液化天然氣技術及其應用探析

張毳+張虎林

摘要：天然氣作為清潔環保能源在我國得到大范圍推廣，并迅速得到人們認可，但在實際應用中也面臨著眾多問題，其中最為顯著的就是如何更有效地應用LNG技術。文章以自身經驗為基礎闡述了LNG技術，并分析該技術在應用中需要注意的問題。

關鍵詞：液化天然氣；預處理；產品提取；技術應用；LNG技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TE646 文章編號：1009-2374（2016）32-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.073

隨著天然氣的廣泛應用，LNG憑借著方便運輸與存儲的特點成為天然氣企業開采的首選方式。經過一系列操作將氣態天然氣轉為液態形式，提高運輸與存儲效率，降低企業生產成本，同時避免不必要的能源浪費。液態天然氣使用時，需要將其轉為常溫氣體，在這個轉變過程中會釋放大量的冷能，有效利用這些冷能可以降低能源消耗。本文中筆者以調峰型LNG工廠為例，展開相關論述。

1 液化天然氣優勢分析

液化天然氣有著明顯的優勢，筆者從安全環保、投資效益與冷藏優勢三個角度進行分析。

1.1 安全環保性

與一般的天然氣相比，液化天然氣是清潔型能源，可以完全燃燒，而且具有很大的優勢，可以減少對環境的污染和破壞，降低對人們生命健康的危害率，具有很大的安全性。氣態天然氣的密度比空氣的密度小，一旦泄露，就會迅速擴散，嚴重威脅著人們生命健康的安全和周圍設施的穩定，具有極大的危險性。而液化天然氣的溫度非常低，非常容易儲存和運輸，安全性極大，是人們可以廣泛使用和信賴的能源。

1.2 投資見效快

在儲存液化天然氣時，只需要利用溫度較低的槽車就可以，不需要使用大型的儲氣設備，而且同樣適用于遠距離運輸，大大減少了液化天然氣運輸的成本，提高了天然氣企業的經濟效益。液化天然氣只需依靠氣化站就可以確保規定范圍內的平衡供氣。對于天然氣企業和相關部門來說，液化天然氣的建設投資不僅有經濟效益和環境效益的優勢，更重要的是在時間上也具有優勢。

1.3 冷藏優勢明顯

隨著時代的發展和城市化進程的加快，普通的能源已經不適合時代的發展需求，人們更加追求環保、安全的清潔型能源，這種情況下，液化天然氣以其顯著的優勢被迅速應用和普及。液化天然氣的優勢不僅體現在其自身，而且在發生物理反應的過程中也具有優勢，供人們加以利用。液化天然氣在氣化的過程中會釋放出大量的冷氣，借助這種釋放出來的冷氣可以進行很多活動，不同的溫度有不同的優勢，比如進行橡膠研磨、建設速凍冷庫、夏季供冷等。

2 天然氣預處理過程分析

天然氣液化由兩部分組成，包括預處理與液化兩部分，通常預處理在天然氣進入液化裝置與設備前進行。天然氣預處理指的是脫除天然氣中含有的H2S、CO2、H2O等雜質，避免這些雜質腐蝕或堵塞設備情況的出現。除此之外，還需要清除掉其中的惰性氣體，比如氮氣等。經過預處理的天然氣要比管輸氣更清潔，調峰型LNG工廠原料基本為凈化過的管輸天然氣，但因為其標準不符合液化標準，還需要再次凈化。一般基本負荷型LNG工程距離氣源很近，井口氣中含有大量的雜質，因此液化前需要對其中的雜質進行清理。

2.1 脫水技術

水氣存在于天然氣中，會造成輸氣管道輸送能力的下降，降低天然氣的熱值。當含有水分的天然氣進入到液化裝置后，溫度低于0℃時水分會在換熱器與節流閥工作部分以冰霜凍結的形式存在。而且天然氣與水形成一種半穩定狀態的天然氣水化物，這種固態化合物在0℃以上會以固態形式存在，進而堵塞液化裝置的管線、噴嘴與分離設備。為了避免這種情況的存在，一般需要在高于水合物形成溫度時將其中的游離水清除，確保露點在

-100℃以上，目前常見的天然氣脫水方法有很多，這里筆者以吸附脫水方法為例進行分析。

現代LNG工程采用的吸附脫水方法基本上為分子篩吸附。天然氣液化或深度冷凍前，將天然氣的露點降至最低，這時應用分子篩脫水最為合適。吸附脫水法對氣溫、壓力等變化不敏感，但沒有腐蝕或氣泡等情況，其最大問題在于建設成本過高。

2.2 脫酸性氣體

天然氣中除了水分外，最常見的就是酸性氣體，常見的有H2S、CO2等。一般情況下將這種含有酸性的氣體成為酸性氣體與含硫氣。這種氣體除了影響人體健康外，還會腐蝕設備管道，加上本身沸點較高，降溫過程中很容易析出固體，因此必須清除掉。脫酸性氣體方法較多，一般按照其原理分成濕法與干法兩類，其中濕法指的是利用溶液或溶劑作為脫硫劑，常見的有物理吸收法、化學吸收法、聯合吸收法與直接轉化法；干法指的是采用固定床脫硫的分子篩法與海綿鐵法。

