張學武

（唐山唐鋼氣體有限公司 河北 唐山 063000）

1 引言

天然氣有高氫碳比、高熱值的特性，與石油和煤炭并稱為世界一次能源三大支柱。在作為燃料方面，天然氣比較其它的化石燃料，有著環(huán)境污染較低以及效率較高的特點。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，環(huán)境問題的倍受關注以及石油資源的日益緊缺，使得全球性天然氣的需求量急劇的增長，21世紀將會是天然氣的世紀。天然氣作為清潔能源，其在一次能源中的比重日漸增加，減少了大氣環(huán)境污染的壓力。天然氣由于其液化后體積大大減小，運輸和儲存效率高，目前已經(jīng)成為增長速度最快的能源供應領域。因此，合理利用寶貴的液化天然氣資源以及提高其能源利用率具有深遠的意義。

2 天然氣液化技術現(xiàn)狀

常溫下的天然氣為氣體，貯存或者遠距離的運輸比較困難，開采出來的天然氣通常需要經(jīng)過“三脫”進行凈化處理，然后將天然氣進行液化工藝處理，由于其組分中主要為甲烷，液化后的天然氣為低溫液體。由于天然氣液化后的體積僅為氣態(tài)時的1/625，故其運輸以及儲存效率得到大幅度提高。至今，天然氣的液化技術中比較成熟的工藝主要有膨脹機制冷、節(jié)流制冷、階式制冷、混合冷劑制冷以及帶預冷的混合冷劑制冷等[1]。目前，液化天然氣廠多采用后三種液化工藝。美國于1941年建成了第一套工業(yè)級的液化天然氣裝置，自60年代以來，液化天然氣工業(yè)迅速發(fā)展，其規(guī)模也越來越大，國內(nèi)外在天然氣液化技術方面也有著一定的開發(fā)研究。

2.1 國外技術現(xiàn)狀

規(guī)模大、設備多、工藝復雜、投資高是國外天然氣液化工藝的特點，大都采用階式以及混合冷劑的制冷液化工藝，這兩種類型的液化裝置目前仍在運行中，其中混合冷劑的制冷液化工藝是新裝置投產(chǎn)設計考慮的主要工藝，工藝研究的主要目的是降低天然氣液化的能耗。

法國的Axens公司研究開發(fā)了先進的Liquefin天然氣液化工藝，與通用的液化工藝相比，Liquefin工藝的生產(chǎn)能力可提高15～20%，其生產(chǎn)成本也降低了25%，該工藝的工業(yè)化為天然氣液化奠定了基礎。Liquefin工藝的優(yōu)點主要是使用翅片式的換熱器以及進行了熱力學優(yōu)化的工藝，該工藝在環(huán)保、安全、實用以及創(chuàng)新等方面特點已經(jīng)在世界范圍內(nèi)被廣泛認可。

天然氣液化的CⅡ-2工藝，有著簡潔、無相分離以及易于控制等的純組分循環(huán)具有的優(yōu)點，同時又有著制冷劑與天然氣制冷溫位的較好配合、裝置少、功效高等混合冷劑的制冷循環(huán)工藝具有的優(yōu)點。

美國研究開發(fā)的一種新型的GTL天然氣液化的技術比目前的GTL液化技術更能適用于較小規(guī)模的天然氣液化裝置。該新型工藝相比現(xiàn)有的技術要簡單的多，同時不需要使用合成氣，并且除發(fā)電外，氧氣也不需使用。其規(guī)模、生產(chǎn)以及經(jīng)濟性等方面均與普通的GTL工藝不同。

