天然气液化技术及其应用策略

天然气液化技术及其应用策略

付元垒,冯星星,林忠坤,刘通,郭志彬

杰瑞石油天然气工程有限公司 山东省 烟台市264003

摘要：液化天然气也被称作为LNG，液化天然气可以进行灵活的运输并且储存起来十分的方便，再加上建设储气库所需要的投资较少，不容易受到外部因素的影响，所以十分适合对城市中的输配气系统进行调峰和扩容。液化天然气也可以作为车辆使用的燃料，液化天然气中所包含的辛烷值要高于当前的汽车燃料，并且有着更好的抗爆性能，所产生的排气污染更少，所以对于提升发动机的运行效率和运行寿命有着重要的帮助作用。而相比于压缩天然气，液化天然气也有着相应的优势，液化天然气的储存效率更高，且储瓶的重量较轻，运输的里程数更长，且能够具备较高的安全系数，在建站的过程中不会受到供气管网的限制。

关键词：天然气液化技术；应用；策略

1天然气液化技术的概念

天然气液化技术是指将天然气经过一系列的处理和加工，在低温的条件下将其转化为液态天然气（LNG）的技术。气态条件下，天然气的体积大、压力高，不易储存和运输，而液态天然气则可以在相同的体积内存储更多的能量，便于储存和运输。天然气液化技术的核心是通过压缩和冷却将天然气液化，将体积缩小到约为标况下的六百分之一，方便储存和运输。具体来说，天然气液化技术包括天然气压缩、净化、液化、储存、输送和应用等环节。其中，液化、储存和输送是关键环节，需保持低温和密闭以避免泄漏和安全事故的发生。天然气液化技术在天然气储存、运输和应用方面具有广泛的应用前景，可以促进天然气的利用和开发，满足能源需求，并为环保和可持续发展作出贡献。

2天然气液化技术分析

2.1混合制冷工艺MRC

混合制冷工艺是在长期经验积累的情况下所设计出的工艺技术，该工艺主要是利用混合制冷剂的技术来对阶式制冷工艺的纯组分进行替代，所应用的制冷剂主要为氮气和烃类的混合物，具体应用的过程中主要是按照制冷工艺要求配比而成。混合制冷工艺MRC可以分为单级混合制冷工艺S-MRC、多级混合制冷工艺D-MRC以及预冷混合制冷工艺C3-MRC。压缩后的混合冷剂在冷箱中通过多个J-T阀节流后温度迅速降低，将净化后的天然气冷却到-162℃以下液化后重新进入制冷压缩循环。液化天然气节流降压后过冷，进入储罐中储存。与阶式制冷工艺相比，混合制冷工艺的设备更少且工艺简单，所需要的成本也相对较低。

2.2阶式制冷工艺

阶式制冷工艺在二十世纪六十年代是一种常用的制冷工艺技术，该技术主要是通过多个制冷循环系统来实现天然气的液化，具体包括了多个不同沸点的制冷剂的制冷系统，根据制冷沸点的梯度来为天然气带来足够的液化冷量，整个过程如下：首先，天然气完成净化过程后进入到多阶制冷循环系统当中，通过冷箱进行逐级冷却和冷凝液化，最后对其进行过冷处理，通过节流降压来制造出低温常压液态天然气并对其进行储存。阶式制冷工艺的主要特点在于从天然气液化系统中将制冷系统独立出来，因为其中的制冷剂属于独立单元，所以这两者之间所具备的关联性有限，所以操作起来更加的简单，系统运行更加稳定，不会出现系统相互影响的情况，十分适合高压气源的处理。与此同时，这种工艺也有着一定的缺陷，一方面在于制冷机组较多，整个流程较长，需要制冷剂有着高纯度。另一方面在于该系统无法对高氮含量的天然气进行处理，所以这种液化工艺逐渐被混合冷剂技术所取代。

2.3膨胀制冷工艺

膨胀制冷是一种常见的制冷方式，可以利用气体的膨胀过程制冷。膨胀制冷通常利用氮气（或者其他介质，如甲烷）在膨胀机中膨胀产生冷量制冷，根据压缩膨胀的不断循环，氮气的膨胀过程可以产生非常低的温度，从而实现深冷液化的目的。膨胀制冷主要优势在于冷剂单一容易获取，设备操作维护简单。缺点在于液化能耗较高，液化率低，需要带压储罐储存。

