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【收藏】 液化天然气工业发展史(上)
时间: 2024-05-21 作者: 化工企业

  液化天然气工业至今已有四十年的历史。开始时仅限于地区性的需求,现在却变成全球性的商品和技术。液化天然气的技术和商业发展经历了半个世纪的前期开拓性研究工作,到20世纪60年代才进入发展阶段。

  美国G·L·卡波特(Godfrey L Cabot)在1914年申请驾驶和运输LNG(液化天然气)的河道罐船专利,过去未曾报道建造这种罐船。液化方法在技术上可行已久,早在1917年美国就已经用来提取氦。

  伦敦3吨卡车和单层公共汽车被改装用液态甲烷作燃料。这些试验在技术上都是成功的,但英国缺乏甲烷来源,所以未被继续开发。

  隶属美国东俄亥俄气体公司LNG储罐发生爆炸,死亡28人。调查事故原因是钢的冷脆破裂。其结果,铝制品开始应用到LNG储罐中。

  挪威欧文·罗列特热(Oivind Lorentzen)博士完成了17000吨的运输船设计。在1954年和1955年间,英国船舶设计公司进行14000吨LNG运输船的设计研究。

  1954年法国天然气公司(GdF)探讨用管道或船舶将阿尔及利亚的天然气输送到法国的可能性。1954年美国计划用冷藏船将天然气从墨西哥湾地区沿密西西比河和伊利诺斯河到芝加哥,建造了一艘载有液化天然气的罐船,并试航。

  用软木做绝热材料试验,在储罐内壁衬以约0.3米 (1呎)厚的软木层。1955年壳牌公司(Shell)开始做用船运输LNG的方案。初步设计指出,LNG运输船的投资所需成本将是常用油船的两倍。

  1959年Constock(芝加哥家畜场与康纳和所属的LNG公司)利用一艘由干式货舱改建舱容为6200立方米LNG试验性罐船,称为“甲烷先锋号(MethanePioneer)”。英国气体局(英国天然气公司的前身)将船装载2000吨LNG的“甲烷先锋号”,从美国路易斯安娜州查尔斯湖出发,横跨大西洋运输到英国泰晤士河口的坎维岛(CanveyIsland),供国营北泰晤士燃气管理局使用。这种独特的货物安全地横渡海洋是世界海运史的首例,标志着LNG准备进入了商业化国际贸易阶段。

  在法属撒哈拉(现属阿尔及利亚)发现了巨大的天然气藏,主气田在哈西鲁迈勒(Hassi R’Mel),是世界上最大的气田之一。建设一条长500公里的管线,使哈西鲁迈勒气田与靠近奥兰(Oran)的阿尔泽(Arzew)海滨连接。最初输气能力为400万立方米/日,以后增加到1130万立方米/日。在阿尔泽建设液化厂。阿尔泽成为用LNG运输船商业化运输天然气的第一个气源地。

  皇家英荷壳牌公司旗下的壳牌公司从第一船装货起就一直热衷于LNG事业。在1960年买下了Constock40 %的股份,改名为康奇国际甲烷公司 (Conch InternationalMethane)。康奇国际甲烷公司就做成了由阿尔及利亚运往英国的LNG生意。第一椿真正的国际性的LNG计划开始运行了。

  在“甲烷先锋号”获得成功的经验后,英国政府批准英国气体公司的规划,建设从坎维到里茨的输气干线万吨LNG。

  虽然“甲烷先锋号”的试航已经显示出船运深冷的LNG安全横渡大洋的技术经济可行性,但是要成为商业化运输还有许多工程问题,如船舶设计、建造和操作等,尤其是选择正真适合的液化天然气储罐的形状和结构,以最经济的方法利用航行中蒸发出的天然气,以及储罐绝热能保证罐中液化天然气维持极低温度的需要。虽然软木被证实是一种有效的绝热材料,但需继续研究开发更廉价的储罐绝热材料,有三种不同的材料在法国“Beauvais号”船上的LNG储罐做试验,于1962年完成试验。

