摘要：論述了液化天然氣裝置的類型，分析了天然氣液化工藝的特點，展望了液化天然氣在我國的應用。
關鍵詞：液化天然氣；城市燃氣調(diào)峰；液化
Types of LNG Equipment and Liquefaction Technologies
ZHU Wen-lan
(Lanzhou Gas and Chemical Industry Group Co．，Lanzhou 730030，China)
Abstract：The types of LNG equipment are discussed，the characteristics of NG liquefaction technologies are analyzed，and the application of LNG in China is prospected．
Key words：liquefied natural gas；city gas peak-shaving；liquefaction
我國的能源消費總量占全世界能源消費總量的11.1％，屬世界第二位。在能源消費結(jié)構中，我國天然氣比例最低，只是全球平均水平的7.2％，在我國能源消費總量中天然氣僅占2.8％，遠低于世界水平。因此，加快開發(fā)利用天然氣，提高天然氣在能源消費結(jié)構中的比例，優(yōu)化能源結(jié)構，保護環(huán)境，對我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。
液化天然氣(LNG)用作城市燃氣調(diào)峰和車用燃料，在發(fā)達國家被廣泛采用，也將成為我國大中城市促進城市清潔能源應用、發(fā)展城市燃氣事業(yè)的途徑之一。
1 液化天然氣的發(fā)展
由于在深冷前經(jīng)過進一步凈化，LNG比管道天然氣和壓縮天然氣更潔凈；LNG常壓儲存，比壓縮天然氣更為安全；LNG體積小，更適合長途運輸，而且更適合于城市燃氣調(diào)峰和作為車用燃料。這些特性和優(yōu)點使LNG應用得到了廣泛的發(fā)展，越來越多的國家選擇LNG來調(diào)整能源結(jié)構，LNG運輸成為天然氣除管道輸送外另一種重要方式，LNG的貿(mào)易成為除石油之外的重要能源貿(mào)易。世界上已建成投產(chǎn)LNG大型液化裝置逾160套，液化生產(chǎn)能力以年平均20％的幅度增長。
2 LNG裝置的類型
2．1 調(diào)峰裝置
調(diào)峰裝置將天然氣液化儲存用于調(diào)峰，主要建設在遠離天然氣氣源的地區(qū)。在發(fā)達國家廣泛用于天然氣輸氣管網(wǎng)中，對城市用氣量的波動進行平衡。城市天然氣的用量隨時間變化，比如在北方，冬季由于取暖的原因用氣量要遠遠大于夏天，以蘭州為例，冬夏季天然氣峰谷用量相差2—5倍。由于城市用氣量的不均勻性，就需要一定的調(diào)峰手段，把用氣低谷時多余的天然氣儲存起來用于用氣高峰時段。
城市天然氣的調(diào)峰通常有兩種手段，一種是以氣態(tài)的方式儲存高壓氣態(tài)的天然氣，另一種是以液態(tài)的方式儲存低壓低溫的液態(tài)天然氣。液態(tài)液化天然氣容器的單位容積儲存量遠遠大于氣態(tài)方式，所以LNG儲存調(diào)峰單位造價更節(jié)省，是1有效的調(diào)峰方式。
用于調(diào)峰的小型液化天然氣裝置應具有較大的市場靈活性，能夠滿足不同地區(qū)的天然氣事業(yè)在不同發(fā)展階段的需求。小型液化天然氣裝置應該具備簡單、有效、可靠的工藝特點，能力配置要充分結(jié)合當?shù)貙嶋H情況。
2．2 基地裝置
基地裝置又稱基荷型裝置，主要用于大量生產(chǎn)LNG供出口或貿(mào)易。LNG基地裝置多建在沿海地區(qū)，便于裝船運送到輸入國或地區(qū)。工廠處理量很大，且要與氣源的規(guī)模和LNG運輸船的裝運能力相匹配?；匮b置的液化能力很大，沒有再氣化設施。
在國外也有小型的基地裝置生產(chǎn)液化天然氣供交通工具或衛(wèi)星城鎮(zhèn)使用，LNG作為交通燃料比較新穎而且前景非常好。生產(chǎn)液化天然氣的液化裝置本質(zhì)上和調(diào)峰裝置相同，只是液化天然氣的儲罐更小些，而且是以液體而不是氣體的形式輸出。
2．3 終端裝置
終端裝置又稱接收站，用于大量接收、儲存由LNG運輸船從海上運來的LNG。儲存的LNG氣化后進入管網(wǎng)供應用戶。
3 LNG的液化工藝[1]
3．1 預處理
