浅谈液化天然气技术与应用

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【摘要】目前，天然气作为世界上最优质的城市气源，已经得到广泛的认可和使用。本文介绍了液化天然气如何从提氢尾气中提取出来及工艺流程，并详细介绍了液化天然气技术——LNG及其优势。

【关键词】天然气；液化天然气；技术

一、引言

天然气热值高、污染小，多用做火力发电和城市燃烧的燃料。为了方便天然气的运输和大量的存储，开采出来的天然气通常要去除杂质，利用低温进行液化，变成液化天然气（LNG）来提高运输和存储的效率。液化天然气是将气田的天然气采用管道集中之后进行脱水和脱重质烃，然后经过化学反应去掉硫化氢及二氧化碳等杂质，脱汞、最后采用冷媒循环式热交换器将纯天然气进行液化，方便运输和储藏。需要使用LNG的时候，要先将其转化成为常温的气体，转化过程中会产生大量的冷能，如果将这些冷能加以回收利用，可以有效地利用能源，减少机械制冷大量的电能消耗，经济效益和社会效益也会大大的增加。假如将LNG冷能以100%的效率转化成为电力，1吨的LNG冷能相当于240Kw·h。近些年，LNG工业迅速的发展，为LNG冷能的回收和利用创造了丰厚基础条件。

二、LNG工艺流程

LNG工艺流程路线的确定必须有工序、辅助设备及工厂的设备包含的专有、常规技术等确定，还要符合供气部分的技术装备要求。

此图为典型的LNG工艺流程示意图。通常工序和技术设备条件均取决于现场条件、气源的质量和生产技术是否规范。进入气体处理厂和LNG厂的气体要先分离出重烃，经过仪表的计量，运行压力要控制在工厂设计运行的压力范围之内，去除会影响液化工艺及设备的杂质，经过冷剂冷却分离出重烃后，剩下的主要成分就是甲烷、小于0.1%/mol的戊烷和重烃气体，最后经过深冷换热器冷却，经闪蒸过冷至—160℃左右液化。冷却、分馏得到的乙烷重新注入LNG中，丙烷和丁烷既可以重新注入气源，也可以作为LPG产品直接输出，戊烷等其他剩余产品就作为汽油产品输出。

三、LNG产品的提取

液化天燃气（LNG）作为清洁能源已经在我国加速应用和推广，作为可持续发展的清洁能源，具有环境效益和社会效益。使用LNG高效且经济，发电业中，天然气的热能利用率达55%，已经高于燃油、煤的使用率。伴随着人们环境保护意识的提高，LNG作为清洁能源备受关注。

1、煤制合成氨的化肥企业，其生产过程中会产生一些甲烷，通过膜分离提氢装置送到锅炉燃掉，利用率非常低。尾气中的甲烷是可以通过低温分离技术提取出LNG产品，通过绝热低温罐、LNG罐车向市场提供，增加经济效益，减少环境污染。

甲烷至少要在—82.57℃以下，压力到达4.604MPa的时候才能够进行液化，因此，甲烷的液化想要实现，只有在低温的环境下。提氢尾气中温度最高的氩气相比较甲烷的液化温度存在20℃的温差，所以，甲烷是提氢尾气在低温下最先液化的，通过精馏的方法，可以将其分离，进而提取出LNG产品。

2、多联产煤气作为生产多种化工产品的原料气源，是一种高品位的二次能源。它是以煤热解作为基础，主要可用的气体成分有：H2、CO、CH4、二氧化碳及少量的烃烯类气体。大型的多联产煤气用于民用燃气，可进行甲烷化处理，变换成为替代天然气（SNG），再经液化得到LNG。

3、褐煤水分高，挥发份大，煤化程度低，适宜用低温进行褐煤热解。在低温解热的过程中产生的可用气体成分有：一氧化碳、甲烷和氢气等。热解过程中产生的热解气CO及CO2会伴随着温度升高而增多，甲烷和氢气是在350℃时析出，当解热温度持续上升的时候，CH4的生成量将会逐渐增加，甲烷的最大生成量峰温是600℃左右。温度进一步升高，甲烷的含量就会下降。热解煤气中的甲烷可以进行液化处理，生成LNG。

4、煤制天然气可以通过两步（气化及后续的甲烷化）来制得合成天然气。天然气相比较合成气具有安全性高、单位体积的热值更高的优点。Shell煤气化具有以下特点：对煤质要求较低、环境污染小、合成气中的有效成分（CO+H2>89%）含量高、原煤以及氧气的消耗较低及运行费用相对较低等。

2009年国内有了首套的用于将煤气化过程中的净化的甲烷深冷分离工业化装置。这套装置能够将煤气化及焦化过程中产生的甲烷进行有效的分离，进而生产出合格的液化天然气产品。甲烷深冷分离装置采用低温气体分离技术，将原料气冷却到—180℃～—165℃，省去了传统合成气生产过程中较为复杂的甲烷转化工段，将合成气中的惰性气体除去，净化、精制的同时，将甲烷组分分离成为液态甲烷。这样可以不需要增压就能进入下游作为合成气，降低了合成回路惰性气体的影响，还提高了合成反应率，将后续合成气压缩机约为10%的分离功耗大大降低，还减少了废气的排放量，具有显著的经济效益和社会效益。

四、LNG技术

1、LNG的生产。对天然气进行冷冻，当温度降到—162℃至—140℃时，天然气可由气态转化成为液态。液化的天然气体积缩小约600倍，属于超低温，饱和压力在0—0.5mPa。

2、LNG的运输。目前世界上常用的运输手段是船舶水运和火车、汽车运输，他们均采用的是槽罐保温工艺方式进行长距离的输送。运用LNG低温集装箱，在汽车和铁路运输方面十分方便。

3、LNG的存储。其存储采用独特的保温储罐存储，一个容量为10000m3的储罐，大约可以存储4000～5000t的LNG。储存期间如果不使用的情况下，LNG存储可长达27天。

4、LNG的气化。气化是指通过换热器将LNG变成气态，它是一个吸热换热的过程。气化的方式有：海水气化、热水强制气化及空气气化。国内的小规模气化器分为空浴式及水浴式两种。

5、调压、缓冲。经过气化的LNG需要进过调压至城市管网所需要的压力范围才行，如果有条件的需要设置缓冲罐，保证供气的稳定。

五、LNG技术的优势

1、安全、环保。由于天然气在液化的过程中脱除了一些如重烃类的杂质，相较于一般的天然气更加纯净，可以更加完全的燃烧，是最清洁的能源之一。气态天然气的密度小于空气密度，不小心泄漏了很容易扩散，液化石油气则刚好相反；天然气的爆炸极限为5—15%，它的下限5%比液化石油气的1%要高，即引起爆炸的气体，泄漏量范围要大，危险性会小一些。LNG在低温下进行存储，更加安全。