天然气液化技术

王永成管玉雷

摘要：社会经济的发展，促使各个行业对能源的需求量不断增加。传统化石能源由于储量锐减且燃烧过程中产生污染气体或温室气体，不符合现阶段提倡的绿色发展理念。而天然气具有热值高、技术成熟、燃烧产物清洁以及储量丰富等特点，成为一种替代传统化石能源的清洁能源。由于天然气的分布不均衡，人们需要先将其液化后进行储存、运输，以满足不同地区的用气需求。文章对天然气液化技术进行了研究分析，以供参考。

关键词：天然气；液化；技术

前言：天然气在冷却至零下160℃后，会从气态转化为液态，压缩体积有助于其存储和运输。但是，液化天然气也具有较高的危险性，除了易燃易爆外，还会产生冻伤危险，对储存、运输和应用都提出了较为严格的要求。目前，液化天然气已经在多个领域得到了广泛应用，如城市燃气、汽车燃料等。相关数据显示，我国2018年国内液化天然气市场总供应量超过1500万t，近年来呈现出逐年上升趋势。按照国家能源局发布的《能源发展“十三五”规划》，未来几年我国将继续大力支持天然气等清洁能源的发展，掌握液化天然气储存及应用技术既有其必要性，又有其紧迫性。

1液化天然气的制取

1.1天然气预处理

在进行天然气液化处理之前，必须先进行预处理，其目的是除去天然气中含有的杂质，如硫化氢、重烃等。通过对天然气的预处理，一来可以保证液化天然气的清洁，二来可以防止低温环境下杂质冻结堵塞管道，影响液化天然气的储运。天然气预处理的常用方法有两种，分别是脱水处理和脱酸性气体处理。通常来说，天然气中水的预处理指标应当在0.1×10-8m3/m3以下，被认为是符合液化处理基本要求。人们可以选择冷却法、液体洗手法、膜分离法等方法进行天然气脱水。以膜分离法为例，其基本原理就是使用高分子气体分离膜，在一定压力下过滤掉天然气中的酸性成分，如水气、二氧化碳、硫化氢等。天然气脱酸处理是降低管道腐蚀和保证能源清洁的一种有效方法，除了膜分离法可以满足脱酸要求外，还可以使用联合吸收法、直接转化法等方法。

1.2天然气液化

天然气在零下162℃的环境下会发生液化，现阶段常用的天然气液化装置有两种，其中国内应用较广的是调峰型液化天然气装置，以“年”为单位，根据用气峰值变化进行适应性调节，可以满足液化天然气的使用需求。相比于基本负荷型天然气液化装置，调峰型装置的优点在于大幅度提高了天然气液化能力，而且该装置对安装环境要求不高，可以就近安装在人口密集、用气量大的城市附近，更好地发挥液化天然气的使用便利性，无形中也降低了使用成本。天然气液化所用的设备主要有压缩机、换热器、液化天然气泵等几种。科学选择设备的型式、参数等，对于提高天然气液化效率也有一定的帮助。

2液化天然气工艺流程及设备

2.1膨胀流程

膨胀流程也称膨胀制冷循环，其主要原理在于依赖对天然气自身所具备的压力做膨胀做工，形成液化天然气所需要的冷量，这种工艺比较适用于天然气液化在输送压力方面较高，然而实际使用压力方面又较低，且在工艺流程中需要进行降价的情形，因此比较适用于调峰型装置。这种工艺流程操作起来会比较容易，所要投入的成本也比较低，整个工艺流程紧凑且简单。该工艺流程是由膨胀效率以及膨胀比决定的液化率。氨气膨胀在流程方面会非常简单紧凑，且装置在运行的候会比较灵活，启动过程会较其他设备快很多，且所具有的适应性会比较强，在控制操作方面会比较方便，但是有一个缺点非常明显，那就是这个设备在耗能方面会比较高。氨-甲烷装置在膨胀流程方面会比较简单，在设备方面投资也比较少，在装置操作方面会有非常高的弹性且具备一定适应性。

