液化天然氣制儲及應用技術的研究

劉飛

摘 要：隨著經濟的快速發展，社會對于液化天然氣的需求逐漸增多，其中液化天然氣的應用價值也在提升，目前若想最好地將天然氣進行利用，就必須對液化天氣的相關雜物進行處理，并對液化天然氣進行合格的存儲，能夠縮減相關的存儲體積，從而能夠更好的運輸。所以，目前對液化天然氣的相關操作的措施分析還是非常重要的。

關鍵詞：液化天然氣;管道運輸;存儲方式;冷能利用

天然氣在冷卻至零下160℃后，會從氣態轉化為液態，壓縮體積有助于其存儲和運輸。但是，液化天然氣也具有較高的危險性，除了易燃易爆外，還會產生凍傷危險，對儲存、運輸和應用都提出了較為嚴格的要求。目前，液化天然氣已經在多個領域得到了廣泛應用，如城市燃氣、汽車燃料等。

1液化天然氣的制取

1.1天然氣預處理

在進行天然氣液化處理之前，必須先進行預處理，其目的是除去天然氣中含有的雜質，如硫化氫、重烴等。通過對天然氣的預處理，一來可以保證液化天然氣的清潔，二來可以防止低溫環境下雜質凍結堵塞管道，影響液化天然氣的儲運。天然氣預處理的常用方法有兩種，分別是脫水處理和脫酸性氣體處理。通常來說，天然氣中水的預處理指標應當在0.1×10-8m3/m3以下，被認為是符合液化處理基本要求。人們可以選擇冷卻法、液體洗手法、膜分離法等方法進行天然氣脫水。以膜分離法為例，其基本原理就是使用高分子氣體分離膜，在一定壓力下過濾掉天然氣中的酸性成分，如水氣、二氧化碳、硫化氫等。天然氣脫酸處理是降低管道腐蝕和保證能源清潔的一種有效方法，除了膜分離法可以滿足脫酸要求外，還可以使用聯合吸收法、直接轉化法等方法。

1.2天然氣液化

天然氣在零下162℃的環境下會發生液化，現階段常用的天然氣液化裝置有兩種，其中國內應用較廣的是調峰型液化天然氣裝置，以“年”為單位，根據用氣峰值變化進行適應性調節，可以滿足液化天然氣的使用需求。相比于基本負荷型天然氣液化裝置，調峰型裝置的優點在于大幅度提高了天然氣液化能力，而且該裝置對安裝環境要求不高，可以就近安裝在人口密集、用氣量大的城市附近，更好地發揮液化天然氣的使用便利性，無形中也降低了使用成本。天然氣液化所用的設備主要有壓縮機、換熱器、液化天然氣泵等幾種。科學選擇設備的型式、參數等，對于提高天然氣液化效率也有一定的幫助。

2液化天然氣接收站的工藝系統

液化天然氣接收站的工藝系統的流程，主要包括液化天然氣的卸船流程、液化天然氣的儲存系統、液化天然氣再氣化/外輸系統。首先，卸船系統采用的是雙母管式設計，當其中一個出現故障時，另一個可以繼續工作。在卸船流程中，需要注意的是卸船前需要用船上的液化天然氣對卸料臂進行預冷，然后將卸船量提升到正常輸量，并且需要在卸船時用管線上的取樣器分析液化天然氣的密度和熱值。為最大限度減少卸船時的蒸發量，可以適當提高儲罐內的壓力。

3液化天然氣的主要存儲方式

3.1常壓低溫存儲

常壓低溫存儲使用常壓拱頂低溫儲罐，從結構上來看，通常是平底拱蓋的立式雙層壁結構，該結構既可以減少熱量消散，有利于常壓環境下的溫度恒定，同時又能夠增加存儲容量。在存儲容器安裝時，應確保安裝現場的地面平整，并且使用水泥砌筑平臺，或是墊上平直鋼板，以保證儲罐的穩定性。此外，結合以往的經驗可知，在常壓低溫儲存環境下，儲罐使用一段時間后容易出現底部變形的問題，分析原因主要是舉升力的作用導致內槽變形。為了防止內槽凹陷、變形導致罐內銹蝕等問題，還需要向儲罐中適當充入氮氣，以保證其壓力平衡。

3.2高壓儲存技術

相比于常壓低溫存儲技術，高壓存儲的特點是工藝相對簡單，只需要在一定壓力下將天然氣壓入儲罐中即可。在高壓作用下，天然氣分子體積減小，會自動發生液化現象。此外，高壓存儲液化天然氣，還可以提高儲存罐的隔熱性能，避免天然氣的蒸發、泄露。但是，高壓存儲也有一定的缺陷，例如，考慮到容器的使用安全性，一般將高壓儲存罐的容量設計得相對較小，加上為了保證隔熱性能，罐壁相對較厚，因此單罐存儲的液化天然氣容量有限。此外，高壓環境下也對儲罐質量、性能、使用壽命等提出了較高要求，安全性問題也需要重點關注。

3.3液化天然氣接收站的主要設備

液化天然氣接收站的主要設備包括卸科臂、液化天然氣儲罐、液化天然氣輸送泵、液化天然氣氣化器、蒸發氣壓縮機和再冷凝器等。為了提升安全性能，卸料臂中旋轉接頭在低溫下必須要有良好的密封性能，通常采用雙層密封結構。液化天然氣卸料臂的材質主要為不銹鋼和鋁合金兩種材質。液化天然氣的儲罐屬于常壓大型儲罐類型，通常有地下式和地上式兩種類型結構，一般為雙壁圓柱形，所有的開口均應設置在儲罐的頂部，避免接口外泄漏。此外，在液化天然氣接收時，還應該避免液體分層和儲罐漏過熱引起的翻滾現象。

4液化天然氣的應用

4.1液化天然氣冷能利用

為了方便天然氣的儲運，需要在-162℃的低溫環境下將其液化，并通過壓縮等方式將其儲存在特殊材質的罐中。根據能量守恒定律，在壓縮、液化過程中消耗的巨大能量，會在液化天然氣的氣化狀態中重新釋放出來。這一過程中產生的能量即為“冷能”。其中，液化天然氣的冷能主要是依靠液化天然氣和周圍環境之間的溫度和壓力差。通過液化天然氣變化，達到與外界平衡，最后達到回收儲存的能量目的。液化天然氣的冷能分為直接利用和間接利用兩種情況。直接利用包括發電、海水淡化等。間接利用包括低溫破碎、水、污染物等。隨著經濟的快速發展，液化天然氣的冷能利用取得了一些成果。

4.2液化天然氣汽車利用

天然氣汽車是以天然氣代替汽油作為動力能源，我國早在20世紀70年代就出現了天然氣汽車，經過幾十年的發展，無論是在技術方面還是推廣方面，都取得了良好的成績。截至2018年底，國內天然氣汽車保有量已經超過700萬輛。使用液化天然氣代替以往的柴油、汽油，其優點主要有：一是經濟性好。就目前的前沿技術來看，很多廠家推出的天然氣汽車，折合行駛成本僅為0.2元/km，而使用汽油的成本則在0.8元/km左右。二是天然氣燃燒充分，積碳較少，燃燒過程中不會產生二氧化硫等污染氣體、苯等有毒致癌氣體。

結語

液化天然氣是目前最為清潔環保的能源之一，天然氣的存儲成本比一般燃料成本高一些，但是液化天然氣的使用符合國家對于綠色環保減排的政策。隨著人們對于新能源認識的改進，天然氣的應用將會有更加廣闊的市場空間，從而促進經濟更好更快的發展。

參考文獻

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