一、前言
人們所說的非常規天然氣，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，從環境 保護和發展替代能源的戰略考慮，我國從80年代起 開始積極推動清潔能源汽車的墳術研究和產業發展，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入試用、推廣及規模應用等階段。
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。但由于CNG是氣態，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，運行距離不超過200公里，導致CNG汽車加氣需求頻繁，對城市加氣站的
建設數量要求較多，限制了CNG汽車的進一步發展。近幾年，隨著液化天然氣技術的發展，從海外進口LNG和國內LNG工廠的建設，使得LNG產品得到有效供應。
LNG與CNG相比有以下幾點優勢：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的汽車在運距上高3倍多；②LNG為低溫低壓，不像CNG處于高壓狀態，危險性相對較小；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保要求的必然選擇，并且目前已經取得了長足的發展，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模。另外，LNG汽車技術的發展對中長距離的客運、貨運汽車及船只使用天然氣作為燃料成為可能，由此可創造出一個巨大的LNG應用市場。
二、天然氣加注站的類型
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氣或城市中壓管道燃氣作為氣源，按照CNG產品標準要求進行脫硫、脫水后，通過CNG壓縮機壓縮至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、偏遠城鎮管網、工業用戶等處作為天然氣氣源，常規CNG瓶組一次有效配送量為4000Nm3左右
2．CNG標準站
該類加氣站一般使用城市中壓管道氣作為氣源，工藝及設備配置基本與CNG母站相同，只是處理規模相對較小，是通過CNG加氣機向天然氣汽車直接進行加氣。
3．CNG子站
該類加氣站一般建于沒有管道燃氣的邊遠城鎮，使用CNG瓶組車配送的CNG作為氣源，CNG瓶組車到達子站后，通過卸氣柱、CNG壓縮機和CNG加氣機向CNG汽車進行加注。
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加氣機向CNG汽車進行加注。
5．LNG加注站
該類加氣站使用LNG作為氣源，由低溫泵適當增壓，通過LNG加注機直接向LNG汽車進行加注。
在中國各大城市及周邊地區，CNG母站、CNG標準站和CNG子站已普遍使用，據不完全統計，已建站和規劃新建站數量合計超過10000座，但是由于氣源供應不足和站內設備調峰能力有限，CNG標準站普遍存在的問題是在高峰期時缺少充足的氣源為汽車加氣，而導致來加氣的汽車長時間排隊，影響了城市交通和營運車輛的經濟效益，為此不少城市限制了非公交車輛油改氣的數量，進而限制了清潔能源汽車的使用范圍。
三、關于建設CNG、LNG、調峰混合站的方案介紹
在對天然氣加氣站運行特點和國內外LNG技術的調研后，我們提出了利用設備共享和設備撬裝，建設CNG、LNG、調峰混合站的方案，即在同一站內，利用CNG現有生產模式，通過增加部分LNG設施，實現CNG和LNG的聯產，可同時對CNG汽車和LNG汽車進行充裝，并且由于LNG便于儲存，在加氣站加氣低峰期時，將天然氣進行液化存儲，不僅可以作為高峰期運行時的調峰氣源，還可以作為優質氣源向工業用戶、偏遠城鎮的燃氣管網、加氣子站等進行配送，從而擴大了天然氣最為清潔燃料的使用范圍。另外，由于該系統的模塊化、撬裝化設計，使得該系統機動性很強，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，具有較高的節能減排經濟效益和社會效益。
CNG、LNG、調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、沼氣等其它氣源領域。
一般情況下，管道燃氣通過CNG預處理、CNG壓縮機、CNG加氣機等主要工藝設備直接向CNG汽車進行加氣。當管道燃氣使用有富裕時，如CNG低峰運行期間，或者是根據市場需求，需要進行LNG生產時，可將部分管道燃氣引進LNG預處理裝置，達到LNG生產氣質要求時，利用空閑的CNG壓縮機進行增壓，通過LNG預冷撬和LNG液化撬將天然氣進行液化，并儲存在LNG儲罐撬內，根據需要，可通過L—CNG撬將LNG轉化為CNG后，由CNG加氣機進行加注，也可以通過LNG加注機直接向LNG汽車或LNG槽車進行加注，LNG槽車可將LNG配送到需要的地方。
2．主要工藝設備簡介
(1)CNG預處理設備
