浅谈天然气液化技术及其应用

浅谈天然气液化技术及其应用

摘 要：液化天然气是天然气的一种液态存在形式，在实际生产及生活中，液态天然气在储存和运输方面显示出了独特的优越性。因此，研究天然气的液化技术以及应用对于我国天然气资源合理使用有着十分重要的意义。在本文中，讨论了天然气液化技术的相应工艺内容，并围绕天然气的应用问题进行了讨论。

关键词：液化天然气 存储 运输 应用

一、引言

天然气在工业生产及日常生活中被普遍采用，其主要分布于气田、油田、煤层以及页岩层。同煤炭、石油等能源相比较，天然气燃烧后不产生废渣及废水，相对来说更加安全，且具有更高热值，是一种较为清洁的能源。在各种替代燃料中，天然气燃料被广泛使用。天然气分为压缩天然气以及和液化天然气两种形式。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Liquefied Natural Gas，简称为LNG）。通过液化过程，天然气得到了进一步得到净化，因此被广泛采用，其优势如下所述：

1.方便于运输和贮存

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。

2.较少的间接投资

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。因此，液化天然气的汽车有更远的行程，可以很大程度减少汽车加气站的数量。

3.更高的安全性

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。

4.使用中更为清洁

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。

5.调峰作用

作为发电厂或民用燃气的燃料，天然气不可避免会有需要量的波动，这就要求供应上具有调峰作用。

二、天然气液化的主要工艺

开采出的天然气在进行天然气的液化操作之前，通常需要对原天然气进行进一步的净化处理。也就是去除原始气体中诸如H2S、CO2、H2O、重质烃（C6+）、Hg等的气体、水分以及杂质等物质，从而避免在液化时的低温状态下，气体冻结造成管道堵塞，并对管道及相应设备产生腐蚀。经过预处理和干燥后的天然气，通过换热器进行低温冷冻循环，最终将其温度降低至零下162摄氏度左右，天然气就变成了液化的状态。当前，其对天然气液化所采用的工艺一般包括单一制冷剂液化工艺、膨胀制冷液化工艺和混合制冷剂液化工艺三种液化工艺。

1.单一制冷剂液化工艺

这种液化工艺也被叫做阶式制冷液化工艺或串级液化工艺。通常，采用这种工艺进行液化所选用的制冷剂为甲烷、乙烯或丙烷的单一组分；且制冷系统及液化系统之间相互独立。整个工业流程可概括为：净化处理后的天然气依次通过由丙烷、乙烯、甲烷作为制冷剂的三个独立制冷循环系统，并被逐级冷却，处理后的温度将会依次达到零下30摄氏度、零下90摄氏度、零下150摄氏度左右，随后，经过冷凝、液化、过冷等过程后，节流降压可以得到常压下的液化天然气。这种方法是较为早期的液化方案，并在六十年代应用于工业生产。这种方法适合高压天然气源，而且每一个制冷系统之间相对独立，并且操作相对稳定；不过该方法有较长工艺流程，采用的制冷机组较多，要求纯度较高的制冷剂，并且对于氮气含量较高的天然气不适合，因此，这种工艺方法的应用也逐渐减少。

2.膨胀制冷液化工艺

这种液化工艺是一种不采用制冷剂的液化工艺，该工艺的特点是天然气原料气经压缩后再经节流后温度下降从而实现部分液化。其具体操作流程可以概括为：原始天然气首先进过压缩机等熵压缩，随后经冷却器冷却，进入透平膨胀机进行等熵绝热膨胀，并且对外做功，从而获得液化所需制冷量使天然气液化。这种方法具有能耗低、流程短、操作灵活、投资省等优点，不过一般液化效率较低。相比较其他工艺，膨胀制冷液化工艺在液化量较大时候，具有比较大的优势，有着很好的发展潜力。

3.混合制冷剂液化工艺

混合制冷剂液化工艺所选用的制冷剂根据原始天然气的压力和成分来决定，一般制冷节选用烃类混合物。工艺过程可以概括为：冷凝时混合物中的重组分首先冷凝，然后其中的轻组分再冷凝，经过冷凝、分离、节流以及蒸发等过程可以得到不同温度等级的冷量。由于制冷剂中含有不同的制冷剂剂制冷，混合制冷的制冷温度范围包含了整个液化过程的全部温度范围。这种工艺对于制冷剂纯度要

求较低，并且可以只采用一台压缩机进行操作。性比较而言，这种工艺有着较短的操作流程，所投入的设备较少、整体投资较低。不过这种工艺总体能耗较高，对冷剂成分的配比要求比较高，工艺操作的设计较为困难。实际的应用中，单级混合制冷剂工艺有着比较高的能耗，故，多级循环的方式常被采用级数的增加可以降低能耗，一般情况，三级循环液化的方式比较常用。

三、液化天然气的应用

随着天然气液化技术的逐渐成熟，液化天然气在许多方面得到了广泛的应用，在工业和国民生产生活中得到了广泛的应用，本文主要针对其中的几个方面做比较详细的分析。

1.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。

2.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。

3.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。

4.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大、噪声低、压力低、低污染。天然气汽车在我国也得到了很大的发展。

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]黄帆，我国液化天然气现状及发展前景分析，天然气技术，2007，1.

[2]邢云，刘淼儿.中国液化天然气产业现状及前景分析，天然气工业，2009，29.

[3]兰春桥，论我国天然气液化技术开发与应用现状，现代商贸工业，2011，17.