液化天然气技术优点及其应用

2018-02-21张学武

信息记录材料 2018年11期

张学武

（唐山唐钢气体有限公司河北唐山 063000）

1 引言

天然气有高氢碳比、高热值的特性，与石油和煤炭并称为世界一次能源三大支柱。在作为燃料方面，天然气比较其它的化石燃料，有着环境污染较低以及效率较高的特点。随着经济的高速发展，环境问题的倍受关注以及石油资源的日益紧缺，使得全球性天然气的需求量急剧的增长，21世纪将会是天然气的世纪。天然气作为清洁能源，其在一次能源中的比重日渐增加，减少了大气环境污染的压力。天然气由于其液化后体积大大减小，运输和储存效率高，目前已经成为增长速度最快的能源供应领域。因此，合理利用宝贵的液化天然气资源以及提高其能源利用率具有深远的意义。

2 天然气液化技术现状

常温下的天然气为气体，贮存或者远距离的运输比较困难，开采出来的天然气通常需要经过“三脱”进行净化处理，然后将天然气进行液化工艺处理，由于其组分中主要为甲烷，液化后的天然气为低温液体。由于天然气液化后的体积仅为气态时的1/625，故其运输以及储存效率得到大幅度提高。至今，天然气的液化技术中比较成熟的工艺主要有膨胀机制冷、节流制冷、阶式制冷、混合冷剂制冷以及带预冷的混合冷剂制冷等[1]。目前，液化天然气厂多采用后三种液化工艺。美国于1941年建成了第一套工业级的液化天然气装置，自60年代以来，液化天然气工业迅速发展，其规模也越来越大，国内外在天然气液化技术方面也有着一定的开发研究。

2.1 国外技术现状

规模大、设备多、工艺复杂、投资高是国外天然气液化工艺的特点，大都采用阶式以及混合冷剂的制冷液化工艺，这两种类型的液化装置目前仍在运行中，其中混合冷剂的制冷液化工艺是新装置投产设计考虑的主要工艺，工艺研究的主要目的是降低天然气液化的能耗。

法国的Axens公司研究开发了先进的Liquefin天然气液化工艺，与通用的液化工艺相比，Liquefin工艺的生产能力可提高15～20%，其生产成本也降低了25%，该工艺的工业化为天然气液化奠定了基础。Liquefin工艺的优点主要是使用翅片式的换热器以及进行了热力学优化的工艺，该工艺在环保、安全、实用以及创新等方面特点已经在世界范围内被广泛认可。

天然气液化的CⅡ-2工艺，有着简洁、无相分离以及易于控制等的纯组分循环具有的优点，同时又有着制冷剂与天然气制冷温位的较好配合、装置少、功效高等混合冷剂的制冷循环工艺具有的优点。

美国研究开发的一种新型的GTL天然气液化的技术比目前的GTL液化技术更能适用于较小规模的天然气液化装置。该新型工艺相比现有的技术要简单的多，同时不需要使用合成气，并且除发电外，氧气也不需使用。其规模、生产以及经济性等方面均与普通的GTL工艺不同。

2.2 国内技术现状

国内的天然气液化研究大都是小型的液化工艺，吉林的LNG装置是采用气体轴承的透平膨胀机，以氮气作为冷剂进行的闭式循环液化工艺，该工艺流程简单，但该工艺没有能够充分利用天然气的自身压力，并且以氮气作为制冷剂相比其他冷剂的功耗大，故而该装置的功耗较高；四川的LNG装置充分利用了天然气的自身压力，通过透平膨胀机来制冷液化天然气，工艺流程技术较为先进合理。该LNG装置基本上不消耗电、水等，但液化率相对很低；陕北的LNG装置是利用天然气的膨胀进行制冷循环工艺，分子筛干燥与低温甲醇洗联合净化原料气，低温制冷通过透平膨胀机与气波制冷机联合进行，分子筛的再生是通过燃气发动机尾气加热，该装置设备能耗低，已全部国产化；中原油田的LNG装置结合国内气源的特点，在国外先进的液化工艺技术基础上，研究开发了液化工艺技术新方案。该液化工艺采用乙烯和丙烷进行复叠式预冷后经过节流式制冷，制冷系统之间相对独立、灵活性、可靠性较好。但该液化工艺相对复杂，设备投资较高；西南石油学院以SRK方程为基础模型，研究开发了LNG工艺软件，提出了新的液化工艺。工艺流程中天然气进行循环压缩，天然气的液化率得到了大幅度提高，另外采用天然气的发动机以及小负荷天然气的发电机组为天然气的压缩机供电，以解决较边远地区电力紧张或无电的问题。另外装置中还增加以微波吸收腔，能够有效地利用天然气自身压力，制冷效率得到了大幅度提高。

3 LNG的优点及应用

天然气液化后体积大大减少，便于运输，经济可靠。利用专门的液化天然气槽车以及轮船[2]进行长距离运输相比地下管道运输，天然气的放空损失少，投资少，风险小，适应性较强，方便可靠；液化天然气的储存效率较高、占地面积少；由于天然气民用季节性需求不平衡，夏用量多，冬用量少，用气厂检修或者液化天然气厂本身的技术改造，又或是管网出现故障等其他原因，均会造成天然气的供气不平衡，液化天然气的储存就起到了灵活方便、不受条件限制的负荷调节作用；回收利用LNG汽化过程中的冷量，可用于冷冻、冷藏、温差发电、低温破碎等，目前的工艺水平可回收所耗能量的50%以上；天然气低温液化可分离出C2～C5的烃类以及H2，H2S等燃料及化工原料，还可以与提He进行联产；液化天然气还可以作为车用燃料，相比汽油，天然气有着辛烷值高、燃烧完全、抗爆性好、排气污染少、低运输成本、发动机寿命较长等优点；液化天然气的燃点、爆破极限均比汽油高，密度比空气更轻，一旦泄漏迅速飞散，不会发生自然爆炸的情况；我国的城市污染主要源自煤的燃烧以及车辆的尾气，若改烧天然气，排放的CO、SO2、NOX等均大幅度降低。

液化天然气的主要产地大致分布在澳大利亚、印度尼西亚、阿尔及利亚、马来西亚、文莱等地，其消费国主要有美国、日本、西班牙、法国、韩国以及我国的台湾省等。我国与世界液化天然气的应用相比，起步较晚，天然气工业技术相对落后，同时也说明我国大力发展液化天然气工业是有潜力和资源保证的。

由于中、上游天然气工程的不可抗拒因素造成的停产或者是输气管线的故障，以及冬季天然气的需求量较大，液化天然气调峰站可以提供天然气的可靠供应，从而确保能够安全供气。液化天然气作为清洁能源，可用于燃烧发电，相比其它化石燃料，液化天然气在燃烧发电后不产生灰份以及炉渣，对环境不会产生灰渣的污染，可以有效的保护环境。随着发电技术的日益成熟，联合循环发电相比蒸气轮机发电的热能利用效率提高了接近50%，大幅度地节约了燃料资源。