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摘要：隨著我國工業發展對能源清潔度的要求越來越高，天然氣作為一種清潔的新型能源，走進我們的工業生產，并成為了當今工業發展中的主要能源，對于國家的工業生產意義重大。而在天然氣的眾多應用形式中，液化天然氣是我國目前在天然氣應用中的主要形式，可以減小環境污染、提高天然氣的利用率。本文重點闡述了目前我國天然氣液化工藝的現狀，并對幾個典型設備進行分析，闡述了小型天然氣液化裝置的幾種技術創新，希望能夠推動我國小型天然氣液化裝置的技術進步，推動我國工業的可持續發展。

關鍵詞：天然氣工業;小型裝置;應用分析

天然氣中含量最高的物質是甲烷,也含有一些其他的碳氫化合物。甲烷無色無味、在燃燒前和燃燒后都幾乎沒有毒性、燃燒后釋放出的熱量高、燃燒產物清潔環保，正是由于這些特性，甲烷目前被世界各個國家作為工業發展中的主要能源。我國雖然幅員遼闊、地大物博，但我國的天然氣和汽油的儲藏含量卻十分不均衡。所以為了滿足我國工業發展的能源需，國家加強了對天然氣的開采和利用。為了在工業發展的同時盡量降低對環境的破壞程度，我們主要以液化天然氣的形式來利用天然氣，而且液化天然氣還具有便于儲存和運輸的特點。所以，小型天然氣液化裝置的研究在我國具有良好的發展前景。

1國內小型天然氣液化裝置的研究現狀

隨著我國工業現代化進程的不斷推進，國內出現了一批典型的小型天然氣液化裝置。現在，本文對這些裝置的原理和技術特點進行簡要的分析和總結。

1.1四川的小型天然氣液化裝置

四川目前采用的小型天然氣液化裝置極為簡約環保。該裝置把天然氣本身作為制冷劑機制，利用氣體軸承對氣體進行制冷，這時，氣體的進出口兩端的氣壓便會產生一個差值，從而實現對氣體的大幅度降溫。四川液化設備有很多優點，第一，它用天然氣本身的壓強差進行冷卻，不需要利用儀表對液化過程中的壓強值進行測量，節省電能。第二，這個設備不需要機器對天然氣進行壓縮，很大程度上縮減了成本。第三，這套實驗裝置占地面積小、重量輕，便于安裝、檢修和拆除。

1.2吉林油田的小型天然氣液化裝置

由于甲烷在燃燒時主要產生二氧化碳和氧氣，基于這一思路，吉林油田通過使天然氣脫水和脫二氧化碳的技術先對甲烷進行分解、之后再對分解產物進行合成的技術實現天然氣的液化。這種工藝非常新穎，并且在液化過程中采用了氮氣循環工藝，和四川液化裝置中的軸承冷卻相比成本更低更耐用、并且簡化了操作步驟。

1.3陜北氣田的小型天然氣液化裝置

陜北氣田的液化裝置主要通過多級預冷器的相互配合來實現對天然氣的制冷液化。其中，通過第二預冷器冷卻后的氣體，一部分會重新進入第一級預冷器中，加強第一級預冷器的冷卻效果；其他的氣體是液化天然氣的主要來源，這些氣體會流入分離器實現液化，流入液化天然氣的儲存罐。這種小型天然氣液化裝置首次采用了天然氣的直接分離技術，是我國天然氣液化領域的一大進步。陜北的天然氣液化裝置還采用了氣體制冷機輔助透平膨脹機進行制冷，優化了制冷效果；除此之外，這套裝置對產生的廢氣進行了重復利用，避免了氣體排放到大氣中而對大氣質量產生不良影響。

1.4中原油田的小型天然氣液化裝置

中原油田的天然氣液化冷卻裝置在制冷機方面擁有獨特的技術，該設備采用采用丙烷和乙烯作為制冷劑，并且也采用了多級循環的模式。首先，先將天然氣通過進氣口輸入裝置中，其次氣體流入分液罐從而實現氣體和液體的分離，然后氣體再進入過濾器中過濾掉其中的大顆粒雜質、實現初步凈化。在實現初步凈化后便可以對天然氣進行脫水和脫二氧化碳處理，這時要有兩臺干燥機互相配合、完成液化，其中有一臺要對脫水和脫二氧化碳后的氣體進行干燥，另一臺對過濾后的氣體再合成，完成這些工藝后還要通過丙烷制冷的工藝對天然氣進行冷卻液化。通過以上對生產流程的描述，我們可以看出該裝置是利用大氣壓來運行的，大大節省了能源也提高了經濟效益，而且這項工藝在運行中不易發生故障、穩定性好。

1.5哈爾濱的小型天然氣液化裝置

哈爾濱的小型天然氣液化裝置也是通過使甲烷脫水和脫二氧化碳的技術來初步分解天然氣，但在生產過程中，該設備采用發動機對液化設備進行供能。當天然氣被脫水和脫二氧化碳分解后，要進入燃燒器進行加熱，使其氣化，之后將氣體引入氣體運輸系統。這種系統生產的液化天然氣純度更高、更清潔，但是也存在一定的弊端：因為燃燒器內部和外部的空氣存在溫度差，所以會發生熱量的傳遞，這對氣體的液化會產生一定的影響，所以我們在生產時要時刻關注燃燒器內部的溫度，比較耗費人力。

