呂勝男，王師婧(陜西延長石油天然氣股份有限公司，陜西 延安 716000)

0 引言

目前，在天然氣液化行業(yè)中也采用了很多新技術(shù)，并使用了很多新型天然氣液化裝置，通過這些新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用，使得天然氣的液化效率和液化質(zhì)量都得到了很大的提升。由于天然氣的需求量也在快速增長，故選擇合理的天然氣液化設(shè)備，并對天然氣液化工藝流程進行優(yōu)化，可以為社會提供更多的優(yōu)質(zhì)天然氣?？傊滦吞烊粴庖夯b置對于提高天然氣的液化技術(shù)水平具有一定的價值和意義。

1 液化天然氣裝置的特點及現(xiàn)狀

1.1 液化天然氣的特點

和壓縮的天然氣相比，液化天然氣存在明顯的不同，主要特點包括以下三點：一是液化天然氣的密度會比壓縮天然氣更高，這樣就可以顯著降低天然氣在運輸過程中所花費的成本，并且還降低了天然氣的存儲成本，更有利于天然氣使用的經(jīng)濟性。二是液化天然氣比一般的壓縮天然氣，在燃燒過程中能夠釋放出更多的熱量。三是液化天然氣在燃燒過程中，對周圍環(huán)境的污染相對較低，是一種較為清潔的能源，故在社會中也得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2 液化天然氣裝置的技術(shù)現(xiàn)狀

目前液化天然氣裝置已經(jīng)具備了一定的技術(shù)水平，但依然存在著較大的提升和改進空間，需要對天然氣在液化過程中所涉及到的裝置性能進行進一步研究，使得天然氣液化裝置的運行效率更高。在天然氣液化方式上，目前主流的工藝技術(shù)為混合制冷劑，在目前的液化技術(shù)體系中也占有重要地位。在液化工藝流程中，涉及到的流程也較為復(fù)雜，在液化系統(tǒng)中設(shè)置的參數(shù)信息會對液化天然氣的生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。主要的液化系統(tǒng)參數(shù)信息包括系統(tǒng)的組成配比、循環(huán)參數(shù)和原料天然氣中的氣質(zhì)等，需要將這些參數(shù)信息合理設(shè)置好，保證天然氣的液化效率，同時這些參數(shù)的選擇和優(yōu)化也是天然氣液化技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵[1]。在液化天然氣的運輸方式上，目前我國主要采用了兩種方式：一是通過陸上管道系統(tǒng)進行運輸；二是通過船只來運輸，這種方式一般是用來運輸進口的天然氣。為了提高天然氣的使用效率，需要對其具體的制備流程進行進一步細化，本文對此進行詳細分析和研究。

2 新型天然氣液化裝置工藝流程

2.1 天然氣液化裝置的工藝環(huán)節(jié)分析

在天然氣液化過程中，采用的液化方式可以為單循環(huán)的混合制冷劑，這種方式在對天然氣進行液化時，所需要消耗的能源相對較低，并且液化的成本也不高，運維也較為方便，所涉及到的工藝環(huán)節(jié)主要包括以下三點：一是預(yù)處理環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)當中，主要是將原料天然氣中存在的一些二氧化碳等雜質(zhì)加以清除，并對天然氣進行脫水。經(jīng)過預(yù)處理之后，就可以使得天然氣方便后續(xù)的液化操作。二是對天然氣的液化分離操作，天然氣完成了預(yù)處理操作步驟之后，需要采用制冷劑來進行分離。經(jīng)過分離操作之后，可以得到所需要的液化天然氣。三是存儲及運輸所制得的液化天然氣，并對使用過后的制冷劑進行補充，方便后續(xù)繼續(xù)使用。單循環(huán)的混合制冷劑液化技術(shù)原理圖如圖1所示。

圖1 單循環(huán)的混合制冷劑液化技術(shù)

在單循環(huán)的混合制冷劑液化技術(shù)中，當制冷劑在溫度較低的情況下，就可以進行蒸發(fā)，從而實現(xiàn)對天然氣的液化。這種天然氣液化技術(shù)在中小型的工廠中較為實用，使得生產(chǎn)工廠具備較高的經(jīng)濟性。

2.2 天然氣液化的預(yù)處理脫水設(shè)備

在對原料天然氣的預(yù)處理工藝流程中，脫水處理是重要的環(huán)節(jié)，在進行脫水處理之前，需要先對原料天然氣進行脫除二氧化碳處理之后才能夠開展。在脫水處理過程中，將天然氣通入到分離器中，使得氣體中的一些雜質(zhì)能夠過濾和清除。之后再對天然氣進行干燥處理，當該操作處理完畢之后就可以將天然氣再次通入到過濾器當中，這樣就可以完成對天然氣的處理。

2.3 膨脹流程

在膨脹過程中，主要的技術(shù)原理是根據(jù)天然氣所具備的壓力進行膨脹，經(jīng)過做功之后就可以得到相應(yīng)的冷量，實現(xiàn)對天然氣的液化。這種液化天然氣的方式較為方便，并且液化的流程也較為簡單，比較適合應(yīng)用在調(diào)峰型的裝置中。裝置在運行過程中也較為靈活，設(shè)備的啟動時間也會相對較快，適應(yīng)性相對較強。但這種液化天然氣的方式也存在著一定的缺點，主要是在液化過程中對能源的消耗量相對較高，需要根據(jù)實際情況加以選用，以保證天然氣液化的效率和質(zhì)量。

