基于核心文獻的液化天然氣研究熱點與分析

趙 狀，田 壘，王 哲

（1.蘭州石化職業(yè)技術學院機械工程學院，甘肅 蘭州 730060；2.中國石油天然氣股份有限公司天然氣銷售河南分公司，河南 鄭州 450001；3.清華大學能源與動力工程系，北京 100084）

液化天然氣 （Liquefied Natural Gas，縮寫為LNG）是指將天然氣經過脫除二氧化碳、硫化物、水、汞、重質烴和氮氣等雜質后，在常壓下深冷至約-162℃液化得到的產品。由于其儲存量大，運輸靈活，安全可靠，清潔環(huán)保，作為氣源是天然氣利用的最高效形式。

早在20世紀90年代，我國就制訂了液化天然氣發(fā)展規(guī)劃，90年代中期科研人員完成了天然氣深冷分離及液化裝置的工業(yè)性試驗［1］。2001年，我國第一座小型基本負荷型天然氣液化工廠在中原油田投產，生產出的液化天然氣通過槽車外運。2006年國內第一座LNG接收站正式投運，標志著中國開始進口液化天然氣。據(jù)國家統(tǒng)計局、海關總署數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2007年液化天然氣進口291.3萬噸，2019年進口液化天然氣6061.41萬噸，超越日本成為全球液化天然氣進口最大國。

本文以中國知網和Web of Science上發(fā)表的學術文獻為基礎，用復雜網絡理論［2］分析液化天然氣研究領域，建立關鍵詞之間的復雜網絡，并采用文獻計量法借助CiteSpace［3］知識圖譜軟件及Gephi［4］社會分析可視化軟件，通過定量為主定性為輔對文獻進行分析與歸納，重點分析國內文獻演化趨勢，以數(shù)據(jù)可視化的方式直觀有效的展示該領域的研究現(xiàn)狀、預測研究方向。

1 液化天然氣研究領域發(fā)展概況

中國知網為檢索平臺，采用數(shù)據(jù)庫高級檢索，檢索文獻來源于基礎科學、工程專輯、信息科技、經濟與管理科學分類目錄。輸入檢索條件：設置篇名包含 “液化天然氣”，不限制文獻發(fā)表時間，共找到2412條結果。同理檢索Web of Science上的核心合集，以 “l(fā)iquefied natural gas”為標題的文獻共有721條。

從文獻發(fā)表年度上來看，總體上，以液化天然氣為標題的文獻數(shù)量都呈增長趨勢，如圖1所示。

圖1 歷年液化天然氣為標題的文獻數(shù)量

WOS數(shù)據(jù)庫中最早文獻收錄于1964年，前期研究在1968年最為熱點，中期發(fā)文量穩(wěn)定，2003年后穩(wěn)步發(fā)展，2013年后數(shù)量暴增。CNKI數(shù)據(jù)庫于1973年收錄第一篇文獻，并且2004年和2010年是 “拐點”，都是以液化天然氣篇名文獻數(shù)量倍增的起點。這表明，國內從2004年起，液化天然氣的研究熱度上升，液化天然氣開始成為一個重要的研究領域，這也和我國天然氣領域發(fā)展背景符合。2004年西氣東輸一線工程竣工，正式向上海供氣。之后的干線、連接支線以及沿海LNG接收站的建產，標志著我國大規(guī)模天然氣生產和消費的時代到來。同樣，2010年開始，政府和 “兩桶油”陸續(xù)對傳統(tǒng)運輸工具，汽車、船舶 “油改氣”提供政策和技術扶持，促進了液化天然氣的大力發(fā)展。2012年國家正式發(fā)布了 《天然氣發(fā)展 “十二五”規(guī)劃》，對液化天然氣的政策扶持繼續(xù)發(fā)力。該研究領域文獻數(shù)量上持續(xù)爆發(fā)，并在2015年達到峰值。而2016年出現(xiàn)大幅下降，表明受國家規(guī)劃 “刺激”的液化天然氣相關領域的研究已經取得了階段性成果，也揭示相應的研究會有新的進展。同時，也可能是受到2015年全球能源危機影響，當年國內天然氣消費增速創(chuàng)10年來新低，LNG接收能力過剩問題明顯［5］，減緩了研究速度。