原料氣一般來自油氣田或者長輸管道，在其進入裝置前，先要將其中夾帶的液體和固體雜質(zhì)去除。在液化前，還要進一步處理純化，將原料氣中的酸性氣體、水分、重烴、汞等脫除，以避免CO2、水分和重烴等在低溫下凍結(jié)堵塞下游管道和設備，以及硫、汞等對設備產(chǎn)生腐蝕。CO2、SO2等酸性氣體根據(jù)含量的不同可以用物理吸收或者化學吸收脫除。物理吸收使用分子篩，化學吸收使用醇胺、砜胺等溶液。水分的脫除普遍使用分子篩。汞的脫除常使用含硫活性炭、分子篩等[1]。
3．2 液化
液化是LNG生產(chǎn)的核心。液化工藝和相關設備配置對裝置的效率和造價具有決定性的影響。從 LNG技術誕生以來，先后有節(jié)流制冷、膨脹制冷、復疊制冷、混合制冷、帶預冷的混合制冷、雙混合制冷以及單元混合制冷，其中運用比較多的有以下4種。
①復疊制冷
典型的復疊制冷循環(huán)由3個單獨的制冷循環(huán)組成，多為丙烷、乙烯和甲烷3個不同溫度級別的循環(huán)系統(tǒng)串聯(lián)，每個系統(tǒng)均有一套壓縮機組。復疊制冷技術成熟，除了天然氣液化外，在乙烯深冷分離中也有應用。其缺點是機組多，流程復雜，控制、操作和維修環(huán)節(jié)繁多，因而可靠度相對較低。有些采用復疊制冷的大型LNG生產(chǎn)裝置為了提高開工率，每個冷劑系統(tǒng)都配備了雙透平，雖然這樣做可以使裝置即使在某個透平出問題時仍然有可能保持生產(chǎn)，但操作更加復雜，單位造價也大大增加。
②混合制冷
混合制冷采用多組分混合冷劑，利用不同組分的沸點不同、部分冷凝的特點，得到所需不同的溫度級別，將原料氣順序冷卻液化。也有將混合冷劑壓縮到不同壓力級別然后蒸發(fā)提供冷量。與復疊制冷相比，混合制冷只需一套壓縮機組，工藝流程大為簡化，但由于仍需將冷劑分為不同的溫度級別或壓力級別，導致能耗較高，控制系統(tǒng)仍然較復雜，對冷劑組分的配比也有比較苛刻的要求。
③帶預冷的混合制冷
這種工藝采用最多的是基于丙烷預冷的混合冷劑制冷工藝。液化所需冷量分兩段提供。高溫段采用丙烷作為冷劑按幾個不同的溫度級別對原料氣和混合冷劑預冷，低溫段先后用不同壓力級別的混合冷劑把原料氣順序液化。這種工藝結(jié)合了復疊制冷與一般的混合制冷的優(yōu)點，工藝流程相對簡單，效率更高，運行費用較低。
④單元混合制冷
美國Black&Veach Prichard Inc．(BVPI)開發(fā)的PRICO 制冷技術是一種非常1的混合冷劑制冷工藝。和其他工藝一樣，冷劑1行壓縮，分成氣液兩相，但只有一個壓力級別。氣液兩相高壓冷劑在冷箱入口混合，由上至下通過熱交換器，基本上在和LNG相同的溫度下流出，經(jīng)過控制閥減壓后返回熱交換器，向上流動氣化，提供冷量，然后回到壓縮段完成閉路循環(huán)。
PRICO工藝和其他所有在用LNG液化工藝相比，只有1臺壓縮機、1個冷箱，流程非常簡單，控制更方便，操作更可靠，對冷劑成分的變化不敏感，對不同組成原料氣有很強的適應性，其造價和操作費用低。
4 液化天然氣在我國的應用前景
①城市供氣主氣源
通過非管道運輸將LNG運到用氣地區(qū)，可以作為過渡氣源或永久性氣源。尤其是沿海城市可以充分利用地理優(yōu)勢修建LNG接收站，利用從海外運來的LNG。我國廣東、福建、上海等省市均已經(jīng)開始大型LNG接收站的建設。
②城市燃氣調(diào)峰
LNG調(diào)峰和傳統(tǒng)的調(diào)峰方式相比，具有儲存效率高，儲運手段比氣態(tài)天然氣更靈活，有較高的機動性。LNG用作城市調(diào)峰氣源，其占地少，工期短，維修方便。隨著管道燃氣事業(yè)的發(fā)展，城市調(diào)峰氣源規(guī)模將會越來越大。
③衛(wèi)星城鎮(zhèn)供氣
大中城市的衛(wèi)星城鎮(zhèn)由于遠離氣源和長輸管道，建設輸氣管道不經(jīng)濟。LNG運輸靈活高效，容器的單位容積儲存量大，使用時間長，且小區(qū)氣化工藝流程簡單安全，建設造價省、見效快、方式靈活，價格平穩(wěn)，是適宜的衛(wèi)星城鎮(zhèn)的供氣方式，在發(fā)達國家已經(jīng)廣泛應用。
④清潔車用燃料
與汽油、柴油和LPG、CNG相比，LNG具有辛烷值高、抗爆性好、價格低、一次充裝量大、行駛里程長、尾氣污染小等優(yōu)點，不論對于交通工具還是工業(yè)
生產(chǎn)，都是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料。
2003年北京已開始了LNG汽車的試運行，并計劃改造完成LNG汽車300輛，以后逐步將北京90％的公交車改造完成為LNG汽車。最近，新疆也已投運LNG汽車，上海LNG城市客車也已經(jīng)研制成功并通過鑒定。隨著國家清潔汽車行動步伐加快，LNG在汽車燃料中將占據(jù)越來越重要的地位。
參考文獻：
[1]顧安忠，魯雪生，江榮順，等．液化天然氣技術[M]北京：機械工業(yè)出版社，2003。