天然气液化技术及应用探析

张振生

摘 要：液化天然气（LNG）作为天然气一种应用形式，有明显的优越性，尤其在天然气运输和存储方面。本文首先分析液化天然气特点及作用，然后详细阐述了天然气液化工艺技术要点，最后說明天然气液化技术应用方向。

关键词：天然气液化；技术应用；

中图分类号：F407.22 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-02-00-02

一、液化天然气特点及作用

液化天然气主要成分是甲烷，是地球上公认的最干净能源。油气田开采的天然气经脱水、脱酸性气体及重烃组分，去除一些有价值的成份，如氦、及一些对下游产业不利的成分，如水、和一些高分子碳氢化合物，之后再经冷却降温操作，获得天然气低温液态产品。当温度低至零下162摄氏度时，天然气从气态转变为液态形式，是一种无色无味、无毒的燃料。这就是人们所说的液化天然气（英文是LiquefiedNaturalGas，简称为LNG）。

压缩天然气的体积能量密度约为汽油的26%，而液化天然气（LNG）体积能量密度约为汽油的72%，大大高于压缩天然气。天然气液化后便于进行经济可靠运输，储存效率高、占地少、投资省，有利于城市负荷平衡调节。液化天然气生产过程中释放出的冷量可回收利用，且低温液化过程中能分离出各种有价值的副产品，对环境保护而言有非常重大效用，能有效减轻城市污染情况出现。

较为常用的压缩天然气一般具有较高的压力，这给天然气的运输以及贮存带来了许多的不安全因素，而液化天然气则不会有太高的压力存在，因此更具安全性。另外，在使用中液化天然气更为清洁，天然气在液化前一般会经过严格的预净化，从而，液化天然气中的杂质含量相对较少，使用过程中造成对环境的污染程度更小。

二、天然气液化工艺技术要点

（一）天然气预处理

天然气预处理是指脱除天然气中硫化氢、二氧化碳、水分、重烃和汞等杂质，以免这些杂质腐蚀设备及在低温下冻结而堵塞设备和管道。脱水主要有冷却、吸收、吸附3种脱水方法，天然气从地层开出后，常含有水蒸气，还含COS、C02、H2S及RSH等一些酸性气体，这种天然气由于含酸性气体，常被称为酸性气或含硫气。酸性气体对人身有害，对设备管道有腐蚀，由于其沸点较高，降温过程中易析出固体，因此一定要进行脱除，通常采用醇胺法和分子筛吸附进行脱酸。

（二）天然气液化操作工艺

通常天然气液化工艺操作原理包含以下几方面内容：

1、混合制冷剂液化操作工艺

混合制冷工艺多采用烃类混合物作为制冷剂，代替阶式制冷工艺中多个纯组分。其制冷剂组成根据原料气组成和压力而定，利用多组分混合物中重组分先冷凝、轻组分后冷凝特性，将其依次冷凝、分离、节流、闪蒸得到不同温度级冷量。另外，据混合制冷剂是否与原料天然气相混合，分闭式和开式两种混合制冷工艺。

2、级联式制冷液化操作工艺

级联式液化流程中较低温度级循环，将热量转移给相邻较高温度级循环，主要应用于基本负荷型天然气液化装置。比如丙烷和甲烷等，透过多个制冷体系分别和天然气完成换热，使天然气温度能逐渐降低至液化基本要求。

3、膨胀制冷操作工艺

膨胀制冷工艺，是利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热性能，并使用克劳德循环制冷技术完成天然气液化操作，气体在膨胀机中膨胀降温时，能输出功，可用于驱动流程中的压缩机。据制冷剂不同，膨胀机制冷循环可分氮气膨胀液化流程、氮气-甲烷混合膨胀液化流程和天然气直接膨胀液化流程。这类流程简单、调节灵活、工作可靠、易启动、易操作、维护方便、投资省，但能耗略高。

（三）天然气液化装置

液化装置通常用基本负荷型和调峰型两种，基本负荷型是一种大型液化装置，可用于当地使用或外运。该装置液化单元大都使用级联式液化或混合制冷剂液化两种流程。目前新建与扩建的基本负荷型天然气液化装置，基本上都使用丙烷预冷混合制冷剂液化流程。调峰型液化天然气装置一般用于调峰负荷或补充供应冬季燃料，以液化方式储存在低峰负荷时过剩的天然气，用于高峰或紧急情况。该装置在匹配峰荷和增加供气可靠性方面发挥着重要作用，可极大的提高管网经济性。