2.4天然气液化副产工艺

氦气有气体黄金的称号，自然界含量较少，基本上只能在含有氦气的气源中提纯，而富含氦气的天然气矿藏是绝佳的氦气来源。因此，在液化过程中的不凝气和储罐产生的闪蒸气（BOG）中都含有大量的氦气。通常氦气回收采用膜分离技术或低温分馏技术，将液化气中的氦气分离出来再进行精馏、纯化、液化等处理，最终得到高纯度、便于储存和运输的氦气资源。回收后的氦气可以用于半导体制造、核磁共振成像、气体激光等领域，提高液化天然气的附加值。

3液化天然气的应用探究

3.1发电

液化天然气气化后主要成分为甲烷，不含酸性组分和重烃类物资，燃烧后产生的有害产物主要为二氧化碳和少量的氮氧化合物，因此，与传统的煤电相比，液化天然气发电具有启停迅速、发电效率高、调峰性能好、产生的污染物少等优势，随着“双碳”计划的实施，天然气发电将逐步替代煤电，在后续的清洁能源利用领域占有举足轻重的地位。

3.2调峰

因为液化天然气非常便于运输和储存，所以在进行液化天然气的运输当中，能够对其中存在的距离因素和地理因素以及环境因素所带来的影响进行有效的克服，从而使得液化天然气的运输过程更加的便利和安全。尤其是对于大型港口、一些地处偏远的区域，同样能够进行天然气的运输，并且能够为一些能源短缺的国家供应天然气，达到天然气调峰的效果，从而更加有利于这一行业的可持续性发展。

3.3冷能利用

天然气液化必须经过冷冻和液化技术来实现，那么就需要确保液化天然气中有着大量的能量储存，在液态转为气态时会释放出大量的能量。如果在这个过程中能够通过合理的方式方法来回收能量，那么就可以提升能量利用效率，从而促进社会经济的发展。目前有效的利用主要在冷藏储存、温差发电以及空分等领域。

4液化天然气的安全隐患及预防措施

4.1安全隐患

液化天然气泄漏后迅速吸收环境温度气化、膨胀，造成接触物的冻伤损坏。进而与空气进行剧烈的混合，达到燃烧范围，形成爆炸危险环境，极易出现严重的火灾爆炸事故。

液化天然气是多组分混合物，容易因温度和组分的变化引起密度变化，液体密度的差异使储罐内发生分层现象。分层后的液化天然气，上层液化天然气静压抑制效果会使得外部的容量穿入到其中，那么下层的液化天然气就无法实现及时的蒸发，从而导致下层液化天然气出现过度的饱和情况。当储罐上层液化天然气密度高于下层液化天然气密度，那么就可能会造成迅速蒸发的现象，如果没有针对这种情况的预防措施，那么将可能出现严重的安全事故。

4.2预防措施

为了避免出现液化天然气分层的情况，那么在将液化天然气注入到储罐当中时，应该利用其中的布料器等设施来让注入的液化天然气蒸气压与之前原有的蒸气压之间达到平衡。如果不同槽车的液化天然气被注入到一个储罐当中时，那么就会出现分层的情况，这时需要对其进行实时监测，并结合实际情况来采取相应的措施，例如过冷、强制混合措施等。除此之外，用于调峰的液化天然气储罐，即便是对液化天然气制冷温度以及压力进行控制，但是如果需要接受外来的液化天然气时，也需要避免翻滚的情况发生。此外，在气化前可以对天然气进行加热预处理，这样可以减少气化结霜的可能性。加热预处理可以采用热水加热、蒸汽加热等方法。

5结语

综上所述，液化天然气的优势特点在于运输和储存起来十分方便，同时也有着很高的洁净度和安全度，所以如今对于液化天然气的应用非常广泛。为了适应经济的发展和环境保护的要求，需要在天然气液化与储运技术方面付出更多的努力。

参考文献

[1]李超.天然气液化工艺技术的发展路径研究[J].江苏科技信息，2022，39（09）：40-43.

[2]刘浩.液化天然气储运及技术研究[J].化工管理，2021，（25）：69-70.