液化天然气的生产工艺

液化天然气概述

液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG），主要成分是甲烷，是公认的地球上最干净的化石能源。它无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，质量仅为同体积水的45%左右。液化天然气燃烧后对空气污染非常小，而且放出的热量大，是一种比较先进的能源。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。

液化天然气生产的前期准备

在进行液化天然气生产之前，需要做好多方面的前期准备工作。首先是原料气的获取，天然气主要来源于气田，也包括来自油田气井中喷出的天然气、煤田采煤前排放的瓦斯气，以及一些贮有量不大的气井及边远的架设管道不方便又不经济的气井中的天然气。其次，要建设相应的生产设施，液化天然气建设是高投入项目，一座液化天然气工厂的建设和投产一般需4年左右，通常需要获得至少20年的供应合同才可动工，这样才能减少投资风险，判定建立天然气生产工厂、液化加工厂、一系列液化天然气储存罐、一个接收终端和一座再气化工厂的经济可行性。所有已建成的液化天然气工厂都拥有一个以上的收集罐，以供生产过程中维修替换使用，每个罐的价格高达17亿－25亿美元。

天然气预处理

天然气的预处理是生产液化天然气的重要环节，主要是对原料气中的硫化氢（H₂S）、二氧化碳（CO₂）、水（H₂O）、汞（Hg）和重烃等杂质进行脱除。这是因为二氧化碳、水、重烃在低温下会冻结，从而堵塞设备和管道；而硫化氢、有机硫、汞等会腐蚀设备和管道。预处理的具体步骤包括在碱液洗涤设备中洗涤，进行脱硫脱碳，然后经冷却设备冷却，再通过分离设备分离，除去硫化氢、二氧化碳及水，并进行干燥，以产生符合要求的原料天然气物流。

天然气液化工艺

天然气制冷液化主要有三种方法：阶式循环制冷、混合制冷和膨胀制冷。

• 阶式循环制冷：为使天然气液化并达到 -162℃，需经过多级制冷。这种制冷方式是按照不同制冷剂的沸点，依次进行制冷，逐步降低天然气的温度，最终使其液化。不过，阶式循环制冷流程相对复杂，设备较多，投资成本较高。
• 混合制冷：混合制冷是将多种制冷剂混合在一起，利用它们不同的沸点特性，在同一制冷循环中实现不同温度级别的制冷。这种方法可以简化流程，减少设备数量，降低投资和运行成本，是目前新投产的液化天然气装置主要采用的制冷工艺及其改进工艺。
• 膨胀制冷：膨胀制冷是利用气体膨胀时对外做功，使气体自身温度降低的原理来实现制冷。在天然气液化中，通常采用透平膨胀机等设备使天然气膨胀降温。膨胀制冷流程相对简单，但制冷效率相对较低，一般适用于小型的液化天然气装置或作为辅助制冷手段。

液化天然气的提纯与分离

经过液化后的天然气还需要进行提纯与分离。例如，在一种生产方法中，被预处理的原料天然气在换热器内被外循环N₂经压缩、膨胀制取的冷量冷却直至液化后，会进入脱N₂塔中提纯。在脱N₂塔中，来自换热器中的液态天然气物流在塔底部被汽化，生成塔中上升气相馏份，与塔顶部下流的N₂液相馏份共同起精馏作用，脱去物流中的N₂气，从而生产出纯度为99.5％的液态甲烷，可用作机车燃料。同时，在液化过程中，混在原料天然气物流中的高碳烷烃如乙烷、乙烯、丙烷、丁烷等首先被液化，经分离设备分离出来，成为一种副产品，可贮存起来用作化工原料或燃料。

液化天然气的储存与运输

液化天然气通常储存在 -161.5 摄氏度、0.1MPa 左右的低温储存罐内。在装入低温罐起运之前，液化天然气将被储存在隔热罐内。运输方面，主要通过专用船或油罐车进行运输。使用专用船运输时，在4 - 30天的航程中，液化天然气一直处在制冷状态下，航程远近取决于用户的接收港口位置。一旦运输船到达再气化终端处，液化天然气就被卸入大型储存罐。而在使用之前，将会在由液化天然气购买者拥有的各种接收终端对液化天然气进行再气化处理，当液化天然气被升温还原为它的自然状态时，天然气就可通过管线输往家庭用户、发电厂和工业用户。

综上所述，液化天然气的生产工艺是一个复杂且系统的过程，涉及多个环节和技术。随着技术的不断发展和创新，液化天然气的生产工艺也在不断改进和优化，以提高生产效率、降低成本、增强安全性，更好地满足能源市场的需求。