2.2 國內(nèi)技術現(xiàn)狀

國內(nèi)的天然氣液化研究大都是小型的液化工藝，吉林的LNG裝置是采用氣體軸承的透平膨脹機，以氮氣作為冷劑進行的閉式循環(huán)液化工藝，該工藝流程簡單，但該工藝沒有能夠充分利用天然氣的自身壓力，并且以氮氣作為制冷劑相比其他冷劑的功耗大，故而該裝置的功耗較高；四川的LNG裝置充分利用了天然氣的自身壓力，通過透平膨脹機來制冷液化天然氣，工藝流程技術較為先進合理。該LNG裝置基本上不消耗電、水等，但液化率相對很低；陜北的LNG裝置是利用天然氣的膨脹進行制冷循環(huán)工藝，分子篩干燥與低溫甲醇洗聯(lián)合凈化原料氣，低溫制冷通過透平膨脹機與氣波制冷機聯(lián)合進行，分子篩的再生是通過燃氣發(fā)動機尾氣加熱，該裝置設備能耗低，已全部國產(chǎn)化；中原油田的LNG裝置結合國內(nèi)氣源的特點，在國外先進的液化工藝技術基礎上，研究開發(fā)了液化工藝技術新方案。該液化工藝采用乙烯和丙烷進行復疊式預冷后經(jīng)過節(jié)流式制冷，制冷系統(tǒng)之間相對獨立、靈活性、可靠性較好。但該液化工藝相對復雜，設備投資較高；西南石油學院以SRK方程為基礎模型，研究開發(fā)了LNG工藝軟件，提出了新的液化工藝。工藝流程中天然氣進行循環(huán)壓縮，天然氣的液化率得到了大幅度提高，另外采用天然氣的發(fā)動機以及小負荷天然氣的發(fā)電機組為天然氣的壓縮機供電，以解決較邊遠地區(qū)電力緊張或無電的問題。另外裝置中還增加以微波吸收腔，能夠有效地利用天然氣自身壓力，制冷效率得到了大幅度提高。

3 LNG的優(yōu)點及應用

天然氣液化后體積大大減少，便于運輸，經(jīng)濟可靠。利用專門的液化天然氣槽車以及輪船[2]進行長距離運輸相比地下管道運輸，天然氣的放空損失少，投資少，風險小，適應性較強，方便可靠；液化天然氣的儲存效率較高、占地面積少；由于天然氣民用季節(jié)性需求不平衡，夏用量多，冬用量少，用氣廠檢修或者液化天然氣廠本身的技術改造，又或是管網(wǎng)出現(xiàn)故障等其他原因，均會造成天然氣的供氣不平衡，液化天然氣的儲存就起到了靈活方便、不受條件限制的負荷調(diào)節(jié)作用；回收利用LNG汽化過程中的冷量，可用于冷凍、冷藏、溫差發(fā)電、低溫破碎等，目前的工藝水平可回收所耗能量的50%以上；天然氣低溫液化可分離出C2～C5的烴類以及H2，H2S等燃料及化工原料，還可以與提He進行聯(lián)產(chǎn)；液化天然氣還可以作為車用燃料，相比汽油，天然氣有著辛烷值高、燃燒完全、抗爆性好、排氣污染少、低運輸成本、發(fā)動機壽命較長等優(yōu)點；液化天然氣的燃點、爆破極限均比汽油高，密度比空氣更輕，一旦泄漏迅速飛散，不會發(fā)生自然爆炸的情況；我國的城市污染主要源自煤的燃燒以及車輛的尾氣，若改燒天然氣，排放的CO、SO2、NOX等均大幅度降低。

液化天然氣的主要產(chǎn)地大致分布在澳大利亞、印度尼西亞、阿爾及利亞、馬來西亞、文萊等地，其消費國主要有美國、日本、西班牙、法國、韓國以及我國的臺灣省等。我國與世界液化天然氣的應用相比，起步較晚，天然氣工業(yè)技術相對落后，同時也說明我國大力發(fā)展液化天然氣工業(yè)是有潛力和資源保證的。

由于中、上游天然氣工程的不可抗拒因素造成的停產(chǎn)或者是輸氣管線的故障，以及冬季天然氣的需求量較大，液化天然氣調(diào)峰站可以提供天然氣的可靠供應，從而確保能夠安全供氣。液化天然氣作為清潔能源，可用于燃燒發(fā)電，相比其它化石燃料，液化天然氣在燃燒發(fā)電后不產(chǎn)生灰份以及爐渣，對環(huán)境不會產(chǎn)生灰渣的污染，可以有效的保護環(huán)境。隨著發(fā)電技術的日益成熟，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電相比蒸氣輪機發(fā)電的熱能利用效率提高了接近50%，大幅度地節(jié)約了燃料資源。

4 結語

發(fā)展液化天然氣工程是當前世界能源利用的潮流，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國也迅速的成為了液化天然氣的進口國，將會迅速的占領能源市場。在進行液化天然氣的開發(fā)利用方面，要能夠充分結合大、小型區(qū)域天然氣的開發(fā)利用，開發(fā)各種可用天然氣資源，從而實現(xiàn)天然氣的多元化發(fā)展，將我國利用天然氣的能力提高至較高的水平。