轻烃燃气是一种洁净、价廉的新型液体燃料,属石化行业的副产品。已在十余个省市推广。随着我国公用事业的改革,必将得到迅速发展。轻烃作为燃料可替代燃煤和燃油,对我国的环境保护和能源可持续发展有着战略意义。
产生背景
节约能源是我国的基本国策。我国正处在工业化、城市化加快发展的进程中,随着经济快速增长和人口增加,能源和资源供给不足,
环境容量有限的矛盾越来越突出。进入二十一世纪以来,能源紧缺和环境保护问题已经为越来越多的人们所关注,成为经济社会健康发展的制约因素。
轻烃是石油开采和加工过程中的副产品,属于烃类物质。不含
苯、
甲醇、
烯烃等成分,完全可以作为燃料来使用,其来源十分广泛。轻烃在油气田、炼油厂等不同的场合叫法不一,如
轻质油、
凝析油、
稳定轻烃、
石脑油、
拔头油、
石油醚等。过去,人们对轻烃的开发利用不充分,除极少数用作炉窑燃料外,部分用于乙烯工程,剩下的被点“天灯”烧掉,十分可惜。节约和寻找替代能源是解决我国石油资源短缺,缓解石油供应矛盾,保证国家经济安全,促进经济社会可持续发展的重大战略措施。近十年来,我国石油开发和生产严重滞后于消费增长,进口量大幅度上升,供需矛盾日益突出。随着工业化进程的加快和汽车保有量的增加,未来石油需求将呈现强劲增长态势。因此,节约和替代燃料油,是缓解石油供需矛盾的重大战略措施之一。
轻烃燃气是一种洁净、价廉的新型液体燃料,属石化行业的副产品。已在十余个省市推广。随着我国公用事业的改革,必将得到迅速发展。轻烃作为燃料可替代燃煤和燃油,对我国的环境保护和能源可持续发展有着战略意义。
我国的城市燃气主要有三种:
人工煤气、
液化石油气和天然气。我国使用人工煤气的城市约占城市的 26%。由于人工煤气投资大、建设周期长、污染严重、
一氧化碳严重超标,已被国家列为限制发展的产业。
我国城镇燃气主要是液化气,国内的液化气90%产于炼油厂,液化气产量在800万吨左右,2000年统计资料表明国内液化气需求量在1400万吨,我国液化气以平均每年22.8%的速度在递增,随着环保要求、中小城镇建设的加快、液化气在汽车及其它领域的应用,供求矛盾日益增大,国家依靠大量进口液化气来缓解。
天然气这一洁净能源,为全民日益强烈的环保意识和迅速崛起的中国经济及用能意识的转变带来了希望。国家在天然气发展总体规划中,确定在现有的60多个已通天然气城市的基础上,到2005年天然气将通140个城市,2010年将增加到270个城市。21世纪中叶,全国65%的城市将通天然气。但是,有资料显示:2010年中国天然气缺口将达数百亿立方米,2020年将达上千亿立方米。以上表明:三种城市燃气的供应现状远远无法满足我国日益发展的市场需求。
我国迅速发展的城建和中小城镇建设、逐步富裕了的农民规划建设的新型村落,都遇到了一个同样重要的课题:在三大主气源短缺和无法到达或接通的地区,以什么样的能源做燃料,既能保证供应又安全可靠,既符合国家环保政策又经济适用。轻烃燃料作为一种新型的补充能源在这种形势下产生了。
介绍
自然界中由碳和氢两种元素组成的物质,我们称之为烃类。例如,工业生产中的“血液”——石油,而来源于石油开采和炼制生产的天然气、液化石油气、稳定轻烃、汽油、柴油等,也都是烃类物质。从整个石油组成来看,用于轻烃燃气原料的轻烃是石油组成中的某一段馏程。从石油碳原子数排列中看:第一段是天然气,碳原子数为1,被用于化工原料和优质的气体燃料;第二段是液化石油气,碳原子数为C3、C4,也是重要的化工原料和优质气体燃料。这两段为气态物质。碳原子数列的第四段即是全球的重要燃料——汽油,碳原子数从C7 至C12。轻烃是位于液化石油气与汽油之间的烃类,即C5、C6,这两段为液态物质。国内外均将这种组分作为制气原料,同样可以和天然气、液化石油气相媲美。
