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文/胡謙青 中海油能源發展股份有限公司銷售服務分公司，化工管理
1LPG與LNG國內外發展現狀1.1LNG國內外發展現狀
天然氣作為我國提倡的經濟環保性能源，在經歷了2017年的“氣荒”及價格波動之後，天然氣的使用也進入理性階段，各個地區開始實施“以氣定改”“宜氣則氣、宜煤則煤、因地制宜”的政策，2018年全國天然氣消費量達到2800億m3，環比增長16.5%，能源消耗出現階梯式增長。 預計2020年我國天然氣消費量將要達到3600億m3，2030年達到5400億m3。
作為天然氣的液化產品LNG在2018年進口總量5400萬t，僅次於日本成為全球第二大LNG進口消費國。 隨著天然氣消費量的不斷增長，以及環境治理力度的加大，LNG的消費量也在不斷的增長，LNG供應站接收站的不斷增加，使得LNG成為天然氣供應格局中的重要一環，發揮著不可替代的作用，但是目前LNG在我國仍屬作為發展中的行業，存在很多重大挑戰。
首先，我國在供氣緊張的季節及環境中，LNG不能對天然氣管道氣提供充足的補充，LNG接收站、儲氣庫等數量不足，一旦環保政策的加強，時刻會出現大面積氣荒現象。 其次，現有LNG港口接收能力有限，且區域分佈不足，雖然我國加強了LNG的各種基礎設施的建設，但從北方供需情況來看，LNG仍無法滿足天然氣管道運輸的缺口。 比如，華北地區的天津港LNG接收站、曹妃甸LNG接收站雖然在2017年將接收能力提高至最大值，但仍然不能滿足供氣需求，造成嚴重的氣荒。
1.2LPG國內外發展現狀
與LNG能源相比，我國LPG一直處於穩定增長階段，且市場開放較早，在上世紀90年代一直是居民主要用氣氣源，隨著國內天然氣管道的鋪設，城市現代化的建設，以及天然氣進口量的增加，民用LPG消費量受到較大的衝擊，但在2014年底國際油價的下滑，以及安全環保要求的嚴格實施下，LPG替代品二甲醚逐漸失去原有的市場，反而促進了LPG在民用領域恢復性增長。 外加天然氣的使用需要建設供應基站、鋪設管道、政府支持等，前期投入成本較大，國內的偏遠地區和一些小商小販的燃氣需求仍然無法用天然氣或LNG來解決。 而在國內一二線城市，流動人口較大LPG瓶裝氣仍然是剛性需求，液化石油氣在民用燃燒端的需求量並未出現萎縮，一直存在良好態勢，而隨著乙烯生產以及芳構化、烷基化、甲基叔丁基醚（MTBE）和PDH等工藝過程的發展，LPG在工業原料領域發展迅速，需求不斷上升，LPG消費迎來巨大增長空間，極大地推動了國內LPG在國內需求的增長。
2主要研究過程2.1物理性質的研究2.1.1LNG基本物理性質
LNG即為液化天然氣，主要成份為甲烷，化學名稱為CH4，還有少量的乙烷C2H6，無色、無味、無毒且無腐蝕性。 沸點為-162℃，著火點為650℃，液態密度為0.420～0.46T/m3，氣態密度為0.68～0.75kg/m3，氣態熱值38MJ/m3，液態熱值50MJ/kg，爆炸範圍： 上限為15%，下限為5%。
2.1.2LPG基本物理性質
LPG即為液化石油氣，主要成分是丙烷、正丁烷、異丁烷，它含有少量的乙烷、不飽和烴等。 沸點是-42℃，爆炸極限為1.5%～9.5%。 液態熱值為45.22～50.23MJ/kg、氣態熱值為87.92～100.50MJ/m3。
2.1.3性質對比
