上海太平洋能源中心
2003年3月

参加项目人员名单

徐吉浣 教授 博士生导师 上海太平洋能源中心主任
仇中柱 博士后
许 鹰 硕士
俞东伟 硕士生
胡竹萍 硕士生

目 录

1 项目背景 6
1.1 世界正步入天然气能源时代 6
1.2 中国能源消费结构和天然气需求预测 7
1.3 液化天然气（LNG）简介 8
1.3.1 液化天然气链 8
1.3.2 天然气田开发 9
1.3.3 天然气液化 9
1.3.4 LNG船 9
1.3.5 液化天然气接收终端 10
2 世界LNG现状与前景 11
2.1 世界LNG贸易 11
2.2 LNG资源 12
2.3 LNG市场前景 15
2.4 中国广东LNG项目简介 17
3 LNG冷能利用项目投资的必要性 19
3.1 LNG冷能利用国内外现状 19
3.1.1 LNG冷能利用形式 19
3.1.2 国外LNG冷能利用概况 19
3.1.3 国内LNG冷能利用概况 21
3.2 该项目的发展前景 21
3.2.1 国内情况 21
3.2.2 世界情况 22
3.3 该项目的技术含量 22
3.4 投资的必要性 23
4 LNG冷能利用的理论与实践 24
4.1 利用液化天然气冷能发电 24
4.1.1 冷能发电的方法与原理 25
4.1.2 LNG冷能发电基本流程 26
4.1.3 冷能发电设备的运行管理 27
4.2 空气分离 28
4.3 制取液化二氧化碳或干冰 30
4.3.1 二氧化碳的来源 30
4.3.2 常规液化二氧化碳或干冰的生产工艺 31
4.3.3 利用LNG冷能的液化CO2或干冰生产工艺 34
4.4 冷藏库 35
4.4.1 冷藏库的分类 35
4.4.2 常规冷藏库的制冷系统 37
4.4.3 利用LNG冷能的冷藏库系统原理图 39
5 桐乡市LNG冷能利用的可行性分析 41
5.1 桐乡市概况 41
5.1.1 地理与人口 41
5.1.2 桐乡农业 41
5.1.3 桐乡工业 43
5.1.4 桐乡能源 44
5.2 桐乡市LNG冷能规模、利用方式的确定 45
5.3 LNG冷能利用方式初步设计 46
5.3.1 空气分离设备初步设计 46
5.3.2 冷藏库初步设计 48
6 结论与建议 55
参考文献 56

1 项目背景
1.1 世界正步入天然气能源时代
在公元前6000年到公元前2000年间，伊朗首先发现了从地表渗出的天然气。许多早期的作家都曾描述过中东有原油从地表渗出的现象，特别是在今日阿塞拜疆的巴库地区。渗出的天然气刚开始可能用作照明，崇拜火的古代波斯人因而有了"永不熄灭的火炬"。中国利用天然气是在约公元前900年。中国在公元前211年钻了第一个天然气气井，据有关资料记载深度为150米（500英尺）。在今日重庆的西部，人们通过用竹竿不断的撞击来找到天然气。天然气用作燃料来干燥岩盐。后来钻井深度达到1000米，至1900年已有超过1100口钻井。
直到1659年在英国发现了天然气，欧洲人才对它有所了解，然而它并没有得到广泛应用。从1790年开始，煤气成为欧洲街道和房屋照明的主要燃料。在北美，石油产品的第一次商业应用是1821年纽约弗洛德尼亚地区对天然气的应用。他们通过一根小口径导管将天然气输送至用户，用于照明和烹调。
天然气无色、无味、无毒且无腐蚀性，主要成分为甲烷，也包括一定量的乙烷、丙烷和重质碳氢化合物。还有少量的氮气、氧气、二氧化碳和硫化物。另外，在天然气管线中还发现有水分。
甲烷的分子结构是由一个碳原子和四个氢原子组成，燃烧产物主要是二氧化碳和水。
CH4＋2O2 → CO2＋2H2O
与其它化石燃料相比，天然气燃烧时仅排放少量的二氧化碳粉尘和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物，因此，天然气是一种清洁的能源。
天然气作为一种清洁能源越来越受到世界各国的重视。1996年，天然气在世界能源利用中的比重达到23.6％，近几年逐渐增加，世界天然气能源时代正在向我们走来。我国能源结构规划中将逐步提高天然气的比例，现已制定了以西气东输、俄气南供、进口液化天然气（LNG）、海洋气登陆、煤气层开发为主要内容的天然气长期规划。经国务院批准，千亿元级的宏大工程—西气东输工程已正式开始启动。这是我们跨入新千年后的第一个重大工程，被誉为西部大开发的标志性工程。
1.2 中国能源消费结构和天然气需求预测
据英国BP《1999年世界能源统计年鉴》显示，1998年，中国能源消费结构：天然气消费占2%，煤炭消费占73%，油品消费占23%，其它占2%。1988~1998年间，中国的天然气产需基本平衡。2010年，中国能源消费结构目标：天然气消费占4%，煤炭消费占67%，油品消费占21%，其它占8%。
　　今后十年，在上海等地区能源需求的推动下，中国的天然气需求量将会很大。预计2010年，中国天然气需求量为1.25亿吨油当量左右。据此预测的天然气需求量与本国今后潜在的、可生产的天然气产量相比还有缺口（见图1-4）。这部分的缺口，需要进口管道天然气和液化天然气弥补。

图1-4 中国的天然气供需状况和潜力
1.3 液化天然气（LNG）简介
当天然气在大气压下，冷却至约-162℃时，天然气由气态转变成液态，称为液化天然气（Liquefied Natural Gas，缩写为LNG）。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，便于储存和大量地远距离船运或车运。LNG的重量仅为同体积水的45%左右，热值为52MMBtu/t（1MMBtu=2.52×108Cal）。
1.3.1 液化天然气链
天然气从气田开采出来，要经过处理、液化、航运、接收和再气化等几个环节，最终送至终端用户。液化过程能净化天然气，除去其中的氧气、二氧化碳、硫化物和水。这个处理过程能够使天然气中甲烷的纯度接近100%。
液化天然气链示意图见图1-1。

图1-1 液化天然气链
1.3.2 天然气田开发
天然气田蕴藏在地层内，一般通过地震学数据探测天然气田构造及气田深度，也可用磁力仪，通过测量地球表面磁场的微小变化来寻找天然气和石油。开采天然气田的技术在现代石油工业中已相当成熟。
1.3.3 天然气液化
天然气被冷却至约-162℃变成液态，这将使其体积减少约600倍，便于储存和运输。
1.3.4 LNG船
LNG船是指将LNG从液化厂运往接收站的专用船舶。LNG船的储罐是独立于船体的特殊构造。在该船舶的设计中，考虑的主要因素是能适应低温介质的材料，对易挥发/易燃物的处理。船只尺寸通常受到港口码头和接收站条件的限制。目前125000m3是最常用的尺寸，138000m3是现有船只中最大的尺寸。LNG船的使用寿命一般为35年-40年。
目前世界液化天然气船的储罐系统有自撑式和薄膜式两种（见图1-2 a,b）。自撑式有A型和B型两种，A型为棱形或称为IHI SPB，B型为球形。

(a)自撑式球形LNG船 (b)薄膜形LNG船
图1-2 海上LNG运输船
1.3.5 液化天然气接收终端
液化天然气的接收终端（见图1-3）内建有专用码头，用于运输船的靠泊和卸船作业；储罐用于容纳从LNG船上卸下来的液化天然气；再气化装置则是将液化天然气加热使其变成气体后，经管道输送到最终用户。