求液化天然气的技术

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一、液化天然气(LiquifiedNaturalGas,简称LNG)
主要成分是甲烷,被公认是地球上最干净的能源.无色、无味、无毒且无腐蚀性,其体积约为同量气态天然气体积的1/600,液化天然气的重量仅为同体积水的45%左右.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后,利用液化天然气船运送.燃烧后对空气污染非常小,而且放出热量大,所以液化天然气好.
它是天然气经压缩、冷却,在-160度下液化而成.其主要成分为甲烷,用专用船或油罐车运输,使用时重新气化.20世纪70年代以来,世界液化天然气产量和贸易量迅速增加,2005年LNG国际贸易量达1888.1亿立方米,最大出口国是印度尼西亚,出口314.6亿立方米；最大进口国是日本763.2亿立方米.
二、国内外概况及发展趋势
1941 年在美国克利夫兰建成了世界第一套工业规模的 LNG 装置,液化能力为 8500 m3 /d .从 60 年代开始, LNG 工业得到了迅猛发展,规模越来越大,基本负荷型液化能力在 2. 5 × 104 m3 /d .据资料[3]介绍,目前各国投产的 LNG 装置已达 160 多套, LNG 出口总量已超过 46.1 8 × 106 t/a .
天然气的主要成分是甲烷,甲烷的常压沸点是 -16 1 ℃ ,临界温度为 -84 ℃ ,临界压力为 4.1MPa . LNG 是液化天然气的简称,它是天然气经过净化（脱水、脱烃、脱酸性气体）后[4],采用节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的[5].
2.1 国外研究现状
国外的液化装置规模大、工艺复杂、设备多、投资高,基本都采用阶式制冷和混合冷剂制冷工艺,目前两种类型的装置都在运行,新投产设计的主要是混合冷剂制冷工艺,研究的主要目的在于降低液化能耗.制冷工艺从阶式制冷改进到混合冷剂制冷循环,目前有报道又有 C Ⅱ -2 新工艺[6],该工艺既具有纯组分循环的优点,如简单、无相分离和易于控制,又有混合冷剂制冷循环的优点,如天然气和制冷剂制冷温位配合较好、功效高、设备少等优点.
法国 Axens 公司与法国石油研究所 (IFP) 合作,共同开发的一种先进的天然气液化新工艺—— Liquefin 首次工业化,该工艺为 LNG 市场奠定了基础.其生产能力较通用的方法高 15%-20% ,生产成本低 25% .使用 Liquefin 法之后,每单元液化装置产量可达 600 × 104 t/y 以上.采用 Liquefin 工艺生产 LNG 的费用每吨可降低 25% [7] .该工艺的主要优点是使用了翅片式换热器和热力学优化后的工艺,可建设超大容量的液化装置. Axens 已经给美国、欧洲、亚洲等几个主要地区提出使用该工艺的建议,并正在进行前期设计和可行性研究. IFP 和 Axens 开发的 Liquefin 工艺的安全、环保、实用及创新特点最近已被世界认可,该工艺获得了化学工程师学会授予的“工程优秀奖” [8] .
美国德克萨斯大学工程实验站,开发了一种新型天然气液化的技术—— GTL 技术已申请专利.该技术比目前开发的 GTL 技术更适用于小规模装置,可加工 30.5 × 104 m3 /d 的天然气.该实验站的 GTL 已许可给合成燃料 (Synfuels) 公司.该公司在 A ＆ M 大学校园附近建立了一套 GTL 中试装置,目前正在进行经济性模拟分析.新工艺比现有技术简单的多,不需要合成气,除了发电之外,也不需要使用氧气.其经济性、规模和生产方面都不同于普通的费托 GTL 工艺.第一套工业装置可能在 2004 年上半年建成[9].
2.2 国内研究现状
早在 60 年代,国家科委就制订了 LNG 发展规划, 60 年代中期完成了工业性试验,四川石油管理局威远化工厂拥有国内最早的天然气深冷分离及液化的工业生产装置,除生产 He 外,还生产 LNG . 1991 年该厂为航天部提供 30tLNG 作为火箭试验燃料.与国外情况不同的是,国内天然气液化的研究都是以小型液化工艺为目标,有关这方面的文献发表较多[10],以下就国内现有的天然气液化装置工艺作简单介绍.
2.2.1 四川液化天然气装置
由中国科学院北京科阳气体液化技术联合公司与四川简阳市科阳低温设备公司合作研制的 300l/h 天然气液化装置,是用 LNG 作为工业和民用气调峰和以气代油的示范工程.该装置于 1992 年建成,为 LNG 汽车研究提供 LNG .
该装置充分利用天然气自身的压力,采用气体透平膨胀机制冷使天然气液化,用于民用天然气调峰或生产 LNG ,工艺流程合理,采用气体透平膨胀机,技术较先进.该装置基本不消耗水、电,属节能工程,但液化率很低,约 10% 左右,这是与它的设计原则一致的.
2.2.2 吉林油田液化天然气装置
由吉林油田、中国石油天然气总公司和中科院低温中心联合开发研制的 500l/h 撬装式工业试验装置于 1996 年 12 月整体试车成功,该装置采用以氮气为冷剂的膨胀机循环工艺,整个装置由 10 个撬块组成,全部设备国产化 [11].
该装置采用气体轴承透平膨胀机；国产分子筛深度脱除天然气中的水和 CO2 ,工艺流程简单,采用撬装结构,符合小型装置的特点.采用纯氮作为制冷