  建成从坎维到里茨的322公里高压输气干线,以LNG形式供给天然气,输送到英国工业心脏地带。最初,天然气与低热值城市煤气掺混。

  阿尔及利亚液态甲烷公司(Compagnie Algerienne de MethaneLiquide,缩写Camel)在巴黎建立。康奇国际甲烷公司拥有40%的股份,代表股东来做技术领导,参与在阿尔及利亚的阿尔泽建设和经营全世界第一座大型LNG工厂。初期生产能力为15亿立方米/年,其中约2/3的产量用深冷罐船出口到英国,法国、西德和意大利也考虑从阿尔及利亚液态甲烷公司进口LNG。

  阿尔泽拥有世界第一座深冷天然气储存装置,这是由康奇国际甲烷公司(Conch)开发的新颖低温储存方法,能够适用于各种化学品和LNG的储存。储罐包括在地面上有一个巨大的冷冻孔洞,上盖以绝热和与地面密封的顶,能防止天然气泄漏。

  阿尔及利亚与法国天然气公司签订了协议,从1964年起,输送4.2亿立方米/年天然气海运往法国,相当于33.5万吨/年LNG。将用法国建造的冷冻罐船运输,罐船舱容为25000立方米。

  康奇国际甲烷公司受英国气体局的委托,设计并建造成功世界上最早的两艘商业用LNG运输船“甲烷公主号”和“甲烷前进号”。

  英国政府计划于1964年开始从撒哈拉用制冷的罐船运输进口的LNG,英国气体委员会与法国天然气公司和康奇国际甲烷公司签订了15年合同。每年将进口10亿立方米天然气。按热值计算相当于英国城市煤气需求量的10%以上。法国计划在LNG运输船上使用不相同的绝热材料。

  1964年9月27日本·贝拉总统参加了阿尔泽(Arzew) LNG厂落成典礼,它是世界上第一座LNG工厂。该工厂全部生产能力用于执行与英国和法国签订的出口合同。用这两艘特制的运输船——“甲烷公主号”和“甲烷前进号”运输LNG,每艘约装载致冷状态下的12000吨LNG天然气。其建造成本会很高,按新设计至少每艘需350万英磅,运输船设计航速为17节(1节=1海里/时),预期在阿尔及利亚阿尔泽LNG装运港至英国坎维岛LNG接收港之间有2500 公里路程。这两艘运输船每年需完成56~58次往返行程。

  该公司向世界银行贷款1800万美元,由政府担保,政府要求掌握该公司20~25%的股份。

  “Jules Veme号”船舱容为2.5万立方米(七层绝热的圆筒合金钢储罐),它比英国相似的运输船小一些。每年将由阿尔泽到哈佛尔(Le Havre,法国北部的港口)行驶30个往返,共运输33.5万吨液化天然气(相当于4.4亿立方米天然气)。从那时起,法国的工程师开始设计更大的更经济的LNG罐船,装载能力将达到10万立方米天然气。

  早在1954年康奇国际甲烷公司构想在LNG运输船中用很薄的外壳衬里,全部用绝热材料支撑。经过长时期的试验后,于1964年成功地开始航海试验。原打算在试验船“甲烷先锋号”进行“薄壳”储罐试验,但实际在“Findon号”上进行了试验。首航储罐装载了63吨液态乙烯运到阿尔泽,这是世界首次海运这类货物。返航装载了125吨LNG运到坎维岛。“Findon号”成功地进行了两次这样的往返航行。

  两艘LNG运输船在阿尔及利亚和英国之间头五个月完成11次航行。每艘船造价为4.8百万英磅。被隔开的LNG铝质储罐未发现任何缺陷、腐蚀或者变形,软木/玻璃纤维绝热系统性能好并保持原有特性,只是横向舱壁钢的温度稍低于预计值,采取调节蒸汽盘管在边缘面积处提供额外的热量。

  LNG运输船的建造在1965年到1970年之间确立了现在占主导的四种LNG液罐的结构和技术,即Technigas和Gas-transport的隔板式罐, Moss Rosenberg和IHI-SPB的独立储罐。70年代后期LNG船舶建造以12.5万m3为标准船型。90年代也有商家定造16万立方米的LNG船。

