浅谈液化天然气的加工和储存问题

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摘要：我国有着丰富的天然气储量，液化天然气被公认是地球上最干净的能源。其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理，经一连串超低温液化，天然气在液化过程中进一步得到净化，体积和重量大大减小，大大方便了储存和运输。本文将总结液化天然气的能源特点优势，重点谈谈液化天然气的加工工艺和储存方面的一些问题。

关键词：液化天然气；超低温液化；储存

中图分类号：TE975 文献标识码：A

天然气是一种公认的清洁、高效、优质能源，在化工、电力、城市燃气等工业和民用领域得到广泛的应用。天然气在常压下，当冷却至约-162℃时，则由气态转变成液态，称为液化天然气（英文：Liquefied Natural Gas 简称LNG）。液化天然气甲烷纯度更高，不含二氧化碳、硫化物等液化天然气的体积约为同量气态天然气体积的1/600；液化天然气比水轻，其重量仅为同体积水的45%。因此液化天然气运输灵活、储存效率高，用作城市输配气系统扩容、调峰等方面，与地下储气库、储气柜等其他方式相比更具优势，并且具有建设投资小、建设周期短、见效快、受外部影响因素小等优点。

1液化天然气的优势

液化天然气作为当前的主要能源，具有许多其他能源所不具备的优势：

1.1 液化天然气是最清洁的燃料

液化天然气燃烧后生成二氧化碳和水，与煤炭和重油比较，燃烧天然气产生的有害物质大幅度减少，如以天然气代替燃煤，可减少氮氧化物排放量80-90%，一氧化碳排放量可减少52%，并基本杜绝二氧化硫的排放和城市酸雨的产生。

1.2 液化天然气更经济实惠，比液化石油气便宜约30%至50%

1.3 液化天然气热效高，在同样压力下，天然气在燃烧时较相同体积的大部分其他矿物燃料释放出更高的热值。

1.4 液化天然气还具有安全的特点

液化天然气安全性高，其着火温度为650℃；着火下限比液化石油气高，天然气5%，液化石油气1-1.5%；不含一氧化碳，不会引起一氧化碳中毒。气态天然气密度比空气轻，如有泄露易于飘散。在泄露处不容易聚集而引起火灾或爆炸。燃烧时不会产生一氧化碳等有毒气体，不会危害人体健康。

2液化天然气生产工艺

天然气液化系统主要包括天然气的预处理、液化、储存、运输、利用这5个子系统。一般生产工艺过程是，将含甲烷90％以上的天然气，经过脱水、脱烃、脱酸性气体净化处理后，采取先进的膨胀制冷工艺或外部冷源，使甲烷变为-162℃的低温液体。目前天然气液化装置工艺路线主要有3种类型：阶式制冷工艺、混合制冷工艺和膨胀制冷工艺。

2.1 阶式制冷循环

阶式制冷工艺是一种常规制冷工艺。阶式制冷循环1939 年首先应用于液化天然气产品，装于美国的Cleveland，采用NH3、C2H4 为第一、第二级制冷剂，净化后的原料天然气在3个制冷循环的冷却器中逐级冷却、冷凝、液化并过冷，经节流降压后获得低温常压液态天然气产品，送至储罐储存。经典阶式制冷循环由三个独立的制冷系统组成。从发展来看，最初兴建LNG 装置时就用阶式制冷循环的着眼点是：能耗最低，技术成熟，无需改变即可移植于LNG 生产。但是随着生产需要和技术的改进，阶式制冷工艺由于制冷机组多，流程长，对制冷剂纯度要求严格，且不适用于含氮量较多的天然气。因此这种液化工艺在天然气液化装置上已较少应用。

2.2 混合制冷工艺

有鉴于阶式制冷循环装置复杂、投资高，为此开发了混合制冷循环（Mixed Refrigerant Cycle， MRC）。混合制冷工艺是六十年代末期由阶式制冷工艺演变而来的，多采用烃类混合物（N2、C1、C2、C3、C4、C5）作为制冷剂，其Q-T 曲线与原料天然气接近一致。据混合制冷剂是否与原料天然气相混合，分为闭式和开式两种混合制冷工艺。