2 國內液化天然氣領域關鍵詞的共文獻網絡分析

文獻關鍵詞隨年份的變化在一定程度上可以反映該研究領域的發(fā)展規(guī)律。首先對CNKI平臺檢索到的文獻人工剔除報紙報道等相關無效條目，文獻的分析處理以五年為一個樣本切片。由于1973～1994年文獻較少，不做切片處理，統(tǒng)一做為第一個樣本分析，所以第二個樣本切片為1995～1999年，依次到分析至第六個樣本2015～2019年。應用CiteSpace.5.6R3導入文獻分析得到六個樣本關鍵詞的共文獻網絡。

共網絡分析中節(jié)點的中心度 （介數(shù)）值越大，該節(jié)點越是該網絡的核心［6］，表示該節(jié)點所對應的關鍵詞在該樣本共文獻網絡中是研究的重點。本文提取每份樣本中介數(shù)最大的10個節(jié)點所對應的關鍵詞 （去掉 “液化天然氣”“液化氣”“LNG”“天然氣”這幾個重復性節(jié)點，便于觀察）如表1所示。

表1 國內液化天然氣文獻共關鍵詞網絡介數(shù)Top10節(jié)點

分析表1，可以得到這些年來國內液化天然氣研究方向的變化趨勢。1973～1994年國內對液化天然氣的研究主要是對來自本領域內技術先進國家的經驗借鑒［7］，后期也有科研先驅對液化天然氣基本理論和儲存裝備進行深入研究［8］。1995～1999年，“汽油”、“汽車”節(jié)點介數(shù)較高，表明國內學者開始討論 “油改氣”的相關論題［9］，同時受到國家提出大力發(fā)展天然氣政策的影響，對液化天然氣船和液化工廠的相關研究增多［10，11］。2000～2004年，“能源”、“接收站”節(jié)點介數(shù)靠前，彼時國家已經開始了 “西氣東輸”工程的建設，管道氣缺口已經解決，針對接收海上進口液化天然氣下游的相關問題研究逐步展開，如冷能回收［12］開始討論。2005～2009年，這一階段隨著陸地管網、接收站、液化工廠的建設，已經形成了我國自主的液化天然氣產業(yè)鏈［13］，相關的研究也逐步轉向應用領域。2010～2014年，受到汽車、船舶 “油改氣”政策［14］利好影響，“加氣站”在這一時期得以大力建設，中海油廣東LNG接收站的良好運行起到了示范作用，國內沿海開始興建LNG接收站，分布式能源的布局也促使利用冷能 “發(fā)電”［15］成為高介數(shù)節(jié)點。2015～2019年，國內能源結構深化改革，“2+26”城市大氣污染綜合治理攻堅戰(zhàn)，中俄合作的 “亞馬爾”液化天然氣項目舉世矚目，國家管網公司成立，對天然氣的需求逐年遞增。液化天然氣產業(yè)鏈更加完善，自主液化天然氣裝備的研究［16］已達世界水平，眾多LNG接收站和液化工廠相繼投產，大量的冷能有待利用，同時國內研究者也越來越關注液化天然氣帶來的諸多安全問題［17，18］。

3 液化天然氣研究領域關鍵詞的知識圖譜

本文應用CiteSpace.5.6R3分別導入WOS和CNKI檢索到的歷年全部有效文獻聚類分析輸出液化天然氣研究領域熱點的文獻關鍵詞知識圖譜，再通過Gephi軟件優(yōu)化后如圖2和3所示。