调峰型天然气液化装置与基本负荷型天然气液化装置相比，属于小流量天然气液化装置，由于生产规模相对较小，不适合于连续运行，它的液化部分一般使用带膨胀剂液化和混合制冷剂液化流程。

（四）运输

当天然气处于液态时，其密度为标准甲烷的625倍。也就是说，1立方的液化天然气等同于625立方的天然气。因此，相比于天然气的气态形式，液化后的更方便于运输和贮存。天然气液化后体积能缩小600多倍，将更便于经济安全的运输。从输气经济性方面考虑，陆上3000千米左右运距内，利用管道输气比较经济，当超过3500千米后，用船运方式优势更为明显，能够使大量风险性管道投资有效降低，节约运输成本。

液化天然气船建造技术的不断发展提高了液化天然气的运输效益，主要体现在日气化率降低及蒸发气回收利用上。目前应用的液化天然气船，由于大都没有再液化装置，动力燃料主要利用消耗蒸发气，而不进行回收液化。液化天然气由于具有高效、清洁、价廉的优点，因此被列入开发利用的重点能源。液化天然气船的建造可满足进口液化天然气运输能力的需要。

三、液化天然气的应用方向

（一）液化天然气冷能的利用

由于深度的冷冻液化作用，在液化天然气中蕴藏着巨大的能量，可以利用液化天然气的冷能的原理概括为：当液化天然气使用过程中，与肠胃环境相比较，二者之间存在着比较大的压力和温度差。此时，液化天然气从液态转变为气态，在其中蕴藏的大量冷能被释放出来，经过合理的回收利用，我们能够很好的利用这些天然气冷能。常压的条件下，每公斤的液化天然气转化为常温气态可释放出大约879千焦的能量。这些能量可以利用在诸如：发电、冷冻仓库、空气液化分离、比如低温破碎、制造液化二氧化碳水以及冷冻食品、污染物处理等方面。

（二）液化天然气应用于调峰

液化天然气在贮存和运输方面有着很大的优势，因此，在很大程度上克服了地理条件以及运输距离、容量等的限制，相对来说，应用更加经济。为此，我们可以采用液化天然气来调剂天然气供应不均衡的现状。对于能源短缺国家可以有效保证天然气供应，同时对于气源充沛国家可以进行有效调峰。目前，在西方国家，液化天然气的调峰技术发展的相对比较成熟，我国当前在这项技术方面也在逐渐发展。

（三）液化天然气应用于发电

在天然气进行液化处理之前一般要进行天然气的净化处理，这种技术处理掉了原始气体中的大部分气体杂质。当把液化天然气作为燃料时，诸如S02等有害气体的释放量比较少，因此气体燃烧产生的污染相对较少。采用液化天然气进行发电，在很大程度上可以减少环境污染，使得经济和环境得到了共同发展。

（四）液化天然气应用于汽车

由于天然气的低污染，它是未来汽车待用的一种优质燃料。与常用的石油燃料相比，天然气的储存能量更大、噪声低、压力低、低污染。天然气汽车在我国也得到了长足的发展。

（五）未来应用前景

专家预言，液化天然气未来将在那些耗气量大、不可能使用压缩天然气的运输工具，如飞行器、铁路机车以及船舶上大显身手。因此，近年来国际上纷纷大规模展开了低温飞行器及相关基础设施（生产、运输、存储以及加注等）的科研和试验设计工作。

四、结束语

作为新兴产业，液化天然气不仅面临较好的机遇，同时也面临着较多的挑战。当前，伴随着国家能源结构的调整以及对清洁能源的需求增大，天然气的液化处理不仅有利于能源安全供应，对环境保护等方面也有着积极作用。

参考文献：

[1]曹文胜；鲁雪生；顾安忠；林文胜；石玉美；液化天然气接收终端及其相关技术[J]；天然气工业；2006年01期

[2]金滔；胡建军；陈国邦；汤珂；利用液化天然气冷能的新型空分流程及其性能[J]；浙江大学学报（工学版）；2007年05期

[3]曹文胜；林文胜；吴集迎；液化天然气（LNG）的冷量利用[J]；制冷；2005年04期