3安全危害性研究
液化石油氣（LPG）與液化天然氣（LNG）都是優質、清潔的能源，然而不管是LPG還是LNG，都是危險的易燃易爆類化石燃料，在使用過程中都可能發生爆炸危險事故，尤其在存儲和運輸過程中。 由於LPG和LNG成分和性質的不同，以及存儲運輸方式存在的差異，它們的危害事故也會不同。
3.1LPG安全危害性研究3.1.1LPG的存儲運輸特點
LPG的主要成分為C3和C4的混合物，C3和C4的沸點分別為-42℃和-0.6℃。 按存儲壓力和溫度的不同，LPG一般可以分為兩種存儲方式，常溫高壓存儲和低溫常壓存儲，即壓力罐儲存和冷凍罐儲存。
冷凍罐儲存就是在常壓下，儲罐採取保冷隔熱措施，儲罐具有保溫隔熱層，避免與外界熱量相互流動，保持儲罐內溫度。 壓力罐儲存就是指LPG的存儲溫度是自然條件下的環境溫度，而存儲壓力為存儲溫度對應的飽和壓力的一種存儲方式。 這種存儲方式的儲存容器只考慮壁面的耐壓性，而不考慮絕熱性，因此，罐壁不具有阻止熱量的作用。
LPG運輸方式是槽車運輸與船舶運輸，一般是以槽車配送至終端用戶（三級站、煉廠等），主要荷載量在25噸左右，由於外界環境的溫度是不斷變化的，LPG運輸槽車一般採用常溫高壓罐，即不帶絕熱保溫層，因此在運輸過程中，如果外界環境溫度很高，外界環境的熱量會進入槽車內，導致罐內LPG溫度升高，壓力上升。
3.1.2LPG主要危害事故及機理
LPG作為一種低溫、易燃、易爆的燃料，具有多方面的危險性，如中毒、窒息、爆炸、火災等，一旦發生洩露事故，將會造成巨大的經濟損失、人員傷亡。 然而，在LPG的存儲運輸中，最嚴重的一種事故為沸騰液體膨脹蒸氣爆炸（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion,簡稱BLEVE）。
BLEVE本質上是一種物理爆炸，由於LPG槽車罐內的壓力比較高，當罐壁由於某種原因發生破裂，破裂處的壓力迅速降低，造成裂口處的LPG達到過熱狀態，而迅速大量蒸發，這些蒸發的蒸氣穿過液體上升入罐的頂部蒸氣區，從而導致儲罐內壓力急劇上升，就發生了BLEVE。
如果在高溫環境下，槽車罐內的溫度和壓力都會有所上升，相應的罐壁的強度會下降，當罐內的壓力達到安全閥開啟壓力後，壓力就會通過安全閥得到釋放，如果安全閥出現故障或安全閥的洩壓能力不夠，罐內的壓力就會繼續上升，直至儲罐出現裂縫，壓力突然降低，液體瞬間達到過熱狀態，就會劇烈沸騰蒸發，對裂縫形成巨大的衝擊，造成裂縫繼續擴大，最終儲罐徹底破裂，形成BLEVE。
3.1.3Bleve危害案例
自液化氣體廣泛應用以來，發生了很多事故，造成了巨大的損失。 1998年4月9日，美國愛荷華州的一個農場，一個容積68m3的液態丙烷儲罐洩露，著火後發生了Bleve爆炸，造成了2名消防員死亡，7名受傷。
2017年6月5日，臨沂金譽物流有限公司在進行LPG卸車時，連接管口突然脫開，大量LPG噴出並急劇氣化擴散，遇到點火源發生火災，現場LPG車輛由於外界溫度急劇升高，造成罐體Bleve爆炸，罐體殘骸、飛火等飛濺物接連導致1000立方米液化氣球罐區、異辛烷罐區、廢棄槽罐車、廠內管廊、控制室、值班室、化驗室等區域先後起火燃燒。 現場10名人死亡，9名人員受傷。
3.2LNG安全危害性研究3.2.1LNG存儲運輸特點