圖2共生成節(jié)點209個，邊389條；圖3共生成465個節(jié)點，672條連線。圖譜中連線越多的節(jié)點，在研究領域內越關鍵越成熟。

圖2所示國外液化天然氣領域研究熱點主要圍繞 “model”“methane”“hydrogen production” “recovery” “thermodynamic analysis” “boil-off gas”“l(fā)iquefaction”“power cycle” “optimal design”“exergy efficiency”等重要節(jié)點展開。圖3所示國內液化天然氣領域研究熱點主要圍繞 “液化氣”“LNG”“接收站”“儲罐”“液化天然氣船”“罐箱”“溫度場”“工藝”等重要節(jié)點展開。也有一些獨立的節(jié)點，如 “調峰”“事故樹分析”“球閥”“浮式液化天然氣”“重氣泄漏”“相變”“兩相流”“節(jié)能降耗”等，這些節(jié)點所代表的是亟待深入研究的方向。此外，連接程度尚不密集的節(jié)點應是今后跨方向研究合作的著手點。

綜合圖譜分析，國內外液化天然氣研究的熱點可以概括兩個領域六大方向。工程技術領域：一是液化天然氣儲運的安全問題，其中運輸安全代表節(jié)點如 “翻滾 （rollover）” “分層 （stratification）”“液體晃蕩”等，儲存容器安全代表節(jié)點如 “焊接材料”“低溫鋼筋”“定期檢驗”“低溫靜載試驗”“隔震”等，儲存消防安全如 “泄漏” “池火災”“蒸氣云爆炸”等。二是液化天然氣產業(yè)鏈相關工藝和工程應用的研究，如 “混合冷劑 （mixed refrigerant）”“流程模擬 （simulation method）” “多級循環(huán) （combined cycle）” “冷能利用 （cryogenic exery utilization）” “低溫粉碎” “循環(huán)發(fā)電 （cogeneration）” “罐頂氣升” “造價管理” “風險管理”“multi-objective optimization” “l(fā)ife cycle assessment”等。三是液化天然氣相關裝備的應用研究，如 “液位計”“液散貨集裝箱”“模擬艙”“液化天然氣加氣機”“液化天然氣罐車”“浮式液化氣船（FLNG）”“保冷層”“低溫球閥”“汽化器 （open rack vaporizer）”等。四是對氣源的研究如 “焦爐煤氣”“煤礦瓦斯”“shale gas”。五是對技術標準的研究，如 “技術體系” “標準化”。經濟貿易領域：主要是液化天然氣國際貿易的研究，如 “LNG supply chain”“天然氣消費”“投資”“運輸市場”“海運貿易 （maritime transportation）”“產能”“采購協(xié)議”和涉及到液化天然氣進出口地區(qū)和國家市場的分析。

圖2 液化天然氣研究關鍵詞圖譜 （WOS收錄文獻）

圖3 液化天然氣研究關鍵詞圖譜 （CNKI收錄文獻）

總體來看國內外兩個檢索庫所載文獻研究熱點大體一致，對比研究熱點，國外文獻甲烷產業(yè)鏈相關研究更為成熟，針對冷能工藝優(yōu)化的研究更為廣范，國內對接收站、液化天然氣儲運裝備、液化天然氣汽車和低溫材料的研究更為關注。

4 結論

本文通過對國內外液化天然氣相關文獻的研究，分析歷年的文獻數(shù)量，通過建立關鍵詞的共文獻網絡，研究關鍵節(jié)點的變化規(guī)律，以及建立該領域的知識圖譜，得出以下結論：1）國內液化天然氣的研究在2004年進入到快速發(fā)展階段，并在2015年取得了一系列成果，從認識液化天然氣到全產業(yè)鏈相關工程技術的研究，再到對液化天然氣儲運安全的極大關注，經歷了由粗淺到深入，學習先進經驗到自主創(chuàng)新應用的過程；2）知識圖譜清晰呈現(xiàn)了國內外液化天然氣研究領域的方方面面，大體可總結為六個方向。本文的研究主要是基于文獻的關鍵詞內容，在一定程度上梳理了我國液化天然氣領域研究的發(fā)展歷程，同時揭示了該領域研究熱點，可為今后液化天然氣領域研究提供參考。