2.2混合制冷剂流程

混合制冷剂工艺流程主要是把多组分烃类混合物来做制冷处理，依次展开逐级冷凝、节流、膨胀和蒸发等步骤逐步完成冷却处理。在整个工艺流程中，液化天然气在进行液化子流程的时候，其中的混合剂主要是进行压缩处理，形成高压以后，经过预冷后传输到天然气液化分离器之中。与此同时，液相是通过预冷换热器做冷却处理以后，能够起到节流、降压和降温的作用，促进其和返流后的混合制冷剂搅拌在一起，形成预冷换热器，为液化天然气提供所需要的冷量，把冷却天然气与分离器的气相与液相混合在一起。其次液化分离器所产生的气相制冷剂在预冷换热器完成冷却处理以后，接着会通向至气液分离器之中，将冷却的气相制冷剂分离成液相与气相，之后液相会在主换热器中进行冷却处理，之后一次经过节流、降温降压，并和返流混合制冷剂混合在一起，给主换热器提供所需冷量，还有就是冷却天然气会和分离后的液相与气相混合。除此之外，把主换热器所分离好的气相制冷剂在冷换热器中进行冷却处理，之后进行节流及降温操作，最后流通到冷换热器之中，并与冷却天然气混合后形成制冷剂。液化工艺中的第一个制冷设备就是冷剂吸收罐，设备中的制冷剂组分主要包括甲烷、氮气、丙烷、异戊烷、乙烯以及回收的过量冷剂。这里面的制冷剂主要是取决于原材料气的压力以及组成，主要是按照多组分烃混合物冷凝及轻组分之后再次冷凝，从而依次展开分离、节流及蒸发等操作处理，获取到不同温度的冷量。在这个工艺流程中，PRICO工艺主要是通过混合冷剂完成压缩处理，从而产生出气相与液相两种形态，且两种形态下的压力级别一致。这个工艺流程非常简单，所需要投入的资金成本非常低，且操作起来非常简便，具有非常高的可靠性以及适应性。

3液化天然气的主要存储方式

3.1常压低温存储

常压低温存储使用常压拱顶低温储罐，从结构上来看，通常是平底拱盖的立式双层壁结构，该结构既可以减少热量消散，有利于常压环境下的温度恒定，同时又能够增加存储容量。在存储容器安装时，应确保安装现场的地面平整，并且使用水泥砌筑平台，或是垫上平直钢板，以保证储罐的稳定性。此外，结合以往的经验可知，在常压低温储存环境下，储罐使用一段时间后容易出现底部变形的问题，分析原因主要是举升力的作用导致内槽变形。为了防止内槽凹陷、变形导致罐内锈蚀等问题，还需要向储罐中适当充入氮气，以保证其压力平衡。

3.2高压储存技术

相比于常压低温存储技术，高压存储的特点是工艺相对简单，只需要在一定压力下将天然气压入储罐中即可。在高压作用下，天然气分子体积减小，会自动发生液化现象。此外，高压存储液化天然气，还可以提高储存罐的隔热性能，避免天然气的蒸发、泄露。但是，高压存储也有一定的缺陷，例如，考虑到容器的使用安全性，一般将高压储存罐的容量设计得相对较小，加上为了保证隔热性能，罐壁相对较厚，因此单罐存储的液化天然气容量有限。此外，高压环境下也对储罐质量、性能、使用寿命等提出了较高要求，安全性问题也需要重点关注。

结论：

液化天然气作为一种清洁、高效的绿色能源，迎合了我国关于绿色发展的相关理念，近年来得到了大力的推广和广泛的应用。液化天然气使用过程中，需要通过储存、运输解决资源地域分布不均的问题，以满足不同地区的用气需求。在进行天然气液化、储存、运输和装卸等工作时，人们必须严格遵循行业相关准则，严格进行技术管理，将安全问题摆在首位。随着液化天然气储运技术的不断发展，未来液化天然气将在更多领域得到推广和使用。

参考文献：

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