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入試用、推廣及規(guī)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(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(shù)量要求較多，限制了CNG汽車的進一步發(fā)展。近幾年，隨著液化天然氣技術的發(fā)展，從海外進口LNG和國內(nèi)LNG工廠的建設，使得LNG產(chǎn)品得到有效供應。
    LNG與CNG相比有以下幾點優(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的汽車在運距上高3倍多；②LNG為低溫低壓，不像CNG處于高壓狀態(tài)，危險性相對較��；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汽車技術的發(fā)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(chuàng)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(chǎn)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(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  
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(guī)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(zhèn)，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(qū)，CNG母站、CNG標準站和CNG子站已普遍使用，據(jù)不完全統(tǒng)計，已建站和規(guī)劃新建站數(shù)量合計超過10000座，但是由于氣源供應不足和站內(nèi)設備調(diào)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(jīng)濟效益，為此不少城市限制了非公交車輛油改氣的數(shù)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(diào)峰混合站的方案介紹
    在對天然氣加氣站運行特點和國內(nèi)外LNG技術的調(diào)研后，我們提出了利用設備共享和設備撬裝，建設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設施，實現(xiàn)CNG和LNG的聯(lián)產(chǎn)，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(diào)峰氣源，還可以作為優(yōu)質(zhì)氣源向工業(yè)用戶、偏遠城鎮(zhèn)的燃氣管網(wǎng)、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(tǒng)的模塊化、撬裝化設計，使得該系統(tǒng)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(jié)能減排經(jīng)濟效益和社會效益。
    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(jù)市場需求，需要進行LNG生產(chǎn)時，可將部分管道燃氣引進LNG預處理裝置，達到LNG生產(chǎn)氣質(zhì)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(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(zhì)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(xiàn)整體撬裝，但隨著技術和工藝的發(fā)展，實現(xiàn)整體撬裝還是有可能的。
    (3)CNG壓縮機
    CNG壓縮機為成熟產(chǎn)品，一般加氣站根據(jù)加氣規(guī)模配置多臺，出口壓力設計為25MPa，本方案利用空閑時的CNG壓縮機對經(jīng)過LNG預處理后的天然氣進行增壓，經(jīng)穩(wěn)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(jīng)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(jīng)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(nèi)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(jié)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(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加氣機對車輛進行加氣。
  (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)，主要實現(xiàn)生產(chǎn)過程中各工藝設備參數(shù)的精確監(jiān)控、出于安全考慮的連鎖保護以及生產(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合起來，實現(xiàn)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(nèi)可實現(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)上游供應和下游消費市場的變化靈活調(diào)整CNG和LNG的產(chǎn)量；
②工藝流程簡單，操作維護方便，并且該工藝及配備設備方便用戶根據(jù)實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(chǎn)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(chǎn)品，有應用業(yè)績，并且絕大部分可實現(xiàn)車載撬裝化，對設備的占地、安裝、調(diào)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(jù)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(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，價格為估算值。
表1  GNG站、LNG站、調(diào)峰站及三站合一對比

    對比項目     CNG站     LNG站     調(diào)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(huán)水     1套     1套     1套     l套
    儀表風     1套     l套     1套     1套
    消防系統(tǒng)     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(chǎn)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(tǒng)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(xiàn)CNG、LNG、調(diào)峰等三種作業(yè)功能，為燃氣經(jīng)營企業(yè)提供了一個市場范圍更廣、調(diào)節(jié)能力更強的系統(tǒng)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(xiàn)了天然氣氣源的多元化，在符合國家節(jié)能減排宏觀政策的同時，還可為業(yè)主帶來豐厚的經(jīng)濟效益。