与阶式制冷工艺相比，混合制冷工艺具有流程短、机组少、投资低等优点；流程是简单了，但它的效率要比经典阶式制冷循环低，设计计算较困难。

2.3 膨胀制冷工艺

膨胀机制冷循环是指利用高压制冷剂，通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷来实现天然气的液化。其工艺特点是利用原料天然气的压力能对外做功以提供天然气液化所需的冷量。气体在膨胀机中膨胀降温的同时，能输出功，可用于驱动流程中的压缩机。优点是能耗低、流程短、投资省、操作灵活；缺点是液化率低。根据制冷剂的不同，膨胀机制冷循环可分为：氮膨胀机制冷循环、氮-甲烷膨胀机制冷循环、天然气膨胀制冷循环。

3天然气液化技术应用前景

我国天然气资源分布不均，要合理开发资源，就必须解决利用与运输间的矛盾。随着城市燃气需求量的增加，为了调节供需的矛盾，降低生产成本，在国内的一些城市开始建设LNG调峰工厂，这些工厂可以起到很好调峰的作用。据国外资料统计，在欧美等地已建成投产100多座LNG调峰装置，它比建设地面高压储气罐和地下储气库节省土地、资金，缩短工期，而且方便灵活，不受地质条件限制。随着城市居民生活水平的提高和车用燃料的紧缺，城市车辆对安全、经济、环保和可靠的车用燃料的需求量也会不断增加，天然气以其优良的燃烧、排放性能愈来愈受到广大用户的青睐。因此，加快对适合我国特点的天然气液化装置的工艺技术研究，加大对相关应用技术研究的力度和投入，已成为天然气应用开发领域的重要课题之一，具有广阔的市场前景。

4液化天然气的存储

液化天然气LNG在常压下沸点大约为-162℃，目前对于LNG的储存大约存在两种工艺，一种是常压低温储存；另一种是带压子母罐储存，对两种储存工艺对比列举如下：

4.1 常压低温储存

LNG常压储存是采用常压拱顶低温储罐储存LNG，储罐为平底拱盖、立式双层壁结构，外罐底板铺设在平台上，底板上铺设泡沫玻璃砖（作为底部保温层及负荷承载层），内罐底板铺设在负荷分配板上，内罐及液体重力通过负荷分配板均匀分布在玻璃砖上，内罐四周通过多个锚带紧固，防止内槽在举升力作用下，底部产生外凸变形，内外夹层间填充珍珠砂保温层，并且充干氮气保护，采用自动调节阀控制，保证夹层压力稳定。储存压力大约为10kPa，BOG通过BOG压缩机增压后返回系统，在每座储罐上至少配备两台低温装车泵用于LNG装车等。常压储存方式尤其适用于大规模储存，特点是投资较省，但是工艺比较复杂。

4.2 带压子母罐储存

LNG带压储存通常是采用子母罐储存，子罐一般采用压力罐，设计压力约为0.8MPa，储存压力大约为0.3MPa，母罐主要作用是保冷和抗风荷载，内外罐之间填满保温层。子母罐由于子罐的制造容积受到限制，目前国内最大能够做到250m3，而且目前一个母罐最多容纳子罐12个即1座子母罐最大储存容积为3000m3，因此子母罐储存方式难以满足大规模的LNG储存。带压子母罐储存方式不需要配备BOG压缩机，只需配备普通低温泵用于装车等操作。子母罐储存方式优点是工艺简单，缺点是在较大储存规模时投资高。一般较大规模的LNG储存多采用常压储罐储存。

当前世界经济格局发生了较大变化，加快对适合我国特点的天然气液化装置的工艺技术和储藏技术的研究，加大对相关应用技术研究的力度和投入，已成为天然气应用开发领域的重要课题之一，具有广阔的市场前景。

参考文献

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