液化天然氣制儲(chǔ)及應(yīng)用技術(shù)的研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

液化天然氣制儲(chǔ)及應(yīng)用技術(shù)的研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)于液化天然氣的需求逐漸增多，其中液化天然氣的應(yīng)用價(jià)值也在提升，目前若想最好地將天然氣進(jìn)行利用，就必須對(duì)液化天氣的相關(guān)雜物進(jìn)行處理，并對(duì)液化天然氣進(jìn)行合格的存儲(chǔ)，能夠縮減相關(guān)的存儲(chǔ)體積，從而能夠更好的運(yùn)輸。所以，目前對(duì)液化天然氣的相關(guān)操作的措施分析還是非常重要的。

關(guān)鍵詞：液化天然氣;管道運(yùn)輸;存儲(chǔ)方式;冷能利用

天然氣在冷卻至零下160℃后，會(huì)從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，壓縮體積有助于其存儲(chǔ)和運(yùn)輸。但是，液化天然氣也具有較高的危險(xiǎn)性，除了易燃易爆外，還會(huì)產(chǎn)生凍傷危險(xiǎn)，對(duì)儲(chǔ)存、運(yùn)輸和應(yīng)用都提出了較為嚴(yán)格的要求。目前，液化天然氣已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如城市燃?xì)狻⑵?chē)燃料等。

1液化天然氣的制取

1.1天然氣預(yù)處理

在進(jìn)行天然氣液化處理之前，必須先進(jìn)行預(yù)處理，其目的是除去天然氣中含有的雜質(zhì)，如硫化氫、重?zé)N等。通過(guò)對(duì)天然氣的預(yù)處理，一來(lái)可以保證液化天然氣的清潔，二來(lái)可以防止低溫環(huán)境下雜質(zhì)凍結(jié)堵塞管道，影響液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)。天然氣預(yù)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(lái)說(shuō)，天然氣中水的預(yù)處理指標(biāo)應(yīng)當(dāng)在0.1×10-8m3/m3以下，被認(rèn)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(jìn)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(guò)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(zhuǎn)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(huì)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(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣的是調(diào)峰型液化天然氣裝置，以“年”為單位，根據(jù)用氣峰值變化進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)，可以滿足液化天然氣的使用需求。相比于基本負(fù)荷型天然氣液化裝置，調(diào)峰型裝置的優(yōu)點(diǎn)在于大幅度提高了天然氣液化能力，而且該裝置對(duì)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(wú)形中也降低了使用成本。天然氣液化所用的設(shè)備主要有壓縮機(jī)、換熱器、液化天然氣泵等幾種?？茖W(xué)選擇設(shè)備的型式、參數(shù)等，對(duì)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(chǔ)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(shè)計(jì)，當(dāng)其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)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(duì)卸料臂進(jìn)行預(yù)冷，然后將卸船量提升到正常輸量，并且需要在卸船時(shí)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(shí)的蒸發(fā)量，可以適當(dāng)提高儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力。

3液化天然氣的主要存儲(chǔ)方式

3.1常壓低溫存儲(chǔ)

常壓低溫存儲(chǔ)使用常壓拱頂?shù)蜏貎?chǔ)罐，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，通常是平底拱蓋的立式雙層壁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)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(shí)又能夠增加存儲(chǔ)容量。在存儲(chǔ)容器安裝時(shí)，應(yīng)確保安裝現(xiàn)場(chǎng)的地面平整，并且使用水泥砌筑平臺(tái)，或是墊上平直鋼板，以保證儲(chǔ)罐的穩(wěn)定性。此外，結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)可知，在常壓低溫儲(chǔ)存環(huán)境下，儲(chǔ)罐使用一段時(shí)間后容易出現(xiàn)底部變形的問(wèn)題，分析原因主要是舉升力的作用導(dǎo)致內(nèi)槽變形。為了防止內(nèi)槽凹陷、變形導(dǎo)致罐內(nèi)銹蝕等問(wèn)題，還需要向儲(chǔ)罐中適當(dāng)充入氮?dú)猓员ＷC其壓力平衡。

3.2高壓儲(chǔ)存技術(shù)

相比于常壓低溫存儲(chǔ)技術(shù)，高壓存儲(chǔ)的特點(diǎn)是工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要在一定壓力下將天然氣壓入儲(chǔ)罐中即可。在高壓作用下，天然氣分子體積減小，會(huì)自動(dòng)發(fā)生液化現(xiàn)象。此外，高壓存儲(chǔ)液化天然氣，還可以提高儲(chǔ)存罐的隔熱性能，避免天然氣的蒸發(fā)、泄露。但是，高壓存儲(chǔ)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(chǔ)存罐的容量設(shè)計(jì)得相對(duì)較小，加上為了保證隔熱性能，罐壁相對(duì)較厚，因此單罐存儲(chǔ)的液化天然氣容量有限。此外，高壓環(huán)境下也對(duì)儲(chǔ)罐質(zhì)量、性能、使用壽命等提出了較高要求，安全性問(wèn)題也需要重點(diǎn)關(guān)注。

3.3液化天然氣接收站的主要設(shè)備

液化天然氣接收站的主要設(shè)備包括卸科臂、液化天然氣儲(chǔ)罐、液化天然氣輸送泵、液化天然氣氣化器、蒸發(fā)氣壓縮機(jī)和再冷凝器等。為了提升安全性能，卸料臂中旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。液化天然氣卸料臂的材質(zhì)主要為不銹鋼和鋁合金兩種材質(zhì)。液化天然氣的儲(chǔ)罐屬于常壓大型儲(chǔ)罐類(lèi)型，通常有地下式和地上式兩種類(lèi)型結(jié)構(gòu)，一般為雙壁圓柱形，所有的開(kāi)口均應(yīng)設(shè)置在儲(chǔ)罐的頂部，避免接口外泄漏。此外，在液化天然氣接收時(shí)，還應(yīng)該避免液體分層和儲(chǔ)罐漏過(guò)熱引起的翻滾現(xiàn)象。

4液化天然氣的應(yīng)用

4.1液化天然氣冷能利用

為了方便天然氣的儲(chǔ)運(yùn)，需要在-162℃的低溫環(huán)境下將其液化，并通過(guò)壓縮等方式將其儲(chǔ)存在特殊材質(zhì)的罐中。根據(jù)能量守恒定律，在壓縮、液化過(guò)程中消耗的巨大能量，會(huì)在液化天然氣的氣化狀態(tài)中重新釋放出來(lái)。這一過(guò)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?chē)h(huán)境之間的溫度和壓力差。通過(guò)液化天然氣變化，達(dá)到與外界平衡，最后達(dá)到回收儲(chǔ)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(jì)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(chē)?yán)?/p>

天然氣汽車(chē)是以天然氣代替汽油作為動(dòng)力能源，我國(guó)早在20世紀(jì)70年代就出現(xiàn)了天然氣汽車(chē)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，無(wú)論是在技術(shù)方面還是推廣方面，都取得了良好的成績(jī)。截至2018年底，國(guó)內(nèi)天然氣汽車(chē)保有量已經(jīng)超過(guò)700萬(wàn)輛。使用液化天然氣代替以往的柴油、汽油，其優(yōu)點(diǎn)主要有：一是經(jīng)濟(jì)性好。就目前的前沿技術(shù)來(lái)看，很多廠家推出的天然氣汽車(chē)，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(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等污染氣體、苯等有毒致