天然氣液化技術及應用探析

張振生

摘 要：液化天然氣（LNG）作為天然氣一種應用形式，有明顯的優越性，尤其在天然氣運輸和存儲方面。本文首先分析液化天然氣特點及作用，然后詳細闡述了天然氣液化工藝技術要點，最后說明天然氣液化技術應用方向。

關鍵詞：天然氣液化；技術應用；

中圖分類號：F407.22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-02-00-02

一、液化天然氣特點及作用

液化天然氣主要成分是甲烷，是地球上公認的最干凈能源。油氣田開采的天然氣經脫水、脫酸性氣體及重烴組分，去除一些有價值的成份，如氦、及一些對下游產業不利的成分，如水、和一些高分子碳氫化合物，之后再經冷卻降溫操作，獲得天然氣低溫液態產品。當溫度低至零下162攝氏度時，天然氣從氣態轉變為液態形式，是一種無色無味、無毒的燃料。這就是人們所說的液化天然氣（英文是LiquefiedNaturalGas，簡稱為LNG）。

壓縮天然氣的體積能量密度約為汽油的26%，而液化天然氣（LNG）體積能量密度約為汽油的72%，大大高于壓縮天然氣。天然氣液化后便于進行經濟可靠運輸，儲存效率高、占地少、投資省，有利于城市負荷平衡調節。液化天然氣生產過程中釋放出的冷量可回收利用，且低溫液化過程中能分離出各種有價值的副產品，對環境保護而言有非常重大效用，能有效減輕城市污染情況出現。

較為常用的壓縮天然氣一般具有較高的壓力，這給天然氣的運輸以及貯存帶來了許多的不安全因素，而液化天然氣則不會有太高的壓力存在，因此更具安全性。另外，在使用中液化天然氣更為清潔，天然氣在液化前一般會經過嚴格的預凈化，從而，液化天然氣中的雜質含量相對較少，使用過程中造成對環境的污染程度更小。

二、天然氣液化工藝技術要點

（一）天然氣預處理

天然氣預處理是指脫除天然氣中硫化氫、二氧化碳、水分、重烴和汞等雜質，以免這些雜質腐蝕設備及在低溫下凍結而堵塞設備和管道。脫水主要有冷卻、吸收、吸附3種脫水方法，天然氣從地層開出后，常含有水蒸氣，還含COS、C02、H2S及RSH等一些酸性氣體，這種天然氣由于含酸性氣體，常被稱為酸性氣或含硫氣。酸性氣體對人身有害，對設備管道有腐蝕，由于其沸點較高，降溫過程中易析出固體，因此一定要進行脫除，通常采用醇胺法和分子篩吸附進行脫酸。

（二）天然氣液化操作工藝

通常天然氣液化工藝操作原理包含以下幾方面內容：

1、混合制冷劑液化操作工藝

混合制冷工藝多采用烴類混合物作為制冷劑，代替階式制冷工藝中多個純組分。其制冷劑組成根據原料氣組成和壓力而定，利用多組分混合物中重組分先冷凝、輕組分后冷凝特性，將其依次冷凝、分離、節流、閃蒸得到不同溫度級冷量。另外，據混合制冷劑是否與原料天然氣相混合，分閉式和開式兩種混合制冷工藝。

2、級聯式制冷液化操作工藝

級聯式液化流程中較低溫度級循環，將熱量轉移給相鄰較高溫度級循環，主要應用于基本負荷型天然氣液化裝置。比如丙烷和甲烷等，透過多個制冷體系分別和天然氣完成換熱，使天然氣溫度能逐漸降低至液化基本要求。

3、膨脹制冷操作工藝

膨脹制冷工藝，是利用高壓制冷劑通過透平膨脹機絕熱性能，并使用克勞德循環制冷技術完成天然氣液化操作，氣體在膨脹機中膨脹降溫時，能輸出功，可用于驅動流程中的壓縮機。據制冷劑不同，膨脹機制冷循環可分氮氣膨脹液化流程、氮氣-甲烷混合膨脹液化流程和天然氣直接膨脹液化流程。這類流程簡單、調節靈活、工作可靠、易啟動、易操作、維護方便、投資省，但能耗略高。