轻烃是石油开采和炼制过程中的副产品,在常温常压下呈液态。把 C5、C6 这类液态轻烃通过气化器气化,并按照工艺要求与一定比例的空气混合,通过输配管网送至用户,就是轻烃混空燃气,也就是轻烃燃气。过去,人们对轻烃的综合开发利用不充分,除了少量用做锅炉和工业窑炉的燃料燃烧,部分用于乙烯工程外,还有一部分被石化企业点“天灯”烧掉。
轻烃燃气供气场所占地少,制气混气工艺较简单,制气过程不污染环境,投资成本比液化石油气、天然气要小得多,供应规模灵活,是国家能源综合利用政策大力鼓励的新型能源转化项目。
区别
这里只从安全使用角度来看二者相关的性能指标。可明显看出,储运及气化轻烃的容器是常压的,而液化石油气的储运、气化容器是压力容器。轻烃饱和蒸汽压小,不易气化,泄漏后蔓延范围小,而液化石油气的
饱和蒸气压大,泄漏后蔓延范围大,危险程度高。
特点
在自然界中由碳和氢两种元素组成的物质,我们称之为烃类。而石油、天然气、液化石油气、稳定轻烃、汽油、柴油等,它们都是由碳、氢两种元素组成的,也都是烃类物质。轻烃燃气使用的原料轻烃是以戊烷为主的烷烃类混和物,是尚未充分合理利用的石油、石化企业的副产品。国内外均将这种组分作为制气原料,其燃烧、排放、热性能可以与天然气、液化石油气相媲美。轻烃常温下为液体,密度为0.63~0.68kg/l,自燃点比液化石油气要低,相同温度下的饱和蒸汽压也比液化石油气低得多,它的
沸点温度为36.4℃,与液化石油气相比,由于不易气化,泄漏后蔓延范围小,所以比较安全。轻烃燃气有以下几个方面的特点:
基本不含有毒有害物质,在生产和使用过程中无“三废”、无二次污染,燃烧时无任何废气产生,洁净、安全,被专家誉为“绿色燃料”。
原材料来源广泛,运输方便,尤其是距离气源比较近的地区,价格合理适中,轻烃原料价格根据不同地区和炼油厂的情况不同,一般比液化石油气每吨低500~800元不等,并且不需缴纳资源费。
轻烃混合燃气蒸汽压低,可用低压容器储存,混气与气化在同一装置中进行,其工艺与液化石油气混空气有所不同;又因其混气设备可满足一年中最高用气量的要求,无须储气装置,所以,建站的一次性投资较少。
轻烃混入空气后,混合燃气容易燃烧完全,提高了灶具的热效率,不存在冬季的残液问题,加上原料价廉,使用费用低。
有利于环境保护,减少大气污染。轻烃预混空气后,由于燃烧完全,可降低烟气中CO的含量,轻烃混合气的
热值一般为5000kcal/m3,采用轻烃混合燃气替代柴油或
燃煤锅炉用于冬季取暖,不但降低烟气中的CO、CO2及颗粒物的排放,而且能节约柴油,原料价格却比柴油每吨低900元以上。
轻烃混合燃气工程的规模可大可小,供气方式简单,占地面积小、靠近用户。不需铺设长输管道,而且管道自成系统,使用机动性大,对于远离市区野外独立的建筑物均可以安装,不受外界的约束,不受距离的限制。建站工程施工工期短,同时可满足炊事、热水和冬季取暖等多种功能需要。
发展现状
轻烃燃气是一种洁净、价廉的新型液体燃料,已在国内十余个省市推广。随着我国公用事业改革,必将得到迅速发展。轻烃作为洁净燃料可替代燃煤和燃油,对我国经济、环境、资源的可持续发展具有战略意义,应该说,轻烃燃气有望成为既经济又清洁的节油替代燃料之一。
近年来,随着广大农村经济的发展,尤其中央提出加强新农村建设,迫切要求改变生活用能源结构;同时随着国内外石油、天然气资源的开发和利用,也将产出更多的轻烃,为轻烃燃料的使用提供了条件。为了满足部分中小城镇、农村以及城市郊区对气体燃料愈来愈大的迫切要求,
