另外，LNG汽車技術(shù)的發(fā)展對中長距離的客運(yùn)、貨運(yùn)汽車及船只使用天然氣作為燃料成為可能，由此可創(chuàng)造出一個(gè)巨大的LNG應(yīng)用市場。

無論是CNG汽車還是LNG汽車都需要天然氣加注站，目前使用的主要有以下形式：

    1．CNG母站

該類加氣站使用長輸高壓管道燃?xì)饣虺鞘兄袎汗艿廊細(xì)庾鳛闅庠矗�按照CNG產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行脫硫、脫水后，通過CNG壓縮機(jī)壓縮至25Mpa，并通過CNG加氣柱向CNG瓶組拖車充氣，并由CNG瓶組拖車配送到CNG子站、偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn)管網(wǎng)、工業(yè)用戶等處作為天然氣氣源，常規(guī)CNG瓶組一次有效配送量為4000Nm³左右  

    該類加氣站一般使用城市中壓管道氣作為氣源，工藝及設(shè)備配置基本與CNG母站相同，只是處理規(guī)模相對較小，是通過CNG加氣機(jī)向天然氣汽車直接進(jìn)行加氣。

    3．CNG子站

    該類加氣站一般建于沒有管道燃?xì)獾倪呥h(yuǎn)城鎮(zhèn)，使用CNG瓶組車配送的CNG作為氣源，CNG瓶組車到達(dá)子站后，通過卸氣柱、CNG壓縮機(jī)和CNG加氣機(jī)向CNG汽車進(jìn)行加注。

    4．L—CNG力口氣站

    該類加氣站使用LNG作為氣源，通過低溫高壓泵將LNG增壓至20Mpa，通過汽化器氣化后，由CNG加氣機(jī)向CNG汽車進(jìn)行加注。

    5．LNG加注站

    該類加氣站使用LNG作為氣源，由低溫泵適當(dāng)增壓，通過LNG加注機(jī)直接向LNG汽車進(jìn)行加注。

    在中國各大城市及周邊地區(qū)，CNG母站、CNG標(biāo)準(zhǔn)站和CNG子站已普遍使用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已建站和規(guī)劃新建站數(shù)量合計(jì)超過10000座，但是由于氣源供應(yīng)不足和站內(nèi)設(shè)備調(diào)峰能力有限，CNG標(biāo)準(zhǔn)站普遍存在的問題是在高峰期時(shí)缺少充足的氣源為汽車加氣，而導(dǎo)致來加氣的汽車長時(shí)間排隊(duì)，影響了城市交通和營運(yùn)車輛的經(jīng)濟(jì)效益，為此不少城市限制了非公交車輛油改氣的數(shù)量，進(jìn)而限制了清潔能源汽車的使用范圍。

  三、關(guān)于建設(shè)CNG、LNG、調(diào)峰混合站的方案介紹

    在對天然氣加氣站運(yùn)行特點(diǎn)和國內(nèi)外LNG技術(shù)的調(diào)研后，我們提出了利用設(shè)備共享和設(shè)備撬裝，建設(shè)CNG、LNG、調(diào)峰混合站的方案，即在同一站內(nèi)，利用CNG現(xiàn)有生產(chǎn)模式，通過增加部分LNG設(shè)施，實(shí)現(xiàn)CNG和LNG的聯(lián)產(chǎn)，可同時(shí)對CNG汽車和LNG汽車進(jìn)行充裝，并且由于LNG便于儲存，在加氣站加氣低峰期時(shí)，將天然氣進(jìn)行液化存儲，不僅可以作為高峰期運(yùn)行時(shí)的調(diào)峰氣源，還可以作為優(yōu)質(zhì)氣源向工業(yè)用戶、偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn)的燃?xì)夤芫W(wǎng)、加氣子站等進(jìn)行配送，從而擴(kuò)大了天然氣最為清潔燃料的使用范圍。另外，由于該系統(tǒng)的模塊化、撬裝化設(shè)計(jì)，使得該系統(tǒng)機(jī)動性很強(qiáng)，非常適用于油氣田放空天然氣回收j煤層氣放空回收、沼氣回收等其它氣源市場，具有較高的節(jié)能減排經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

    CNG、LNG、調(diào)峰混合站的工藝原理框圖如圖l：

    1．工作原理說明

    下面論述以氣源為城市管道天然氣為例，可推廣至油氣田放空天然氣、煤層氣、沼氣等其它氣源領(lǐng)域。

    一般情況下，管道燃?xì)馔ㄟ^CNG預(yù)處理、CNG壓縮機(jī)、CNG加氣機(jī)等主要工藝設(shè)備直接向CNG汽車進(jìn)行加氣。當(dāng)管道燃?xì)馐褂糜懈辉�時(shí)，如CNG低峰運(yùn)行期間，或者是根據(jù)市場需求，需要進(jìn)行LNG生產(chǎn)時(shí)，可將部分管道燃?xì)庖�進(jìn)LNG預(yù)處理裝置，達(dá)到LNG生產(chǎn)氣質(zhì)要求時(shí)，利用空閑的CNG壓縮機(jī)進(jìn)行增壓，通過LNG預(yù)冷撬和LNG液化撬將天然氣進(jìn)行液化，并儲存在LNG儲罐撬內(nèi)，根據(jù)需要，可通過L—CNG撬將LNG轉(zhuǎn)化為CNG后，由CNG加氣機(jī)進(jìn)行加注，也可以通過LNG加注機(jī)直接向LNG汽車或LNG槽車進(jìn)行加注，LNG槽車可將LNG配送到需要的地方。