  文莱将成为亚洲第一个LNG生产者,向日本出口LNG。壳牌kekiyu公司打算购买壳牌文莱公司的天然气,除了在文莱建设LNG厂外,还需要两艘专用的深冷罐船。从1971年起,在20年期间供应20亿立方米/年的天然气。伴生气来自西南阿姆帕(Ampa)油田,这个油田占文莱海上油田产量1.6万立方米/日的一半。LNG将运到日本两个接受站(Negishi和 Sodegaura),均在东京湾的大阪。LNG厂将建在文莱卢穆(Lumut),从诗里亚(Seria)附近的海上油田用管道输送伴生气。壳牌公司和三菱(Mitsubishi)公司与东京电力株式会社、东京瓦斯株式会社、大阪瓦斯株式会社经过两年谈判,签订了在20年期间供应65百万吨LNG的协议。

  根据马拉松(Marathon)和菲力浦(Phillips)两家石油公司于1967年3月与东京电力株式会社、东京瓦斯株式会社签订了15年贸易合同,当阿拉斯加尼基斯基(Nikiski)港的设施完成时,LNG运输船将于1969年开始横渡太平洋。该项目包括在考克湾(Cook Inlet)建设每天能液化4.9百万立方米天然气的工厂;三个储罐,每个储罐容积为3.58万立方米;六个进料泵和约366米的码头。将使用两艘由法国天然气运输公司设计并由瑞典制造的罐船,每艘船有六个LNG储罐,总舱容7万立方米。由于阿拉斯加独特的天气特征情况,在库克湾地方潮汐变化9.8米,并有严重的碎冰危害,因此采取了特殊的钢材来加固船壳,并且设置加热装置来防止压舱水的冻结。据称运输船完全不同于其它现用LNG船的设计,使用“薄壳”概念,制成一个非常薄的金属壳体储罐来储存LNG,采用IVA合金(含35%Ni的合金钢,在使用温度范围内不膨胀不收缩)板作壳体。

  向法国追加出口LNG的运行目标日期未必能得到满足。按照1967年签订的15年协议,从1971年起,法国同意购买15亿立方米/年天然气,到1975年最高增加到35亿立方米/年天然气,除了从阿尔泽追加5亿立方米/年天然气出口到法国外,还包括建设一条新的从哈西鲁迈勒气田到斯基克达(Skikda)港管道;斯基克达LNG厂;2~3艘LNG运输船来运输天然气到福斯(FOS 在马赛附近)。

  第一批LNG船装载埃索公司(ESSO)新建LNG厂的LNG,离开利比亚卜雷加(Marsa el Brega)LNG装运港驶往西班牙,标志着利比亚进入到仍属少数LNG出口国的行列。根据西班牙与埃索公司签订15年供给3.12百万立方米/日天然气的合同,LNG运输船“Aristotle号”装载首批试验性的LNG运往巴塞罗那(Barcelona)港。按照与意大利国家输气公司(Snam)签订的20年间供给6.66百万立方米/日天然气的协议,接着试航的LNG罐船驶向拉斯佩齐亚(LaSpezia)附近的帕尼格里亚(Panigalia)。1970年当出口LNG达到与两个国家签订合同要求的水平时,埃索公司的LNG工厂将处理天然气达9.77百万立方米/日或者36亿立方米/年。

  阿尔及利亚出口20亿立方米/年,其中15亿立方米/年到英国,5亿立方米/年到法国,但是到1972年阿尔及利亚新建的斯基克达LNG工厂投产后,出口到法国的LNG迅速增加,最初按15亿立方米/年增加,到1975年达到最高值35亿立方米/年。

  由于不含硫燃料需求量增长,1970年后,民用气将发生短缺的危险,准备从加勒比海(Caribbean)进口8.5百万立方米/日。这个重要项目虽不是很复杂,但是实施最早也要到1974年。

  日本将增加四个点进口LNG:从1969年起,将从阿拉斯加进口LNG;根据协议于1972~1973年将从文莱进口LNG;正在与阿布扎比谈判进口LNG事宜;建议从俄罗斯萨哈林岛直接进口。

