LNG净化与液化工艺概述

常少博

【摘要】液化天然气因其有着燃烧热量高以及污染较少，还有易于运输等优点。现如今已成为一项高新技术，其已经广泛使用在液化天然气工业化生产里面。液化天然气应用前景广泛，能够被使用作为城镇应急储备以及交通工具替代燃料和偏僻区域居民日常用气等地方，LNG产业在国内以及国外发展迅速，尤其是其液化工艺取得极大进步。本文主要叙述了LNG液化流程工艺特点，以及简述了各个流程的发展和现场使用情况。

【关键词】LNG；净化与液化；工艺

一、前言

LNG即天然气储存里面一项高新技术。常压条件下把气态天然气通过深冷技术冷却到零下一百六十二摄氏度，让它凝结成液体，这个液体即为LNG。而把天然气转化为液态存储的技术即为LNG技术。六百二十五立方的天然气液化成LNG后体积仅为一立方，所以天然气液化以后能够极大程度减少空间使用，有利于管道以及罐车运输。

二、天然气的净化工艺

天然气进到长输管线这项步骤前，其已经经历了分离以及脱凝析油等净化步骤。可是長输管线里面的天然气还含CO2、H2O和重质气态烃等，上述化合物在其液化之前全需要被分离开来，以避免其在冷却过程里冷凝和发生腐蚀。通常来说脱除酸气以及脱水办法包括吸收法和吸附法这两种。

2.1 吸收法

这一方法通常划分成化学以及物理溶剂吸收这二类。前者是指溶剂在水里面和酸性气体发生反应，产生"络合物"，等到温度提高，压力减小 ，产生物分解，出现酸性气体组分， 溶剂循环使用。一般见到的溶剂有一乙醇胺以及二乙醇胺， 上述方法也被称为胺法。而第二种方法其实是指溶剂对酸性气体的选择性吸收并非起反应。通常来讲有机溶剂吸收能力和被吸收气体本身分压比值是正的。

2.2 吸附法

这一方法其实是使用固体干燥剂来脱水。通常使用两个干燥塔往返吸附和再生，如果量比较大则可以使用三个或者四个。固体干燥剂类型非常多，比如说CaCl以及硅胶和分子筛等。最后一点这项方法是一项高效脱水法，尤其是抗酸性分子筛诞生之后，即便高酸性气体也能够在不脱酸性气体条件下托水，因此分子筛是性能很好的脱水剂。

分子筛指一类多孔性氯硅酸盐晶体，通常有自然诞生的，还有人工制造的，它的晶体结构里面有着大量空腔，因此有着极大的表面积，因而有着很强的吸附能力。分子筛吸附机理并不少，通常讲那些物质的分子直径比其孔径不大即可以进到其空腔里面被吸附，此外其对于极性以及可极性分子有着比平常吸附剂更强的物理引力。水作为一种强极性分子，其直径要比平常用的各项分子筛孔径小，因此分子筛让天然气同水分离开来。

三、天然气的液化工艺

3.1 级联式液化

级联式天然气液化流程里面使用的制冷剂常压下沸点不一样，逐级减少制冷温度使其达到液化目的。平常很普遍使用的制冷剂是水和丙烷等。这一液化流程是依靠三级独立制冷循环展开的，其中用到的制冷剂分别是丙烷、乙烯以及甲烷。

每一制冷循环里面都包含3个换热器。经过9个换热器来冷却，使得其温度渐渐降低，直到其液化。

3.2 混合制冷剂液化

3.2.1 闭式混合制冷剂

闭式液化流程里面，制冷剂循环同其液化过程分离，独自形成一个制冷循环。制冷剂循环中制冷剂常由N2、CH4、C2H6、C3H8、C4H10、C5H10组成。上述这类组分全部能够从天然气里面提取出来。液化流程里面天然气逐一流经4个换热器之后，温度慢慢降低，大多数天然气被液化后，最终节流在常压下保存，闪蒸分离出现的气体能够直接使用，还能够回到天然气入口然后使其液化。

3.2.2 开式混合制冷剂

这一液化流程里面，其不但是制冷剂而且也是被液化的对象。作为原材料的天然气被净化之后，通过压缩机之后使其温度升高以及压力增大，第一步通过水使其变冷，接下来通过分离器减去重烃，最后取得的液体通过换热器冷却，然后通过节流之后，同返流气混合起来为换热器一提供冷量。

