液化天然氣技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及其應(yīng)用

張學(xué)武

（唐山唐鋼氣體有限公司 河北 唐山 063000）

1 引言

天然氣有高氫碳比、高熱值的特性，與石油和煤炭并稱為世界一次能源三大支柱。在作為燃料方面，天然氣比較其它的化石燃料，有著環(huán)境污染較低以及效率較高的特點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境問題的倍受關(guān)注以及石油資源的日益緊缺，使得全球性天然氣的需求量急劇的增長，21世紀(jì)將會(huì)是天然氣的世紀(jì)。天然氣作為清潔能源，其在一次能源中的比重日漸增加，減少了大氣環(huán)境污染的壓力。天然氣由于其液化后體積大大減小，運(yùn)輸和儲(chǔ)存效率高，目前已經(jīng)成為增長速度最快的能源供應(yīng)領(lǐng)域。因此，合理利用寶貴的液化天然氣資源以及提高其能源利用率具有深遠(yuǎn)的意義。

2 天然氣液化技術(shù)現(xiàn)狀

常溫下的天然氣為氣體，貯存或者遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸比較困難，開采出來的天然氣通常需要經(jīng)過“三脫”進(jìn)行凈化處理，然后將天然氣進(jìn)行液化工藝處理，由于其組分中主要為甲烷，液化后的天然氣為低溫液體。由于天然氣液化后的體積僅為氣態(tài)時(shí)的1/625，故其運(yùn)輸以及儲(chǔ)存效率得到大幅度提高。至今，天然氣的液化技術(shù)中比較成熟的工藝主要有膨脹機(jī)制冷、節(jié)流制冷、階式制冷、混合冷劑制冷以及帶預(yù)冷的混合冷劑制冷等[1]。目前，液化天然氣廠多采用后三種液化工藝。美國于1941年建成了第一套工業(yè)級(jí)的液化天然氣裝置，自60年代以來，液化天然氣工業(yè)迅速發(fā)展，其規(guī)模也越來越大，國內(nèi)外在天然氣液化技術(shù)方面也有著一定的開發(fā)研究。

2.1 國外技術(shù)現(xiàn)狀

規(guī)模大、設(shè)備多、工藝復(fù)雜、投資高是國外天然氣液化工藝的特點(diǎn)，大都采用階式以及混合冷劑的制冷液化工藝，這兩種類型的液化裝置目前仍在運(yùn)行中，其中混合冷劑的制冷液化工藝是新裝置投產(chǎn)設(shè)計(jì)考慮的主要工藝，工藝研究的主要目的是降低天然氣液化的能耗。

法國的Axens公司研究開發(fā)了先進(jìn)的Liquefin天然氣液化工藝，與通用的液化工藝相比，Liquefin工藝的生產(chǎn)能力可提高15～20%，其生產(chǎn)成本也降低了25%，該工藝的工業(yè)化為天然氣液化奠定了基礎(chǔ)。Liquefin工藝的優(yōu)點(diǎn)主要是使用翅片式的換熱器以及進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化的工藝，該工藝在環(huán)保、安全、實(shí)用以及創(chuàng)新等方面特點(diǎn)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)被廣泛認(rèn)可。

天然氣液化的CⅡ-2工藝，有著簡潔、無相分離以及易于控制等的純組分循環(huán)具有的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又有著制冷劑與天然氣制冷溫位的較好配合、裝置少、功效高等混合冷劑的制冷循環(huán)工藝具有的優(yōu)點(diǎn)。

美國研究開發(fā)的一種新型的GTL天然氣液化的技術(shù)比目前的GTL液化技術(shù)更能適用于較小規(guī)模的天然氣液化裝置。該新型工藝相比現(xiàn)有的技術(shù)要簡單的多，同時(shí)不需要使用合成氣，并且除發(fā)電外，氧氣也不需使用。其規(guī)模、生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)性等方面均與普通的GTL工藝不同。