2.4 混合制冷劑流程

在該流程當中，將分烴類的混合物進行制冷處理，并且經(jīng)過一系列的冷凝、膨脹等操作之后，就可以實現(xiàn)對混合物的冷卻處理。同時在該處理過程中，還涉及到了節(jié)流以及蒸發(fā)等操作，這些都是該處理環(huán)節(jié)中的重要內(nèi)容。當天然氣經(jīng)過壓縮處理之后，就會形成高壓，并進一步開展預(yù)冷處理，之后再將天然氣輸入到分離器中，在此處理環(huán)節(jié)中，液相是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠起到降溫和降壓的重要作用。天然氣液化的循環(huán)流程如圖2所示[2]。

圖2 天然氣液化的循環(huán)流程

在該工藝流程當中，涉及到的重要制冷設(shè)備主要是冷劑吸收罐，在制冷劑當中，包括了甲烷、乙烯和氮氣等。所分離出來的制冷劑經(jīng)過冷卻之后，再分離成液相和氣相。該工藝流程相對較為簡單，并且天然氣液化系統(tǒng)的建設(shè)成本也相對較低。在整體結(jié)構(gòu)上，采用的是冷箱的結(jié)構(gòu)，各種類型的設(shè)備在布局上也較為緊湊，在一定程度上可以起到節(jié)約成本的作用。

3 新型天然氣液化裝置設(shè)備特點

3.1 新型天然氣液化裝置設(shè)備的特點

新型天然氣液化裝置設(shè)備在運行過程中，存在著明顯的特點，如天然氣液化設(shè)備的運行可靠性、運行安全性等都要求相對較高。除此之外，還存在著其他特點，如在混合制冷劑循環(huán)過程中，液化設(shè)備中此案有了多種不同類型的制冷劑，相互之間進行混合配制才能發(fā)揮出相應(yīng)的作用。由于在混合制冷劑循環(huán)過程中涉及到的設(shè)計變量相對較多，如果對各種類型的制冷劑的配比沒有把握好，或者是設(shè)計參數(shù)不夠合理，都將會導(dǎo)致天然氣液化裝置的性能發(fā)生較大的改變，并直接影響液化天然氣的質(zhì)量和效率。

對于不同類型制冷劑配比的優(yōu)化，可以借助數(shù)值方法進行優(yōu)化計算，使得制冷劑能夠獲取到最佳的組合，并對液化循環(huán)的結(jié)構(gòu)也進行整體優(yōu)化。通過對不同的配比方案進行比較，從分子結(jié)構(gòu)的角度來對不同類型制冷劑進行優(yōu)化組合，達到提高液化效率，并降低能源消耗的目的。在具體的優(yōu)化過程中，需要建立制冷劑優(yōu)化模型，并以液化循環(huán)系統(tǒng)的總能源消耗最小為優(yōu)化模型的目標函數(shù)，優(yōu)化變量可以選擇為液化系統(tǒng)的循環(huán)壓力、不同制冷劑的組成配比等[3]。通過借助魯棒優(yōu)化方法來對所建立的液化系統(tǒng)制冷劑優(yōu)化模型進行求解，從而得出新型天然氣液化裝置中各種類型制冷劑的組成配比，更好地促進天然氣液化效率的提升。

3.2 液化天然氣裝置的發(fā)展趨勢

隨著社會對液化天然氣質(zhì)量要求的提高，今后在實際天然氣液化過程中，將會對不同的液化工藝方案進行比較，綜合選擇出最佳的液化技術(shù)方案。如可以對單循環(huán)、雙循環(huán)以及丙烷預(yù)冷混合等三種不同的天然氣液化技術(shù)方案進行綜合分析比較，從液化系統(tǒng)投資、液化壓縮機的能源消耗、比功耗、所需要采用到的壓縮機數(shù)量等幾個方面進行綜合比較。單循環(huán)的天然氣液化方式容易對天然氣液化的過程進行控制和操作，并且所需要采用到的壓縮機等設(shè)備數(shù)量也相對較少，在很多液化天然氣調(diào)峰裝置中都有應(yīng)用，今后這種方式也是重要的應(yīng)用趨勢。單循環(huán)液化工藝流程如圖3所示。

圖3 單循環(huán)液化工藝流程

這種單循環(huán)液化工藝流程技術(shù)較為成熟，綜合評估液化系統(tǒng)能源消耗、液化系統(tǒng)總投資、設(shè)備的可操作性等指標，這種液化天然氣的生產(chǎn)工藝流程具有較大的應(yīng)用前景。今后隨著液化天然氣技術(shù)的發(fā)展，以及液化天然氣裝置生產(chǎn)制造技術(shù)水平的提高，在實際的天然氣液化領(lǐng)域中將會積極引入更多的先進天然氣液化技術(shù)，從而為社會提供更多的優(yōu)質(zhì)液化天然氣，滿足社會對液化天然氣這一能源的供應(yīng)需求，并進一步促進社會的發(fā)展。

4 結(jié)語

本文對天然氣的特點進行了詳細分析，并介紹了天然氣的液化流程及所采用設(shè)備的主要特點，同時對液化天然氣生產(chǎn)過程中制冷劑配比的優(yōu)化方法進行了闡述。通過采用本文所分析的天然氣液化技術(shù)，可以有效降低能源消耗，并且提高天然氣的生產(chǎn)效率，在實際生產(chǎn)中具有較高的應(yīng)用價值。