2小型天然氣液化裝置的技術創新與優化

為了優化我國的小型天然氣液化裝置，我們要緊緊圍繞便于操作、安全生產和熱值大的核心思想，對天然氣液化技術進行進一步的研究和優化。要通過改變生產過程中的一些參數，例如液化所加的壓力、燃燒溫度、投入物料的比例、化學平衡的負反饋等，對化學反應過程的平衡進行重新計算，從而優化天然氣的液化工藝。除此之外，我們還可以通過升級設備來改變設備內的氣溫穩定程度和受熱面積等來改善液化效果。再次，我們還要對液化的過程進行經濟成本的預算，控制各項經濟指標，以獲得更大的經濟收益。以下三種方法是對小型天然氣液化裝置的技術創新的一些分析和思考。

2.1對小型天然氣液化裝置采取級聯式液化

級聯式液化流程也叫做階梯式液化，這種液化方法在帶負載的天然氣液化裝置中比較適用。這種液化裝置由許多獨立的液化制冷裝置組成,他們之間相互聯系、構成一個系統。在各級系統之間，會發生熱量的傳遞，這也就保證了液化設備恒溫運行。級聯式液化的優點是消耗的能量少、經濟環保，而且制冷機易于制備，經濟實惠。但這項技術也存在一定的缺點，比如：許多冷卻設備進行級聯、相互干擾、增多了操作步驟，而且這種設備體積大、占用空間大，不便于運輸、安裝和維修。如果其中一臺設備發生故障，容易對其它設備產生不良影響。其次，若要對這個龐大的體系進行管控，需要犧牲大量的人力物力財力，不利于節省成本。因此，這項技術如果想要投入生產的話，我們還要對其進行進一步的改良。

2.2對小型天然氣液化裝置采取混合制冷劑液化工藝

既然級聯式液化工藝的設備運行極其繁瑣，我們就可以將各個步驟中的制冷劑進行混合，從而簡化生產步驟。通過研究，我們可以將碳氫化合物和氮氣進行混合作為天然氣液化過程中的制冷劑。擁有了混合制冷劑以后，我們就不再需要逐級對天然氣進行液化，而是可以直接得到天然氣液化后的產物。與級聯式的液化工藝相比，混合制冷卻劑液化工藝設備少、操作簡單、流程得到大大簡化而且便于設備故障時的維修、減少了監控設備的人力投入。但是混合制冷卻劑液化工藝中的化學反應較為復雜、會消耗大量的能量，而且在制冷劑的制備中要投入大量的時間與資金，最重要的是，各個化學反應相混合，不利于在制備中對某一特定參數進行控制與檢測。但是混合制冷劑液化工藝仍然是目前的工業生產中最具有創新性的生產工藝，它可以實現在液化過程中的連續溫度變化，避免出現溫度斷層，可以保證制冷劑與天然氣的混合更均勻，基于以上的優點，這項混合制冷卻劑液化技術是未來我國天然氣液化工業的最佳發展趨勢，具有很好的發展前景。

2.3利用膨脹機對小型天然氣液化裝置進行改善

膨脹機液化這一技術利用制冷劑在膨脹機中的循環來實現天然氣的液化。當天然氣被通入膨脹機后，天然氣會在膨脹機的作用下發生膨脹，通過膨脹對外做功、輸出能量，因此這一個步驟，可以為冷卻裝置的運行提供能量。更為方便的是，如果氣體輸入與輸出口處的氣體的壓強存在差值，那么整個的液化過程就不需要其他能源再對設備進行供能。顯而易見，膨脹機液化工藝是對現有的液化工藝的一個整合，在最大程度上規避了現有液化工藝的缺點。首先，膨脹機液化工藝操作簡單、可以隨時進行調節、便于維修與拆裝;其次，和四川的小型天然氣液化裝置一樣，利用天然氣自身的壓強差進行制冷，節省了大量的成本和能源。但這種工藝也存在一定的弊端，比如進入制冷裝置中的氣體不能含有水分，此外，利用天然氣自身的壓強差進行制冷時，回流動力容易不足，造成產出率較低，一定程度上減少了經濟效益。但是由于膨脹機制冷工藝的種種優點，這項工藝還是受到了很多企業的關注。

3結語

雖然我國在工業化和環境保護的進程中已經取得了不小的成就，但我國在工業化進程和能源利用上仍然任重道遠，因為我們的系統還有待升級、技術還有待創新、理論成果還有待開創。同時我們也要意識到液化天然氣對我國工業發展的重大意義，它不僅可以減少工業發展中的環境污染，還比同樣質量的其他燃料熱值高。同時是根據我國資源的一個合理應用。所以我們一定要對天然氣進行科學開采和合理利用，不斷推進我國的社會主義工業現代化的進程。

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作者：李昌華 單位：中石化勝利股份有限公司純梁采油廠集輸大隊