  东京瓦斯株式会社和东京电力株式会社联合从阿拉斯加进口LNG,已于1967年3月签订了贸易合同。由于储罐建造遇到困难,故此进口项目推迟了。由菲力浦公司承建的LNG工厂(在尼基斯基)将于8月进行试运转,由瑞典制造的两个低温储罐中的一个将装在“阿拉斯加北极号”(PolarAlaska)船上绕过合恩角(CapeHorn),以最短的距离运到尼基斯基进行低温试验。

  桥石(Bridgestone)液化气公司、三菱公司与英国石油公司、法国石油公司(CFP)公司商谈从阿布扎比进口LNG的可能性。桥石液化气公司要想在建造LNG储罐中获得信任,而三菱公司要在日本寻求潜在的用户,在达斯(Das)岛上的LNG工厂根据流程,在10年内估计能处理30亿立方米/年,使日本管网第一次使用中东巨大的天然气资源,也使日本增长很快的LNG市场获得第三个LNG来源。

  20世纪70年代埃克森公司(Exxon Corp.)领军设在利比亚卜雷加(Marsa EI Brega)LNG工厂开始运行。这个工厂是第一个使用低效率但更简化的单座混合冷冻剂循环(singlemixed-refrigerant,缩写SMR),这是由空气制品及化学品国际公司(Air Products & Chemicals InternationalInc。,缩写APCI)所设计的,其目的是为减少压缩机和热交换器的数目。这项技术很快在阿尔及利亚斯基克达(Skikda)LNG工厂、蓬檀(Bontang)LNG工厂、婆罗乃LNG工厂得到运用。

  自1959年“甲烷先锋号”首航以来,LNG运输船发展迅速。最新建造并使用的LNG运输船如“PolarAlaska号”和“ArcticTokyo号”能够装载7.155百万立方米。

  日本政府要求使用清洁安全的能源来发电,改善日本拥挤城市的污染状况。这样迅速导致了增加LNG输入量,供给电厂发电。

  目前只有两条LNG出口路线月由美国菲力浦/马拉松公司在阿拉斯加尼基斯基港考克湾(Cook Inlet) LNG工厂投入运行,由“Polar Alaska号”装载首批LNG运往东京气体/东京电力株式会社建造在横滨(Yokohama)附近的接收站;此后运行的新路线为艾索公司在利比亚卜雷加(Marsa el-Brega)建造的LNG工厂,供应6.6百万立方米/日给在帕尼格里亚(Panigaglia)的意大利国家输气公司和供应3.12百万m3/日给西班牙巴塞罗那的加泰隆(Catalana)气体公司的子公司。四艘新建的4万立方米LNG运输船被埃索 Brego 公司租用,用于到Venere、Liquria、Laieta等港的短期服务。

  美国联邦动力委员会(FPC)寻求从阿尔及利亚进口28.37百万立方米/日天然气,需用9~11艘船运输,要求每条船装载容量为9.5万立方米到11.9万立方米。Gazocean公司正在建造5万立方米的“Descartes”运输船,将于1971年航运,这是世界上第一艘不定期的运输船装运LNG到美国东海岸。另一艘世界最大的运输船,装载容量7.5万立方米,正在由法国Ciotat造船厂建造中,将于1974年航运。

  LNG运输船订货一直增长。目前正在航行的船只有11艘。根据LNG出口任务需要在今后五年内增加24艘,到1980年应有70艘船航行。壳牌公司向法国造船厂订购了七艘LNG运输船,每艘船的装载容量为7.5万立方米LNG,每艘船的造价估算为27~30百万美元,将于1972~1975年投入航行。

  美国费城(Philadelphia)气体公司计划年进口50亿立方米委内瑞拉的天然气,艾索公司宣称也正在考虑进口委内瑞拉的天然气。

  根据阿莫科(Amoco)公司的可行性研究报告,美国是未来可能的LNG购买者。美国LNG接收港可能设在乔治亚州的威尔明顿(Wilmington)、特拉华(Delaware)或萨凡拉(Savannah)。