2.2 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)的天然氣液化研究大都是小型的液化工藝，吉林的LNG裝置是采用氣體軸承的透平膨脹機(jī)，以氮?dú)庾鳛槔鋭┻M(jìn)行的閉式循環(huán)液化工藝，該工藝流程簡單，但該工藝沒有能夠充分利用天然氣的自身壓力，并且以氮?dú)庾鳛橹评鋭┫啾绕渌鋭┑墓拇螅识撗b置的功耗較高；四川的LNG裝置充分利用了天然氣的自身壓力，通過透平膨脹機(jī)來制冷液化天然氣，工藝流程技術(shù)較為先進(jìn)合理。該LNG裝置基本上不消耗電、水等，但液化率相對(duì)很低；陜北的LNG裝置是利用天然氣的膨脹進(jìn)行制冷循環(huán)工藝，分子篩干燥與低溫甲醇洗聯(lián)合凈化原料氣，低溫制冷通過透平膨脹機(jī)與氣波制冷機(jī)聯(lián)合進(jìn)行，分子篩的再生是通過燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)尾氣加熱，該裝置設(shè)備能耗低，已全部國產(chǎn)化；中原油田的LNG裝置結(jié)合國內(nèi)氣源的特點(diǎn)，在國外先進(jìn)的液化工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了液化工藝技術(shù)新方案。該液化工藝采用乙烯和丙烷進(jìn)行復(fù)疊式預(yù)冷后經(jīng)過節(jié)流式制冷，制冷系統(tǒng)之間相對(duì)獨(dú)立、靈活性、可靠性較好。但該液化工藝相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備投資較高；西南石油學(xué)院以SRK方程為基礎(chǔ)模型，研究開發(fā)了LNG工藝軟件，提出了新的液化工藝。工藝流程中天然氣進(jìn)行循環(huán)壓縮，天然氣的液化率得到了大幅度提高，另外采用天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)以及小負(fù)荷天然氣的發(fā)電機(jī)組為天然氣的壓縮機(jī)供電，以解決較邊遠(yuǎn)地區(qū)電力緊張或無電的問題。另外裝置中還增加以微波吸收腔，能夠有效地利用天然氣自身壓力，制冷效率得到了大幅度提高。

3 LNG的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

天然氣液化后體積大大減少，便于運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)可靠。利用專門的液化天然氣槽車以及輪船[2]進(jìn)行長距離運(yùn)輸相比地下管道運(yùn)輸，天然氣的放空損失少，投資少，風(fēng)險(xiǎn)小，適應(yīng)性較強(qiáng)，方便可靠；液化天然氣的儲(chǔ)存效率較高、占地面積少；由于天然氣民用季節(jié)性需求不平衡，夏用量多，冬用量少，用氣廠檢修或者液化天然氣廠本身的技術(shù)改造，又或是管網(wǎng)出現(xiàn)故障等其他原因，均會(huì)造成天然氣的供氣不平衡，液化天然氣的儲(chǔ)存就起到了靈活方便、不受條件限制的負(fù)荷調(diào)節(jié)作用；回收利用LNG汽化過程中的冷量，可用于冷凍、冷藏、溫差發(fā)電、低溫破碎等，目前的工藝水平可回收所耗能量的50%以上；天然氣低溫液化可分離出C2～C5的烴類以及H2，H2S等燃料及化工原料，還可以與提He進(jìn)行聯(lián)產(chǎn)；液化天然氣還可以作為車用燃料，相比汽油，天然氣有著辛烷值高、燃燒完全、抗爆性好、排氣污染少、低運(yùn)輸成本、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命較長等優(yōu)點(diǎn)；液化天然氣的燃點(diǎn)、爆破極限均比汽油高，密度比空氣更輕，一旦泄漏迅速飛散，不會(huì)發(fā)生自然爆炸的情況；我國的城市污染主要源自煤的燃燒以及車輛的尾氣，若改燒天然氣，排放的CO、SO2、NOX等均大幅度降低。

液化天然氣的主要產(chǎn)地大致分布在澳大利亞、印度尼西亞、阿爾及利亞、馬來西亞、文萊等地，其消費(fèi)國主要有美國、日本、西班牙、法國、韓國以及我國的臺(tái)灣省等。我國與世界液化天然氣的應(yīng)用相比，起步較晚，天然氣工業(yè)技術(shù)相對(duì)落后，同時(shí)也說明我國大力發(fā)展液化天然氣工業(yè)是有潛力和資源保證的。

由于中、上游天然氣工程的不可抗拒因素造成的停產(chǎn)或者是輸氣管線的故障，以及冬季天然氣的需求量較大，液化天然氣調(diào)峰站可以提供天然氣的可靠供應(yīng)，從而確保能夠安全供氣。液化天然氣作為清潔能源，可用于燃燒發(fā)電，相比其它化石燃料，液化天然氣在燃燒發(fā)電后不產(chǎn)生灰份以及爐渣，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生灰渣的污染，可以有效的保護(hù)環(huán)境。隨著發(fā)電技術(shù)的日益成熟，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電相比蒸氣輪機(jī)發(fā)電的熱能利用效率提高了接近50%，大幅度地節(jié)約了燃料資源。

4 結(jié)語

發(fā)展液化天然氣工程是當(dāng)前世界能源利用的潮流，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國也迅速的成為了液化天然氣的進(jìn)口國，將會(huì)迅速的占領(lǐng)能源市場。在進(jìn)行液化天然氣的開發(fā)利用方面，要能夠充分結(jié)合大、小型區(qū)域天然氣的開發(fā)利用，開發(fā)各種可用天然氣資源，從而實(shí)現(xiàn)天然氣的多元化發(fā)展，將我國利用天然氣的能力提高至較高的水平。