液化天然气制储及应用技术的研究获奖科研报告

液化天然气制储及应用技术的研究获奖科研报告摘要：随着经济的快速发展，社会对于液化天然气的需求逐渐增多，其中液化天然气的应用价值也在提升，目前若想最好地将天然气进行利用，就必须对液化天气的相关杂物进行处理，并对液化天然气进行合格的存储，能够缩减相关的存储体积，从而能够更好的运输。所以，目前对液化天然气的相关操作的措施分析还是非常重要的。

关键词：液化天然气;管道运输;存储方式;冷能利用

天然气在冷却至零下160℃后，会从气态转化为液态，压缩体积有助于其存储和运输。但是，液化天然气也具有较高的危险性，除了易燃易爆外，还会产生冻伤危险，对储存、运输和应用都提出了较为严格的要求。目前，液化天然气已经在多个领域得到了广泛应用，如城市燃气、汽车燃料等。

1液化天然气的制取

1.1天然气预处理

在进行天然气液化处理之前，必须先进行预处理，其目的是除去天然气中含有的杂质，如硫化氢、重烃等。通过对天然气的预处理，一来可以保证液化天然气的清洁，二来可以防止低温环境下杂质冻结堵塞管道，影响液化天然气的储运。天然气预处理的常用方法有两种，分别是脱水处理和脱酸性气体处理。通常来说，天然气中水的预处理指标应当在0.1×10-8m3/m3以下，被认为是符合液化处理基本要求。人们可以选择冷却法、液体洗手法、膜分离法等方法进行天然气脱水。以膜分离法为例，其基本原理就是使用高分子气体分离膜，在一定压力下过滤掉天然气中的酸性成分，如水气、二氧化碳、硫化氢等。天然气脱酸处理是降低管道腐蚀和保证能源清洁的一种有效方法，除了膜分离法可以满足脱酸要求外，还可以使用联合吸收法、直接转化法等方法。

1.2天然气液化

天然气在零下162℃的环境下会发生液化，现阶段常用的天然气液化装置有两种，其中国内应用较广的是调峰型液化天然气装置，以“年”为单位，根据用气峰值变化进行适应性调节，可以满足液化天然气的使用需求。相比于基本负荷型天然气液化装置，调峰型装置的优点在于大幅度提高了天然气液化能力，而且该装置对安装环境要求不高，可以就近安装在人口密集、用气量大的城市附近，更好地发挥液化天然气的使用便利性，无形中也降低了使用成本。天然气液化所用的设备主要有压缩机、换热器、液化天然气泵等几种。科学选择设备的型式、参数等，对于提高天然气液化效率也有一定的帮助。

2液化天然气接收站的工艺系统

液化天然气接收站的工艺系统的流程，主要包括液化天然气的卸船流程、液化天然气的储存系统、液化天然气再气化/外输系统。首先，卸船系统采用的是双母管式设计，当其中一个出现故障时，另一个可以继续工作。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气对卸料臂进行预冷，然后将卸船量提升到正常输量，并且需要在卸船时用管线上的取样器分析液化天然气的密度和热值。为最大限度减少卸船时的蒸发量，可以适当提高储罐内的压力。

3液化天然气的主要存储方式

3.1常压低温存储

常压低温存储使用常压拱顶低温储罐，从结构上来看，通常是平底拱盖的立式双层壁结构，该结构既可以减少热量消散，有利于常压环境下的温度恒定，同时又能够增加存储容量。在存储容器安装时，应确保安装现场的地面平整，并且使用水泥砌筑平台，或是垫上平直钢板，以保证储罐的稳定性。此外，结合以往的经验可知，在常压低温储存环境下，储罐使用一段时间后容易出现底部变形的问题，分析原因主要是举升力的作用导致内槽变形。为了防止内槽凹陷、变形导致罐内锈蚀等问题，还需要向储罐中适当充入氮气，以保证其压力平衡。

3.2高压储存技术

相比于常压低温存储技术，高压存储的特点是工艺相对简单，只需要在一定压力下将天然气压入储罐中即可。在高压作用下，天然气分子体积减小，会自动发生液化现象。此外，高压存储液化天然气，还可以提高储存罐的隔热性能，避免天然气的蒸发、泄露。但是，高压存储也有一定的缺陷，例如，考虑到容器的使用安全性，一般将高压储存罐的容量设计得相对较小，加上为了保证隔热性能，罐壁相对较厚，因此单罐存储的液化天然气容量有限。此外，高压环境下也对储罐质量、性能、使用寿命等提出了较高要求，安全性问题也需要重点关注。

3.3液化天然气接收站的主要设备

液化天然气接收站的主要设备包括卸科臂、液化天然气储罐、液化天然气输送泵、液化天然气气化器、蒸发气压缩机和再冷凝器等。为了提升安全性能，卸料臂中旋转接头在低温下必须要有良好的密封性能，通常采用双层密封结构。液化天然气卸料臂的材质主要为不锈钢和铝合金两种材质。液化天然气的储罐属于常压大型储罐类型，通常有地下式和地上式两种类型结构，一般为双壁圆柱形，所有的开口均应设置在储罐的顶部，避免接口外泄漏。此外，在液化天然气接收时，还应该避免液体分层和储罐漏过热引起的翻滚现象。

4液化天然气的应用

4.1液化天然气冷能利用

为了方便天然气的储运，需要在-162℃的低温环境下将其液化，并通过压缩等方式将其储存在特殊材质的罐中。根据能量守恒定律，在压缩、液化过程中消耗的巨大能量，会在液化天然气的气化状态中重新释放出来。这一过程中产生的能量即为“冷能”。其中，液化天然气的冷能主要是依靠液化天然气和周围环境之间的温度和压力差。通过液化天然气变化，达到与外界平衡，最后达到回收储存的能量目的。液化天然气的冷能分为直接利用和间接利用两种情况。直接利用包括发电、海水淡化等。间接利用包括低温破碎、水、污染物等。随着经济的快速发展，液化天然气的冷能利用取得了一些成果。

4.2液化天然气汽车利用

天然气汽车是以天然气代替汽油作为动力能源，我国早在20世纪70年代就出现了天然气汽车，经过几十年的发展，无论是在技术方面还是推广方面，都取得了良好的成绩。截至2018年底，国内天然气汽车保有量已经超过700万辆。使用液化天然气代替以往的柴油、汽油，其优点主要有：一是经济性好。就目前的前沿技术来看，很多厂家推出的天然气汽车，折合行驶成本仅为0.2元/km，而使用汽油的成本则在0.8元/km左右。二是天然气燃烧充分，积碳较少，燃烧过程中不会产生二氧化硫等污染气体、苯等有毒致