    2．主要工藝設(shè)備簡介

    (1)CNG預(yù)處理設(shè)備

    CNG預(yù)處理設(shè)備包括脫硫設(shè)備和脫水設(shè)備，預(yù)處理深度達(dá)到硫化氫含量低于每標(biāo)方15mg、常壓水露點(diǎn)低于一55⁰C，該類設(shè)備為目前CNG加氣站的標(biāo)準(zhǔn)配置。

  (2)LNG預(yù)處理設(shè)備

  由于LNG為深冷液化，對氣質(zhì)中的含硫量、含碳量和含水量的要求比CNG要嚴(yán)格，故新設(shè)LNG預(yù)處理裝置，預(yù)處理深度達(dá)到含硫量低于5ppm、二氧化碳含量低于50ppm、常壓水露點(diǎn)低于一1000C。目前此類脫硫脫碳的工藝主要為醇胺法，不容易實(shí)現(xiàn)整體撬裝，但隨著技術(shù)和工藝的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)整體撬裝還是有可能的。

    (3)CNG壓縮機(jī)

    CNG壓縮機(jī)為成熟產(chǎn)品，一般加氣站根據(jù)加氣規(guī)模配置多臺，出口壓力設(shè)計(jì)為25MPa，本方案利用空閑時(shí)的CNG壓縮機(jī)對經(jīng)過LNG預(yù)處理后的天然氣進(jìn)行增壓，經(jīng)穩(wěn)壓至20MPa后進(jìn)入LNG預(yù)冷撬。

    (4)LNG預(yù)冷撬

    本方案液化部分工藝原理為將高壓天然氣經(jīng)過膨脹制冷進(jìn)行液化，為補(bǔ)充冷量，新設(shè)LNG預(yù)冷撬，通過冷量回收和制冷機(jī)將天然氣溫度降至一70⁰C。

    (5)LNG液化撬

    LNG液化撬將20MPa、一70~C的天然氣經(jīng)過膨脹制冷，使得天然氣在0．4MPa、一145~C的條件下進(jìn)行液化。該撬內(nèi)使用的膨脹制冷部件為俄羅斯的專利技術(shù)一引射器，在進(jìn)行節(jié)流膨脹的同時(shí)，可將未液化的部分低壓氣白吸回引射器進(jìn)行膨脹，制冷效率較高，單個(gè)LNG液化撬的設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模一般為1～10×104Nm³

    (6)LNG儲罐撬

  從LNG液化撬中產(chǎn)生的LNG送入LNG儲罐撬，根據(jù)上游供給量、下游消耗量以及場地大小等實(shí)際情況可靈活選擇LNG儲罐撬的規(guī)格。

    (7)L-CNG撬

    L-CNG撬由低溫高壓泵和汽化器組成，可將LNG增壓氣化成CNG，并通過CNG加氣機(jī)對車輛進(jìn)行加氣。

  (8)自動控制系統(tǒng)

  本方案需要配置高性能的自動控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中各工藝設(shè)備參數(shù)的精確監(jiān)控、出于安全考慮的連鎖保護(hù)以及生產(chǎn)切換和啟停的連鎖控制等功能，如果條件具備，還可將生產(chǎn)自動化與管理信息化結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)銷售管理、遠(yuǎn)程診斷、物流管理、成本管理、績效管理等功能。

  3．該方案的特點(diǎn)

  ①在同一站內(nèi)可實(shí)現(xiàn)CNG和LNG的生產(chǎn)和加注，提高了氣源的利用率和產(chǎn)品的覆蓋范圍，解決了調(diào)峰問題，并且可根據(jù)上游供應(yīng)和下游消費(fèi)市場的變化靈活調(diào)整CNG和LNG的產(chǎn)量；

②工藝流程簡單，操作維護(hù)方便，并且該工藝及配備設(shè)備方便用戶根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇啟動與停止LNG的生產(chǎn)過程，LNG冷態(tài)啟動時(shí)間為20分鐘左右；

    ③大部分工藝設(shè)備和輔助工程可在CNG和LNG生產(chǎn)中共用，提高了設(shè)備及工程的使用效率及減少了一次性投資；

    ④所有設(shè)備均為成熟產(chǎn)品，有應(yīng)用業(yè)績，并且絕大部分可實(shí)現(xiàn)車載撬裝化，對設(shè)備的占地、安裝、調(diào)試和搬遷極為有利；

    ⑤LNG運(yùn)行成本較低，能耗不高于單方0．5度電；

    ⑥L-CNG撬根據(jù)需要還可進(jìn)行冷量綜合利用，提高能源利用效率。

  四、CNG站、LNG站、調(diào)峰站及三站合一對比分析

    表l為CNG站、LNG站、調(diào)峰站及三站合一對比分析，對比以日處理5萬方城市管道天然氣為例，價(jià)格為估算值。

表1  GNG站、LNG站、調(diào)峰站及三站合一對比

 

五、結(jié)語