陕西液化天然气投资发展有限公司 陕西省杨凌示范区渭惠路 712100
摘要：近年来，随着世界天然气产业的迅猛发展，液化天然气（LNG））已成为国际天然气贸易的重要部分。我国天然气储量较丰富，天然气在采集、加工、储运方面都存在着一些技术关键点，文章从天然气的特性出发，对于天然气的加工和储运方面存在的问题提出了一些处理措施和建议。
关键词：天然气；低温；加工；储存
天然气在国家经济发展中的地位越来越重要，在很多领域内都得到了广泛的应用。液化天然气是天然气经压缩、冷却至其沸点（-161.5摄氏度）温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内。其主要成分为甲烷，用专用船或油罐车运输，使用时重新气化。我国天然气资源分布不均，要合理开发资源，就必须解决利用与运输间的矛盾。随着城市燃气需求量的增加，为了调节供需的矛盾，降低生产成本，在国内的一些城市开始建设 LNG 调峰工厂，这些工厂可以起到很好调峰的作用。据国外资料统计，在欧美等地已建成投产100多座LNG调峰装置，它比建设地面高压储气罐和地下储气库节省土地、资金，缩短工期，而且方便灵活，不受地质条件限制。随着城市居民生活水平的提高和车用燃料的紧缺，城市车辆对安全、经济、环保和可靠的车用燃料的需求量也会不断增加，天然气以其优良的燃烧、排放性能愈来愈受到广大用户的青睐。因此，加快对适合我国特点的天然气液化装置的工艺技术研究，加大对相关应用技术研究的力度和投入，已成为天然气应用开发领域的重要课题之一，具有广阔的市场前景。
1.液化天然气的特性
液化天然气的优势：气态天然气比空气轻，比重约0.695（空气为1），所以万一有泄漏时扩散快，较为安全；天然气燃烧浓度（与空气之混合比）为 4.5-15、，燃烧性良好；天然气完全燃烧后，不会产生有害气体，在泄露处不容易聚集而引起火灾或爆炸，是目前全世界公认最干净的商用燃料；燃烧后CO2排放量为煤之半，油之75、，可减轻地球温室效应；燃烧后无SOx空气污染问题；作为车用燃料时，一氧化碳（CO）排放量约为汽油车之1/3，氮氧化物（NOx）排放量约为汽油车之1/2；液态的天然气比水轻，比重约 0.45；液化天然气温度在一大气压下为零下162℃；液化后体积也缩减为气态的1/600液化天然气热效高，在同样压力下，天然气在燃烧时较相同体积的大部分其他矿物燃料释放出更高的热值。
2.液化天然气的加工
液化天然气装置包括气体加工、液化、储存与产品送出几个步骤。（1）清除CO2等杂质。一般是用胺基作为溶剂，加入其他的添加剂，比如甲基二乙醇胺等，加入此溶剂可以降低能耗、减小腐蚀，最终降低CO2的浓度，降至低于50ppm。（2）分子筛杂质清除。经过第一步胺基处理后，还需要去除内部的水和少些二氧化碳。通常采用分子筛床层让分子筛和脱水工作进度同时进行，如果CO2含量低于1，则可以考虑不经过胺基处理，直接用分子筛装置将CO2与 H2O一同去除。（3）液化装置。现代小型天然气液化装置采用单级混合制冷系统。处理后的天然气进入液化装置的主换热器，冷却至-50~-100F分出重烃后，再进入主换热器进一步冷却、液化与过冷并从装置引出送至储罐。主换热器内部安装了由板翅组成的冷箱，使天然气进行冷却。闭合环路制冷循环用压缩机压缩制冷剂，升压后的气体与液体制冷剂混合后进入主换热器，自上而下流动并进行冷却。冷却后的制冷剂通过控制阀进行减压，再送回换热器。（4）选择压缩机的驱动机。螺杆式或者复式压缩机装置适用于较小装置，而采用离心式压缩机驱动的燃气轮机是液化装置的选择的关键点。电机的低成本和修复简单是选择马达的原则，因此可以优先电动机燃料价格低，燃气透平将是更好的选择方案。
3.液化天然气生产工艺
天然气液化系统主要包括天然气的预处理、液化、储存、运输、利用这5个子系统。一般生产工艺过程是，将含甲烷90、以上的天然气，经过脱水、脱烃、脱酸性气体净化处理后，采取先进的膨胀制冷工艺或外部冷源，使甲烷变为-162℃的低温液体。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前天然气液化装置工艺路线主要有3种类型：阶式制冷工艺、混合制冷工艺和膨胀制冷工艺。
3.1阶式制冷循环