CNG預處理設備包括脫硫設備和脫水設備，預處理深度達到硫化氫含量低于每標方15mg、常壓水露點低于一550C，該類設備為目前CNG加氣站的標準配置。
(2)LNG預處理設備
由于LNG為深冷液化，對氣質中的含硫量、含碳量和含水量的要求比CNG要嚴格，故新設LNG預處理裝置，預處理深度達到含硫量低于5ppm、二氧化碳含量低于50ppm、常壓水露點低于一1000C。目前此類脫硫脫碳的工藝主要為醇胺法，不容易實現整體撬裝，但隨著技術和工藝的發展，實現整體撬裝還是有可能的。
(3)CNG壓縮機
CNG壓縮機為成熟產品，一般加氣站根據加氣規模配置多臺，出口壓力設計為25MPa，本方案利用空閑時的CNG壓縮機對經過LNG預處理后的天然氣進行增壓，經穩壓至20MPa后進入LNG預冷撬。
(4)LNG預冷撬
本方案液化部分工藝原理為將高壓天然氣經過膨脹制冷進行液化，為補充冷量，新設LNG預冷撬，通過冷量回收和制冷機將天然氣溫度降至一700C。
(5)LNG液化撬
LNG液化撬將20MPa、一70~C的天然氣經過膨脹制冷，使得天然氣在0．4MPa、一145~C的條件下進行液化。該撬內使用的膨脹制冷部件為俄羅斯的專利技術一引射器，在進行節流膨脹的同時，可將未液化的部分低壓氣白吸回引射器進行膨脹，制冷效率較高，單個LNG液化撬的設計生產規模一般為1～10×104Nm3
(6)LNG儲罐撬
從LNG液化撬中產生的LNG送入LNG儲罐撬，根據上游供給量、下游消耗量以及場地大小等實際情況可靈活選擇LNG儲罐撬的規格。
(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加氣機對車輛進行加氣。
(8)自動控制系統
本方案需要配置高性能的自動控制系統，主要實現生產過程中各工藝設備參數的精確監控、出于安全考慮的連鎖保護以及生產切換和啟停的連鎖控制等功能，如果條件具備，還可將生產自動化與管理信息化結合起來，實現銷售管理、遠程診斷、物流管理、成本管理、績效管理等功能。
3．該方案的特點
①在同一站內可實現CNG和LNG的生產和加注，提高了氣源的利用率和產品的覆蓋范圍，解決了調峰問題，并且可根據上游供應和下游消費市場的變化靈活調整CNG和LNG的產量；
②工藝流程簡單，操作維護方便，并且該工藝及配備設備方便用戶根據實際情況靈活選擇啟動與停止LNG的生產過程，LNG冷態啟動時間為20分鐘左右；
③大部分工藝設備和輔助工程可在CNG和LNG生產中共用，提高了設備及工程的使用效率及減少了一次性投資；
④所有設備均為成熟產品，有應用業績，并且絕大部分可實現車載撬裝化，對設備的占地、安裝、調試和搬遷極為有利；
⑤LNG運行成本較低，能耗不高于單方0．5度電；
⑥L-CNG撬根據需要還可進行冷量綜合利用，提高能源利用效率。
四、CNG站、LNG站、調峰站及三站合一對比分析
表l為CNG站、LNG站、調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，價格為估算值。
表1 GNG站、LNG站、調峰站及三站合一對比
|
對比項目 |
CNG站 |
LNG站 |
調峰站 |
混合站 |
|
一、設備投資 |
350萬 |
2800萬 |
400萬 |
3000萬 |
|
凈化裝置 |
脫硫脫水 |
脫硫脫水脫碳 |
無 |
脫硫脫水脫碳 |
|
壓縮機 |
1臺 |
1臺或2臺 |
無 |
l臺或2臺 |
|
儲氣井 |
6—12M0 |
無 |
無 |
6—12Ms |
|
加氣機 |
2臺CNG |
無 |
無 |
2臺CNG |
|
LNG液化裝置 |
無 |
l套 |
無 |
1套 |
|
LNG儲罐 |
無 |
300方 |
300方 |
300方 |
|
LNG加注裝置 |
無 |
2臺LNG |
無 |
2臺LNG |
|
汽化器 |
無 |
無 |
1套 |
1套 |
|
二、輔助工程 |
200萬 |
800萬 |
150萬 |
850萬 |
|
供配電 |
1套 |
1套 |
1套 |
l套 |
|
自動化 |
l套 |
1套 |
1套 |
1套 |
|
循環水 |
1套 |
1套 |
1套 |
l套 |
|
儀表風 |
1套 |
l套 |
1套 |
1套 |
|
消防系統 |
1套 |
1套 |
l套 |
1套 |
|
辦公設施 |
1套 |
1套 |
l套 |
1套 |
|
三、占地面積 |
10畝 |
30畝 |
b田 |
32畝 |
|
四、生產管理人員 |
20人 |
30人 |
lO人 |
35人 |
五、結語
該方案采用成熟的工藝和設備，流程簡單，系統可靠性和安全性較高，可在一個工廠、使用一套裝置、由一套隊伍同時實現CNG、LNG、調峰等三種作業功能，為燃氣經營企業提供了一個市場范圍更廣、調節能力更強的系統解決方案，并且該方案對油氣田放空天然氣、煤層氣和沼氣等的有效回收提供了技術和裝備支持，實現了天然氣氣源的多元化，在符合國家節能減排宏觀政策的同時，還可為業主帶來豐厚的經濟效益。
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