液化天然氣（LNG）的主要成分是甲烷，LNG的溫度是極低的，沸點為-162℃，故需要儲存在相應低溫的儲氣庫中，常見的儲氣庫形式有兩種，一種是地上儲氣庫，另一種則是地下儲氣庫。 無論是從成本費用還是從環境保護的角度上來說，地下儲氣庫都有著絕對的優勢。 運輸主要包括槽車運輸和船舶運輸，在我國國內貿易環節中，也是以槽車運輸為主，現有運輸技術已經相對比較完善，單輛LNG運輸槽車的最大容積已經達到52.8m3，可承受的最大壓強為0.7MPa，槽車運輸的速度平均為60km/h，整個LNG運輸過程總液態天然氣並無損失。
3.2.2LNG主要危害事故及機理
LNG是一種低溫液化氣體，與LPG在很多方面具有相似性，因此與LPG一樣，LNG也具有低溫、中毒、爆炸等危險性，LNG的儲罐具有導熱率極低的隔熱層，因此LNG在存儲過程中，儲罐的散熱是很小的，這也使得它的日蒸發率很低，發生BLEVE事故機率很小，最常見、最危險的事故是分層翻滾現象。
LNG翻滾是一種熱不穩定性現象，這種熱不穩定性是由密度變化引起的，其產生的必要條件是分層界面受到擾動。 在LNG儲罐中，密度小的液體會集聚在密度大的液體之上，抑制了下層液體的揮發。 當儲罐內的LNG出現明顯的分層現象時，由於上層LNG靜壓的抑制作用，使得外界傳入的熱量無法通過下層的LNG液體的蒸發而散失，導致下層LNG處於過飽和狀態，下層液體就會溫度升高，少量的其他氣體如N2就會首先汽化，破壞兩層液體的界面，在LNG儲罐內就會出現上下擾動，也就是翻滾現象。 如果儲罐內上層的LNG密度大於下層，下層LNG突然上升，導致邊界層破壞，液體揮發，產生劇烈擾動，儲罐內的溫度上升，壓力也急劇上升，使翻滾現象進一步加劇。
3.2.3LNG翻滾現象案例
LNG翻滾現象給天然氣的安全威脅較大，1971年8月，在意大利LaSpezia的SNAMLNG接收站，這是有記錄以來的第一次翻滾事故，當時新充裝的LNG較原來存儲的LNG密度大，逐漸形成了分層，同時，新充裝的LNG溫度也較高，帶入了較多的熱量，促進了層間混合，在充裝後18小時，發生了翻滾現象，儲罐壓力迅速上升，儲罐度破壞，LNG洩露近200噸。
為了防止LNG翻滾事故發生，需要在相應儲罐設置安全釋放閥，放散火炬，回收壓縮等裝置，並儘量使同一個儲罐儘量存儲同一個產地的LNG，控制其組分變化。
4LPG與LNG應用4.1液化石油氣的使用4.1.1LPG在燃燒領域應用
LPG最為一種清潔能源，最主要的是燃燒為主，雖然近年來我國大力推廣更為清潔的天然氣，但天然氣的使用需要相應的管道和供應基站等輔助設施做支撐，國內的偏遠地區和一些商用燃氣需求並無法用天然氣來解決，液化石油氣在民用燃燒端的需求量並未出現萎縮。 即使在北京、上海、廣州等大城市，由於流動人口較多，LPG需求量並沒有減少。 此外，國內很多煉廠、陶瓷、玻璃、鋼廠等也會使用LPG作為燃燒燃料。 民用、工業燃燒的需求佔據國內液化石油氣需求量的50%以上，但是增長緩慢，基本維持不變。 （見圖2）
LPG先通過槽車配批發送至終端三級站，三級站充裝成鋼瓶，部分鋼瓶可直銷至終端用戶，更多的是通過批發至供應站及，最終由送配送工送至終端用戶。
4.1.2LPG在車用領域的應用
LPG汽車在車用領域需求量較少，2018年全國車用LPG量僅為75萬噸，佔比約1.5%，主要分佈在廣州地區，東北地區的瀋陽、丹東、錦州、葫蘆島、哈爾濱以及山東的威海、煙臺等地。