分离器分离出的气体经换热器冷却，接下来进入到气液分离器，之后产生的液体经换热器冷却，并经节流后，与返流气混合为换热器带来冷量。分离器分离的气体经换热器冷却后，进入气液分离器，产生的液体经换热器里面冷却，然后经节流，同返流气混合为换热器带来冷量。气液分离器分离之后通过换热器的冷却，然后通过节流进入气液分离器，最后液体进到液化天然气储罐里面被储存。

3.2.3 丙烷预冷混合制冷剂

丙烷预冷混合制冷剂液化流程主要包含有三个类别，分别是：混合制冷剂以及丙烷预冷循环，还有天然气液化回路。这一液化过程里面，丙烷预冷循环被用于预冷混合制冷剂以及气体中，混合制冷剂循环被用于深冷以及液化里面。该制冷剂液化过程里面，天然气先要通过丙烷预冷循环预冷，接下来通过换热器渐渐变冷，最终通过节流阀对其减压，以使液化气体能够在常压下存储。

四、LNG液化工艺的选择

液化天然气的生产工艺流程主要分为净化、液化及储存三部分，这里面液化工艺为核心，目前成熟的的天然气液化工艺流程包括复迭式循环流程、膨胀制冷流程及混合冷剂制冷流程。复迭式制冷液化工艺由几个制冷循环复迭而成，每一系统都配有压缩机组，对自己的冷剂展开压缩、节流、闪蒸等工艺操作，把原料天然气冷凝、液化及过冷。复迭式制冷液化工艺热效率高、能耗少，但机组多、控制复杂、开工率偏低、投资成本不低，仅仅在极少的大LNG生产设备里面使用。

膨胀机制冷液化工艺利用原料天然气自身的压力在膨胀机中绝热膨胀制冷，将天然气液化，但液化率一般只有百分之七至百分之十五。而在此工艺技术发展而来间接膨胀机制冷液化工艺利用氮气或甲烷经压缩，进入冷箱膨胀制冷将天然气液化可得到较高的液化率，但受原料气压力及组成的变化影响较大，仅适用于产能较小且特殊要求的场所。

混合冷剂制冷流程以多组分混合物作为制冷剂，一般由五至六种组分的混合物组成，利用混合物中重组分先冷凝，轻组分后冷凝的技术特点，依次经节流、蒸发制冷，将天然气液化。依据冷剂循环数量可分为单循环、双循环及三循环混合冷剂工艺，单循环冷剂一般由氮气及烃类组成，混合冷剂通过分段压缩，然后从段间分出重组分，以使其能够减小二段压缩功耗。冷剂低压返流通过压缩机压缩到中压，然后冷却使其进入闪蒸塔进行分离，塔底重组分到冷箱上部用以预冷，而塔顶轻组分被进一步压缩、冷却、节流以提供冷量。双循环混合冷剂制冷工艺在单循环工艺基础上增设一级丙烷预冷，丙烷预冷循环用在预冷混合冷剂及天然气至零下三十度左右，而该剂用在深冷及液化天然气，该工艺运行效率高。三循环混合冷剂工艺，产能更大，采用三个串联的制冷循环，分别用于预冷、冷凝和液化，一般应用于大型和特大型天然气液化装置。

五、结束语

LNG技术未来会有着非常广泛应用前景，应该提高这项技术研究以及开发进程。低温液化和储存是其中两个重要步骤，不仅需要考虑传统工艺研究 ，而且还应当大力开发有着自主知识产权的装置。该项工艺是现如今主要LNG工艺里面普遍被使用净化以及液化天然气的工艺，我们国家已经建立以及即将建立的该类项目里面，因为它所被用的地方不一样，所以上述内容仅仅作为对该项工艺的初步参考。

参考文献

[1]郭揆常 .工艺天然气处理 [M].北京：中国石化出版社，2011.

[2]郭揆常 .液化天然气 （LNG）应用与安全[M].北京：中国石化出版社，2010.

[3]顾安忠，等 .液化天然气技术 [M].北京：机械工业出版社，2010.