20世纪80年代在我国开始出现轻烃混合燃气技术和应用工程。1996年11月,国家经贸委、国家计委、财政部、税务总局发布的《资源综合利用目录》,已将轻烃燃料列入国家鼓励开发利用的资源种类。作为民用燃气,国家有关部门也颁布了有关管理法规,如已经批准执行的国家标准《稳定轻烃》GB9053、农业部行业标准《轻烃民用燃料》NY313、《轻烃民用燃料灶具》NY314。
2004年国家发改委、科技部、国家环保总局将轻烃燃气技术列入《国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术》。
2002年12月30日,国家有关部门制定并通过了一部指导轻烃混合燃气工程的《民用轻烃混合燃气工程技术规范》,并于2003年3月1日起施行。该规范的主要内容包括:轻烃燃料质量、轻烃混合燃气质量、供气站、室外管网、室内管道以及混气设备的设计、安装及阶段验收、竣工验收等。从安全适用、技术先进、经济合理、环境保护等方面对轻烃混合燃气的工程技术做出了原则性和实用性具体的指导。
发展缓慢原因
轻烃燃气制气技术是资源综合利用,循环经济的典型应用技术,但是轻烃燃料发展缓慢的重要原因有三个:
一是人们对这种优质的洁净燃料替代燃煤燃油缺乏应有的认识;二是仍有众多虚假骗人的广告所造成的负面效应,如在轻烃中加入二甲醚、甲醇、苯等,成为非常危险的复合燃气,进而非法牟利;三是一些不具备开发、研制、生产、施工条件,没有取得政府主管部门资质许可单位,在利益的驱动下违章施工,多有事故发生,已引起政府有关部门的高度重视。
轻烃与液化石油气一样,在使用时都是预混空气,不添任何物质,不属于《关于城镇使用新型复合燃料有关安全问题的通知》(公消[1995]97号)文件所提及的复合燃料。国家财政部门财税字(1994)20、21号等文件规定,对利用原油、天然气生产过程中和石油化工尾气中回收提取轻烃等产品的企业给予政策优惠。上述标准的颁布以及优惠政策实施,无疑对轻烃燃气这一新生行业的健康有序发展提供了政策保障和良好的外部环境。
技术成熟
由于轻烃技术是社会和经济效益并举的项目,研制的企业较多,一些在技术、质量上均达不到标准的企业在利益驱动下纷纷上马,自1994 年中国农村能源行业协会新型液体燃料委员会成立以来,在技术交流、制定标准、支持重点企业、打击虚假广告以及在提高产品质量、安全生产等方面进行了大量的宣传和组织工作。
经过近 6~7 年研究、中试和市场整顿,成员单位中,已经有一些公司可以提供较成熟的气化、混气设备及整套工程图纸,并已经进入国内市场。
轻烃的来源
1 .各油田、采油厂提取的C4~C8 的混合物——轻质油(各油田的叫法不一)。
2.广东石化、扬子石化、镇海石化生产的副产品——塔顶油。
3. 天然气田、油田开采中的凝析油,主要成份是链烷烃(占3%),不含烯烃。
4. 炼油厂轻烃:原油常压蒸馏的轻石脑油,石油二次加工如催化重整、加氢裂化的产品中均含一定数量的 C5 及 C5 以下烷烃组分。
5. 石油化工厂轻烃,主要是溶剂油。
轻烃资源属化工产品,分为活性和非活性组分两种,其中活性组分的原烯烃和双烯烃如
异戊二烯、
环戊二烯、间戊二烯因其反应活性很高,是很有价值的化工原料,非活性组份主要是异戊烷和正戊烷,只能用作燃料。
效益
1.轻烃混气工艺、设备、控制技术属于自主知识产权,其供气规模可根据不同场所确定,具有成本低、建设周期短、无污染、使用安全、运行管理易于掌握的特点。由于不需大的储气设备,占地面积小,有的设备可地下安装,因此是治理环境污染、方便人民生活、促进城镇燃气化建设的好项目。
2. 可以减少大气污染。由于轻烃预先混入部分空气,所以在燃烧时还可减少烟气中的
碳氢化合物和CO燃具的热效率比单纯烧液化气有所提高。经在酒店灶具上的测试得知,对同一种灶具的热流量,当使用柴油时热效率为 18%~19.5%,烟气中 CO 含量大于 1.2%,改用轻烃燃料后,热效率为 23.99%,烟气中 CO 含量仅为0.03%。如果采用轻烃混气代替柴油后,上述指标(CO除外)还会更好。