廣州市曾經是LPG汽車應用推廣示範性城市代表。 LPG作為清潔汽車能源，1999年廣州市起步發展LPG汽車，但在2010年10月，廣東省做出“自2011年起珠三角地區新增的城市公交汽車必須是LNG汽車、混合動力和純電動汽車”的規定，LPG汽車逐漸被淘汰出清潔車用能源市場，目前江蘇地區LPG能源汽車有所發展，但需求增長速度遠遠不及廣州市退出速度，預計至2022年底，廣州市出租車基本實現全面新能源化，LPG汽車將主要在東北、山東零星市場。
4.1.3 LPG在深加工原料領域應用
隨著LPG在深加工領域的發展，其佔比越來越大，已然成為LPG消費量保持增長的關鍵因素，起產能爆發式增長烯烴深加工裝置——MBTE裝置和烷基化裝置外，丙烷脫氫等烷烴深加工裝置的大幅度投入使用，也極大地推動了國內LPG深加工產業的轉變,主要分為烷烴加工路線和烯烴加工路線。 （見圖3）
烯烴深加工主要是利用LPG中的正丁烯和異丁烯作為原料進行生產，含有異丁烯組分的醚前碳四通過MTBE裝置生產MTBE和甲醇，MTBE裝置生產後的液化氣稱為醚後碳四，醚後碳四中的異丁烯組分反應完畢後，剩餘正丁烯和丙、丁烷，醚後碳四在進入烷基化裝置反應，生產烷基化油和正丁烷，此時反應掉的組分為正丁烯和異丁烷，丙烷、正丁烷又可進入烷烴深加工裝置。
烷烴深加工主要是將LPG中的丙烷和丁烷提純，然後分別進行深加工，丙烷通過脫氫裝置生產丙烯； 正丁烷通過異構化裝置生產異丁烷，異丁烷通過脫氫裝置生產異丁烯。 生產出的異丁烯，隨後又可以進入烯烴加工裝置。
4.2LNG的主要用途4.2.1LNG應用於調峰
天然氣作為重要的燃料，其主要用途在燃燒方面，如電廠、供暖、工廠燃料等，LNG中其存在的雜質相對於較少,在燃燒時產生的氣體對環境汙染較少，各大城市用氣以天然氣為主，當城市遇到管道天然氣短缺時，LNG作為液化氣天然氣，可以對城市進行有效的補充，確保居民用氣的安全性與穩定性，此外，由於我國國土面積大，山川、河流遍佈，天然氣管道鋪設工作困難，利用LNG技術也可以保證國家所有地區天然氣的供應,實現天然氣的調峰,促進天然氣行業長久的為社會經濟和社會發展做出貢獻。
4.2.2將LNG應用於工業燃燒
煤炭作為我國燃燒燃料，一直起到重要的作用，廣泛的作為電力、煉廠、工廠等燃料，但煤炭又是汙染嚴重的能源，對於“青山綠水”的建設十分不利，LNG作為液化天然氣運輸方便，在燃燒時產生的氣體對環境汙染較少，清潔不含雜質，以最小的佔地面積保證能源的供應，將LNG作為工廠、電廠、煉廠等替代煤炭，是企業經濟與環境雙向發展的重要方向。
4.2.3LNG冷能的應用
天然氣從氣態轉化成液態，必須通過相應的冷凍技術達到-162℃才能保證形成LNG，在液化的過程中儲存了大量的可應用能量。 LNG應用過程中，又要再一次的從液化轉化成氣態，吸收大量的熱能，同時釋放同等的能冷，這些冷能都是可應用的資源，將LNG汽化過程中的冷能加以回收利用，則可以獲得較大經濟利益，如釋放的能冷投放到冷凍倉庫或冷凍製品，還可以利用冷能製造二氧化碳、冷凍食品等，讓能量循環利用。
4.2.4LNG汽車燃料應用
汽柴油作為汽車主要原料可以保證汽車的正常使用，保證汽車能夠滿足人們的需求，但是燃燒中會產生大量的汙染氣體，汽車尾氣是導致環境汙染的重要方面。 液化天然氣在燃燒中可以為汽車提供動力，保證汽車能夠正常的行駛並且很好的降低石油材料。 車用天然氣（LNG）發展速度大不如前，主要在於國家各種利好政策大力發展新能源汽車，加之氣價高企、季節性和區域性供應不足，導致了天然氣汽車份額被壓縮。 汽車電動化成為了發展趨勢，但對於家庭用車，公交、長途客車等能方面，LNG汽車則具備一定發展優勢。