  将苏联雅库茨克(Yakutsk)的天然气输送到马加丹(Magadan)进行液化,然后船运日本。壳牌公司和英国石油公司的意见是将尼日利亚的LNG运往美国。

  LNG运输船的船主向挪威在斯塔万格(Stavanger)的MOSS Rosenberg造船厂订购了三艘装载舱容为8.76万立方米的运输船。每艘船的价格为2800万美元,分别于1972、1974及1975年交付使用。

  挪威的订货首次使用球形LNG储罐,Gazocean公司设计。在哈佛尔(Le Havre 法国北部海港)建造的比较小的“尤克力(Euclides)号”,也是使用球形储罐,每个储罐的容积为4000 立方米。目前有三种不同型式的LNG运输船(每种形式的变换是根据设计和使用不相同的材料):第一种是自己支撑的储罐,采用铝或9%的镍钢;第二种储罐也是目前较成功的一种,由船壳支撑的薄型储罐,采用波纹不锈钢或光亮Invar镍合金钢;最新一种储罐的设计,要消除在—1610C下液体的渗漏,并比第二种储罐降低10%的成本。

  全球LNG贸易预测到1970年底达27亿立方米/年。美国东海岸的许多用户将继续向阿尔及利亚购买LNG,以适应冬天的需要。

  美国批准了一项从阿尔及利亚进口142万立方米/日的20年合同,用“Descartes号”船从阿尔及利亚新建的斯基克达(Skikda) LNG工厂运到美国波士顿配气公司。

  到1972年为止,世界上出口LNG只有三座LNG工厂(阿尔及利亚阿尔泽、阿拉斯加南部和利比亚),其总处理量只有1981万立方米/日。两座新建的大型LNG工厂(阿尔及利亚斯基克达和文莱)将于年底投入生产。新建的LNG运输船队继续增加,壳牌公司的容积为7.5万立方米的“Gadinia号”是第12只船投入到正常的使用中。壳牌/三菱公司建造七艘LNG运输船用于文莱—日本项目。大约有50艘船的订购合同正在谈判之中。

  阿尔及利亚国家油气公司(Sonatrach)与五家欧洲公司签订了20年供给2000亿立方米的合同。

  文莱作为亚洲第一个LNG生产国,开始首航70亿立方米/年到日本发电厂、东京瓦斯株式会社和大阪瓦斯株式会社。

  德国鲁尔气体公司(rurhgas)和荷兰天然气联合公司(Gesunie)签订了阿尔及利亚LNG供货合同。

  世界油价第一次波动,冲击并动摇了许多国家的经济基础,特别是日本。日本极力想摆脱石油,选择了天然气和其它替代物。日本依赖太平洋地区,选择了LNG;而法国正好相反,迅速建成核发电站,把天然气限制作为“贵重用途”。

  到1975年底,有25项LNG项目正在谈判和建设,而目前正在运行的只有八个项目。

  伊朗国家天然气公司(NIGC)与美国、挪威公司谈判关于伊朗卡林加斯(Kalingas)项目。项目建议书提出,将580万吨/年的LNG出口到日本。满负荷时最大量可达1100万吨/年。到1985年伊朗项目将占日本总4200万吨/年LNG的25%,但是此项目从未实施过。

  阿布扎比与日本东京电力公司签订了20年贸易合同,年供给300万吨LNG,LNG工厂将建在达斯(Das)岛离海岸不远的石油接收港。英国石油公司占有此项目26%的股份。

  根据第二次供应协议,法国进口LNG将增加到51.5亿立方米/年。从1980年开始,合同期为20年。早期于1964年和1971年签订两项协议供应40亿立方米/年,不包括在51.5亿立方米/年之中。

  印度尼西亚于8月开始按签订的20年合同,首次从东加里曼丹运送LNG到日本大阪瓦斯株式会社。东加里曼丹有邦坦(Bontang)LNG工厂,从1972年发现的Huffco’sBadak气田获得天然气1500万立方米/日。

  印度尼西亚第二座LNG工厂—阿鲁(Arun)LNG工厂,于1978年10月开始出口LNG到名古屋。该厂位于北苏门答腊Aceh的LhoSeumawe,有三条生产线年发现的莫比尔石油公司(Mobil)所属的阿鲁气田。