3.具有明显的经济性。轻烃燃料的售价由于炼制厂、产地不同相差很大,一般比液化石油气低500~600元 / 吨,高的可达 800元 / 吨。轻烃饱和蒸汽压较低,所以贮气罐、气化混气装置的压力均较低(P < 0.2MPa),混气设备全部埋入地下,节省了管路的投资,对规模在1000户左右的地区,每户成本一般低于 2000 元。由于轻烃原料价格低于液化气,所以对相同热值的轻烃混气,也低于液化气混气。单元式轻烃混气采暖一次性投资因采暖热水器的档次和价格不同而有较大的差异,一般热水器
功率在 15k W(15480cal/h)以下的约每台 5000 元,可供120~200m2面积供暖,平均投资约25~42 元/m2,因此,比城市集中供热和区域锅炉房供热投资 6 0 ~7 0元 / m2低得多。
发展前景
1. 中国加入世贸组织后,国有经济布局已开始进行战略性调整,我国国有经济共有 236 个门类,其中 148 个门类(占 62.7%)即将放开,参与市场竞争。我国公用事业:水、电、暖、气常年由巨额的财政补贴维持运营,严重影响了城市基础建设的良性发展。公用事业必将放开管制,取消补贴,与市场价格接轨。这意味着不同体制企业将在同一个起跑线上参与公平竞争,对于经营轻烃混气的企业无疑是特大喜讯。
2. 防治燃煤产生的大气污染已经成为全国各地区有效控制污染物排放总量的重要措施。北京市政府下了死命令:将700座供暖燃煤锅炉改为
燃气锅炉,对执行不力的单位要追究其领导责任。从环保角度出发,在能源匮乏的前提下,轻烃混气作为城市、乡镇、农村的燃气补充,用于炊事、洗浴和锅炉供暖,其发展前景巨大。
3. 到2020年,中国人口将增长到15 亿,城市化进程要持续20年左右。入世后大量农机和农产品涌入中国,农村剩余劳动力迅速增加。“十五”计划中已经明确了我国城镇化的发展模式。我们认为,环保的要求、房地产业的兴起以及人们对高品位洁净燃料的渴望给燃气业带来了不可估量的商机,轻烃混气也必将在燃气行业中得到最大程度的发挥。
成功经验
沧黄高速公路地处河北省东部的沧州市,全长93.585km,设计标准为四车道高速公路,西部与石黄高速公路相连,东部直达黄骅大港,全线管理设施总建筑面积2.8万m2,下设一个管理处、两个服务区和五个收费站。在本项目工程可行性研究阶段和初步设计阶段,就对管理设施的设备配套方案进行了认真比选和论证,尤其是把解决燃料问题作为工作的重点。经过长时间的考察和调研,经专家论证确定采用轻烃燃气发生装置及供应系统,作为沧黄高速公路管理设施的工作及生活燃气气源。该系统同时给炊事、热水和锅炉供暖提供燃气气源。
使用
1999年洪洞县教育局在城东河滩里教师安居工程住宅小区采用了一种叫轻烃燃气的气体作为燃料,解决了小区住户做饭用气的集中供应的问题。这种轻烃燃气的原料是石油炼油厂的副产品,原料经过加工后,用管道送往用户。它的主要成分是戊烷和乙烷,即人们常说的碳五碳六,常温下为液态。它的低热值5 000 kcal/m3,而液化石油气为26 000 kcal/m3,天燃气8 000 kcal/m3,焦炉煤气为4 000 kcal/m3,轻烃燃气与石油液化气和天燃气相比,产热值低;与煤气相比,产热值略高。其50%蒸馏点在50℃ ~ 80℃之间,受热即由液态变成气态,加入氧气后即可点燃燃烧,有可利用价值。
教育局小区使用轻烃燃气敷设管道输送给用户,2000年收费1.3元/m3,一个三口之家每月用气25 m3~ 30 m3,花费32.5元~39元;液化石油气10kg/月~ 20 kg/月,花费40元~ 48元,如果液化气不满,花费更高,有时罐内残液清除不及时,会使锅熏黑,大多数用过的家庭都出现过。相比之下,轻烃燃气比较洁净,用户反映良好,花费比液化气略低,而且使用也方便。