（三）天然氣液化裝置

液化裝置通常用基本負荷型和調峰型兩種，基本負荷型是一種大型液化裝置，可用于當地使用或外運。該裝置液化單元大都使用級聯式液化或混合制冷劑液化兩種流程。目前新建與擴建的基本負荷型天然氣液化裝置，基本上都使用丙烷預冷混合制冷劑液化流程。調峰型液化天然氣裝置一般用于調峰負荷或補充供應冬季燃料，以液化方式儲存在低峰負荷時過剩的天然氣，用于高峰或緊急情況。該裝置在匹配峰荷和增加供氣可靠性方面發揮著重要作用，可極大的提高管網經濟性。

調峰型天然氣液化裝置與基本負荷型天然氣液化裝置相比，屬于小流量天然氣液化裝置，由于生產規模相對較小，不適合于連續運行，它的液化部分一般使用帶膨脹劑液化和混合制冷劑液化流程。

（四）運輸

當天然氣處于液態時，其密度為標準甲烷的625倍。也就是說，1立方的液化天然氣等同于625立方的天然氣。因此，相比于天然氣的氣態形式，液化后的更方便于運輸和貯存。天然氣液化后體積能縮小600多倍，將更便于經濟安全的運輸。從輸氣經濟性方面考慮，陸上3000千米左右運距內，利用管道輸氣比較經濟，當超過3500千米后，用船運方式優勢更為明顯，能夠使大量風險性管道投資有效降低，節約運輸成本。

液化天然氣船建造技術的不斷發展提高了液化天然氣的運輸效益，主要體現在日氣化率降低及蒸發氣回收利用上。目前應用的液化天然氣船，由于大都沒有再液化裝置，動力燃料主要利用消耗蒸發氣，而不進行回收液化。液化天然氣由于具有高效、清潔、價廉的優點，因此被列入開發利用的重點能源。液化天然氣船的建造可滿足進口液化天然氣運輸能力的需要。

三、液化天然氣的應用方向

（一）液化天然氣冷能的利用

由于深度的冷凍液化作用，在液化天然氣中蘊藏著巨大的能量，可以利用液化天然氣的冷能的原理概括為：當液化天然氣使用過程中，與腸胃環境相比較，二者之間存在著比較大的壓力和溫度差。此時，液化天然氣從液態轉變為氣態，在其中蘊藏的大量冷能被釋放出來，經過合理的回收利用，我們能夠很好的利用這些天然氣冷能。常壓的條件下，每公斤的液化天然氣轉化為常溫氣態可釋放出大約879千焦的能量。這些能量可以利用在諸如：發電、冷凍倉庫、空氣液化分離、比如低溫破碎、制造液化二氧化碳水以及冷凍食品、污染物處理等方面。

（二）液化天然氣應用于調峰

液化天然氣在貯存和運輸方面有著很大的優勢，因此，在很大程度上克服了地理條件以及運輸距離、容量等的限制，相對來說，應用更加經濟。為此，我們可以采用液化天然氣來調劑天然氣供應不均衡的現狀。對于能源短缺國家可以有效保證天然氣供應，同時對于氣源充沛國家可以進行有效調峰。目前，在西方國家，液化天然氣的調峰技術發展的相對比較成熟，我國當前在這項技術方面也在逐漸發展。

（三）液化天然氣應用于發電

在天然氣進行液化處理之前一般要進行天然氣的凈化處理，這種技術處理掉了原始氣體中的大部分氣體雜質。當把液化天然氣作為燃料時，諸如S02等有害氣體的釋放量比較少，因此氣體燃燒產生的污染相對較少。采用液化天然氣進行發電，在很大程度上可以減少環境污染，使得經濟和環境得到了共同發展。

（四）液化天然氣應用于汽車

由于天然氣的低污染，它是未來汽車待用的一種優質燃料。與常用的石油燃料相比，天然氣的儲存能量更大、噪聲低、壓力低、低污染。天然氣汽車在我國也得到了長足的發展。

（五）未來應用前景

專家預言，液化天然氣未來將在那些耗氣量大、不可能使用壓縮天然氣的運輸工具，如飛行器、鐵路機車以及船舶上大顯身手。因此，近年來國際上紛紛大規模展開了低溫飛行器及相關基礎設施（生產、運輸、存儲以及加注等）的科研和試驗設計工作。

四、結束語

作為新興產業，液化天然氣不僅面臨較好的機遇，同時也面臨著較多的挑戰。當前，伴隨著國家能源結構的調整以及對清潔能源的需求增大，天然氣的液化處理不僅有利于能源安全供應，對環境保護等方面也有著積極作用。

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