液化天然氣制儲及應用技術的研究獲獎科研報告

液化天然氣制儲及應用技術的研究獲獎科研報告摘要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)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(tài)轉化為液態(tài)，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(chǎn)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(jīng)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(huán)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(lián)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(huán)境下會發(fā)生液化，現(xiàn)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(jù)用氣峰值變化進行適應性調節(jié)，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(yōu)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(huán)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(fā)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?？茖W選擇設備的型式、參數(shù)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(tǒng)

液化天然氣接收站的工藝系統(tǒng)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(tǒng)、液化天然氣再氣化/外輸系統(tǒng)。首先，卸船系統(tǒng)采用的是雙母管式設計，當其中一個出現(xiàn)故障時，另一個可以繼續(xù)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(fā)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?shù)蜏貎?，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(huán)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(xiàn)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(wěn)定性。此外，結合以往的經(jīng)驗可知，在常壓低溫儲存環(huán)境下，儲罐使用一段時間后容易出現(xiàn)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(fā)生液化現(xiàn)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(fā)、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(huán)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(fā)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(xiàn)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(huán)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(jù)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(tài)中重新釋放出來。這一過程中產(chǎn)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(huán)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(fā)電、海水淡化等。間接利用包括低溫破碎、水、污染物等。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)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(xiàn)了天然氣汽車，經(jīng)過幾十年的發(fā)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(jīng)超過700萬輛。使用液化天然氣代替以往的柴油、汽油，其優(yōu)點主要有：一是經(jīng)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(chǎn)生二氧化硫等污染氣體、苯等有毒致