阶式制冷工艺是一种常规制冷工艺。阶式制冷循环1939年首先应用于液化天然气产品，装于美国采用氨气、甲烷为第一、第二级制冷剂，净化后的原料天然气在 3个制冷循环的冷却器中逐级冷却、冷凝、液化并过冷，经节流降压后获得低温常压液态天然气产品，送至储罐储存。经典阶式制冷循环由三个独立的制冷系统组成。从发展来看，最初兴建LNG装置时就用阶式制冷循环的着眼点是：能耗最低，技术成熟，无需改变即可移植于LNG生产。但是随着生产需要和技术的改进，阶式制冷工艺由于制冷机组多，流程长，对制冷剂纯度要求严格，且不适用于含氮量较多的天然气。因此这种液化工艺在天然气液化装置上已较少应用。
3.2混合制冷工艺
有鉴于阶式制冷循环装置复杂、投资高，为此开发了混合制冷循环（MRC）。混合制冷工艺是六十年代末期由阶式制冷工艺演变而来的，多采用烃类混合物（N2、Cl、C2、C3、C4）作为制冷剂，其 Q-T曲线与原料天然气接近一致。据混合制冷剂是否与原料天然气相混合，分为闭式和开式两种混合制冷工艺。与阶式制冷工艺相比，混合制冷工艺具有流程短、机组少、投资低等优点；流程是简单了，但它的效率要比经典阶式制冷循环低，设计计算较困难。
3.3膨胀制冷工艺
膨胀机制冷循环是指利用高压制冷剂，通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷来实现天然气的液化。其工艺特点是利用原料天然气的压力能对外做功以提供天然气液化所需的冷量。气体在膨胀机中膨胀降温的同时，能输出功，可用于驱动流程中的压缩机。优点是能耗低、流程短、投资省、操作灵活；缺点是液化率低。根据制冷剂的不同，膨胀机制冷循环可分为：氮膨胀机制冷循环、氮A甲烷膨胀机制冷循环、天然气膨胀制冷循环。
4.液化天然气的存储
LNG是天然气的一种储存和运输形式，其广泛使用有利于边远天然气的回收和储存，有利于天然气远距离运输，有利于天然气使用中的调峰和开拓市场，以及扩展天然气的利用形式。由于天然气的低温特性，给其储藏以及运输带来了极大的便利。液化天然气的储罐共分为四类：地上罐、半地下罐、地下罐和地下洞穴储罐。液化天然气的运输主要有三种方式’车运、船运和管道运送。LNG 低压泵作用将 LNG 压入通过冷凝器，之后再用高压泵加压送至气化器气化，气化后的的天然气进入输气管道。气化器由海水泵提供海水作为热源，加热 LNG，使之气化。将高、低压泵和气化器启停数量保持一致，这样做的目的是为了保证有效的调节和自动控制。主设备应该考虑增加备用设备，防止意外，保证正常工作。备用设备应注意采用相同型号类型设备，保证其兼容性。首期工程应注意控制工程造价尽可能降低造价。处理后的天然气存储后即可进行运输。LNG 槽车近年才开始在国内研制发展。目前有30方、40方和45方和其他规格，由于汽车的监管限制，该真空粉末一般是有限的30到35方，多层绝缘可能高达40-45，并从新的底盘，改善制动，走路，照明等方面都有所改善。目前，中国的LNG油轮运输能力已达到2000万方规模，700多辆汽车总数，有效容积从原来的29发展至今天的51方。现在已经有多家专业从事液化天然气油轮业务和专业运输生产公司。同时，近年来罐式集装箱有了很大发展。罐式集装箱的加载可以达到 17.5方，40 或43.9方LNG产品，使用高真空多层绝热，保温性能好，无损存储重量轻，运输灵活。可以实现公路，水路，铁路运输的联运。
5.结语
当前世界经济格局发生了较大变化，加快对适合我国特点的天然气液化装置的工艺技术和储藏技术的研究，加大对相关应用技术研究的力度和投入，已成为天然气应用开发领域的重要课题之一，具有广阔的市场前景。找出适合我国特点的技术应用和相关的存储技术"增加研究的技术投入，已成为投资的天然气开发和应用的重要课题和关键问题。
参考文献：
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[2]牛云宝，张炫.关于液化天然气汽车的应用优势及存在问题的热点分析[J].中国科技投资，2014（A06）：154-154.
论文作者:党怀强,刘航,李鱼鱼
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/9
标签：天然气论文; 工艺论文; 装置论文; 制冷剂论文; 甲烷论文; 换热器论文; 分子筛论文; 《基层建设》2017年第29期论文;