与城市煤气相比,同样三口之家每月花费15元~ 18元,轻烃燃气费用比煤气高,但洪洞县没有煤气公司,因为一般煤气发生站要设于郊区,煤气通过城市管网输送到城里各用户,煤气管道要深埋于地下,但县城地下水位平均只有1.0 m,煤气管网敷设困难,造价太高。相比之下轻烃燃气站可建在居民小区里,有条件的地方(如教育局小区)也可建小型站,只要满足防火要求,小范围内敷设管网还是可行的。
一气多用
2000年建设部第76号令明确规定,《民用建筑节能管理规定》于2000年10月1日起实施。集中供热是通过管网进行热量的输送,在输送过程中热量的损失较多,其实际热效率较低,浪费严重,燃烧过程中排放的大量有害气体和尘埃,是冬季大气污染的重要原因之一。由于地下水位高,城中住宅区集中供热管网敷设困难多、难度大、费用高,那么,能否利用轻烃燃气作为热源,每户设独立采暖系统,这样做饭、洗澡、取暖一气多用,既做到了采暖分户计量,又解决了用户做饭、洗澡的热源问题,还省掉了
采暖锅炉房和热力管网敷设的部分投资。
经过调查研究,得到的结论是肯定的。轻烃燃气与天然气、液化石油气、煤气一样,都是一种气体燃料,它同样可以利用专用
壁挂式采暖炉或
燃气热水器向用户提供采暖、洗浴所需的热水,以满足用户的需要。国内已有轻烃燃气具专用生产厂家,这种燃气炉和燃气热水器的热效率一般在90%以上。(产品使用说明书标注95%左右)。
优越性
采用壁挂式燃气采暖炉和燃气热水器有明显的优越性。1)使用简便。2)舒适。可配备
温控器,随时调节室内温度,还可提供适量、适温的热水供洗浴。3)节省能源。省掉
供暖锅炉房、室外管网,减少了热媒在输送、生产过程中的损失,提高了热效率。与集中供暖相比可节约能源20%~ 30%左右。4)与烧煤相比是一种清洁燃料。5)安全。带有各种安全保护装置。6)计费方便。可根据燃气用量和耗电量计取费用。7)调节灵活。用户可根据自己的情况开、关热水器,降低费用。8)它的水温很适合采用
地板辐射采暖。
问题
1)用户的燃气炉或燃气热水器燃烧后产生的烟气不能直接引至墙外排放,最好能采用变压式排气道,引出屋面排放。2)要选用合格产品,并将其安装在厨房,厨房要有专用的进风设备,不得将燃气炉或热水器设于卫生间或其它房间。3)由于轻烃燃气管道是中压输送(10 kPa~ 300 kPa),因此每户必须设减压阀。4)小区设燃气发生站时,必须考虑安全防火问题,要严格按照国家有关规范、规定执行。
结束语
我国轻烃(C5)的产量较为丰富,且无较好的利用出路,国外的中东、东欧、俄罗斯、更是如此,且进口价格均大幅低于国内同类产品。沧黄高速公路的成功经验表明,将油气田及石化企业的副产品——轻烃,通过气化装置转化为轻烃燃气,作为燃煤、
燃油锅炉的替代燃料及城镇居民生活燃料的补充,不仅具有明显的经济效益,而且对石油资源合理利用和维护国家能源安全,实施经济、能源、环境可持续发展具有战略意义。有关部门应加强调研,正确引导,促进我国燃料结构的多元化,推动我国资源的节约与合理利用。从环保角度出发,在能源匮乏的背景下,轻烃燃气作为城市、农村的燃气补充,用于炊事、洗浴和锅炉供暖,其发展前景应该是广阔的。为了更好地贯彻十七大提出的,未来应努力“建设生态文明,基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式”的精神,认真学习沧黄高速公路轻烃燃气供气站的成功经验,在公路系统推广应用资源综合利用项目——轻烃燃气供气系统,为实现我国节能减排和可持续发展的长远目标做出贡献。