2.3 脫其他雜質

除了水分、酸氣外，天然氣中還含有一些雜質，比如重烴、汞等物質。

2.3.1 脫重烴。重烴一般指的是C5+的烴類。烴類的分子量由小到大，分子量與沸點成正比關系，后者也是由低到高進行變化，因此天然氣冷凝循環中先被冷卻下來的就是重烴。如果重烴沒有清除干凈，當溫度降低后重烴可能凍結成固體，堵塞冷凝設備。分子篩與活性氧化物只能脫除部分重烴，但不能有效降低重烴含量，因此需要采用深冷分離法快速脫除余下重烴。

2.3.2 脫除汞。很少的汞含量都會嚴重破壞鋁制設備，同時還會造成嚴重的環境污染，除此之外，設備檢修過程中可能會造成人身危害，因此有必要嚴格控制汞含量。現代企業中使用的是可再生的汞吸收劑HgSIV。

2.3.3 脫除氮氣與氧氣。天然氣中氮含量越高液化難度也越大，造成液化過程能耗變大。氧氣與其液化溫度相近，常壓下均為90K。高溫環境中氧氣的存在會造成凈化溶液出現降解。清除氮氣時通常采用閃蒸的方法，從LNG中選擇性地脫除氮氣。當天然氣中含有大量的氮氣，液化后用于調峰時，一般可以重點考慮氮-甲烷膨脹液化循環。

3 LNG工藝流程及產品提取

3.1 工藝流程

確定LNG工藝流程路線時，必須包含工序、輔助設備及外圍設備等，與此同時還需要確定相應的技術裝配要求。現場條件、氣源質量及生產技術決定工序與技術設備條件，當天然氣氣體進入到處理廠與LNG廠時，首先需要將重烴分離出來，通過儀表計量，確定運行壓力是否在允許范圍內，清除其中雜質，這點上文中已經詳細闡述，這里不再贅述。在利用冷劑冷卻分離出重烴后，剩下的主要為甲烷、戊烷及重烴氣體等。最后通過深冷換熱器冷卻氣體，通過閃蒸過冷至零下160℃液化。將冷卻分餾得到的乙烷重新注入到LNG中，其中丙烷與丁烷重新注入到氣源中，也可以直接作為LPG產品直接輸出，其他剩余產品直接作為汽油產品輸出。

3.2 產品提取

上文中講述工藝流程，接下來分析產品提取。煤制合成氨化肥企業生產中會產生含有CH4的尾氣，通常這些尾氣通過膜分離提氫裝置送到鍋爐中燃燒掉，能源利用率較低。生產尾氣中的CH4可以通過低溫分離技術提取出LNG產品，在利用絕熱低溫罐依靠LNG罐車將其推向市場，增加市場經濟效益的同時，降低環境污染。一般情況下CH4液化要在4.604MPa、-83℃的條件下達成，所以想要實現液化CH4，只有在低溫高壓環境下才能實現。提氫尾氣中液化溫度中最高的氬氣與甲烷也存在20℃的差別，所以提氫尾氣中最先液化的氣體就是甲烷，接著通過精餾的方法將其分離出來，提取到所需的LNG產品；生產多種化工產品的原料氣源就有多聯產煤氣，本身是一種高品位的二次能源。這種將煤熱解作為基礎，主要的成分有CO、H2、CH4、CO2與極少量的烯烴類氣體。一般大型的多聯產煤氣多用于民用燃氣，也可以通過甲烷化處理得到LNG。

褐煤揮發分較大，含有大量水分，煤化程度較低，可以通過低溫實現褐煤熱解。褐煤低溫熱解時產生大量的有用氣體，包括CH4、H2、CO等。熱解過程中隨著溫度升高熱解氣一氧化碳與二氧化碳增多。一般在350℃時會析出CH4與H2，CH4生成量會隨著解熱溫度上升而逐漸增加，CH4最大生產量峰溫為600℃。當溫度在升高時生成量會降低。通過液化處理熱解煤氣中的甲烷，最終生成所需的LNG。

煤制天然氣可以通過氣化與后續的甲烷化實現天然氣合成，相比于合成氣，天然氣具有高安全性與高熱值。Shell煤氣化有著較多優點：煤質要求不高、污染小及有效成分高等，有著較高的使用價值。

4 結語

隨著社會經濟發展及科技水平提高，加上市場制度的不斷完善，目前我國工業已經處于一個競爭激烈的市場環境中。液化天然氣技術的出現與應用，在一定程度上提高了天然企業的經濟與環境效益，符合我國可持續發展戰略，因此短時間內得到大范圍推廣。相信在這樣的背景下，液化天然氣作為一種清潔型能源在經濟發展中起著重要作用，并促進人了們生活水平的提高。本文中筆者從液化天然氣優點、提取與工藝生產流程展開分析，希望為同行提供一定的理論借鑒。

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（責任編輯：秦遜玉）