4.3LPG與LNG價格經濟性研究
2014年LPG價格最高達到了7000元/噸，價格遠遠高於LNG價格，2015年起，隨著國際原油價格下跌，其副產品LPG價格也一路下滑不足3000元/噸，至2016年LPG價格基本穩定在3000元/噸以上，並且開始小幅度上漲，此時LNG開始擴大市場，價格逐漸上漲，統計2016年-2018年LPG與LNG價格如下。
LNG熱值44MJ/kg，LPG熱值46MJ/kg，按照購買1噸LPG與LNG價格能夠產生的熱值測算經濟型，設LPG價格為X，LNG價格為Y，若LPG經濟性高於LNG經濟性，則需要46÷X≥44÷Y，即X≤1.045Y，故當LPG高於LNG價格4.5%以內，LPG更具經濟性。 2016至2018年LPG全年價格指數與LNG價格比值分別為1.171，1.108和1.031，即2018年LPG全年經濟型要高於LNG。
5LPG補充LNG應用
通過LPG與LNG安全、應用上的研究，可以發現，由於LPG與LNG同樣在車用領域的停滯，物理性質的不同，使得在深加工、冷能方面，都有自身的不可替代性，故主要在燃燒領域有很大的相同性，都是清潔能源，故針對LNG發展的特點，LPG可在調峰、居民用氣、工業燃燒用氣等方面，有較大補充應用可能性
5.1調峰補充應用
LPG作為LNG調峰補充使用，可以利用城市已有的中、大型LPG儲罐，如一級庫、二級庫等，增加大型混空設備，將液化石油氣與天然氣管輸設備結合起來，調配液化氣、甲烷、空氣比例，達到燃燒使用要求。 一方面可以拓展了城市管網，提高調峰、儲備能力。 另一方面，相對於建立LNG調峰儲備站，利用現有的LPG存儲設備，只需建立大型混空設備即可對天然氣管網進行有效補充，投資運營成本較低。
LPG替代LNG的燃燒要求主要參考華白指數，華白數是代表燃氣特性的一個參數，最早於1926年由意大利人華白（Wobbe）提出，又稱沃泊指數，現為各國所通用。 若兩種燃氣的熱值和密度均不相同，但只要它們的華白數相等，就能在同一燃氣壓力下和同一燃具上獲得同一熱負荷。
5.2小型儲罐的應用
LPG小型儲罐應用，是指在居民小區、酒店等周邊建立小型LPG儲罐，建立管網，將液化氣槽車對小型儲罐定期配送供氣，再管輸至居家用戶，實現LPG對區域內清潔能源的集中供應。 此方案靈活、高效且經濟可靠，可在我國經濟不發達地區使用。 即可解決我國LPG鋼瓶充裝運輸過程中存在的問題，也是對LNG應用的有效補充，在歐美、日本等國家，已經普遍運用。 （見圖4）
2018年11月，我國青海省西寧市大通縣土關村建造了一個“煤改氣”的“試驗田”，該村配套了一個液態LPG儲罐，通過管線供應村內的燃氣使用。
5.3煉廠燃料燃燒的補充應用
原油煉廠和一些凝析油、液化氣深加工煉廠一般都自產液化石油氣，並且作為副產品銷售，隨著“煤改氣”政策的落實，煉廠鍋爐燃燒原料已經改為天然氣，在天然氣供應緊張時，需要進行LNG補充，由於自產LPG只需簡單的改造，就可以將LPG作為鍋爐的燃料，此時只需簡單計算LPG與LNG經濟型即可，在適當的價格中，完全可以將LPG補充替代LNG甚至是管道天 然氣。
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