????????? 甲烷的臨界溫度為-82.1℃，臨界壓力為4.49MPa。在0.055MPa壓力下，達(dá)到-161℃，甲烷即可液化。使用液化溫度取決于儲(chǔ)存壓力。最常用的是深度冷凍法，將天然氣冷卻至-162℃，在常壓、低溫下儲(chǔ)存。天然氣液態(tài)容積為氣態(tài)的1/600。
????????? 一、天然氣的液化
天然氣的液化屬于深度冷凍，靠一段制冷達(dá)不到液化的目的。下面介紹三種方法。
1. 階式循環(huán)(或稱(chēng)串級(jí)循環(huán))制冷
圖6-15所示是階式循環(huán)制冷流程。
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為使天然氣液化并達(dá)到-162℃，需經(jīng)過(guò)三段冷卻，制冷劑為丙烷(也可用氨)、乙烯(也可用乙烷)和甲烷。在丙烷通過(guò)蒸發(fā)器7冷卻乙烯和甲烷的同時(shí)，天然氣被冷卻到-40℃左右；乙烯通過(guò)蒸發(fā)器8冷卻甲烷的同時(shí)，天然氣被冷卻到-100℃左右；甲烷通過(guò)蒸發(fā)器9把天然氣冷卻到-162℃使之液化，經(jīng)氣液分離器10分離后，液態(tài)天然氣進(jìn)罐儲(chǔ)存。三個(gè)被分開(kāi)的循環(huán)過(guò)程都包括蒸發(fā)、壓縮和冷凝三個(gè)步驟。此法效率高、設(shè)計(jì)容易、運(yùn)行可靠，應(yīng)用比較普遍。
2. 混合式(或稱(chēng)多組分)制冷
圖6-16所示是混合式制冷流程。這種方法的制冷劑是烴的混合物，并有一定數(shù)量的氮?dú)狻１椤⒁蚁┘暗幕旌险羝?jīng)制冷機(jī)6壓縮和冷卻器5冷卻后進(jìn)入丙烷儲(chǔ)罐。丙烷呈液態(tài)，壓力為3MPa，乙烯和氮呈氣態(tài)。丙烷在換熱器4中蒸發(fā)，使天然氣冷卻到-70℃，同時(shí)也冷卻了乙烯和氮?dú)猓蚁┏室簯B(tài)進(jìn)入乙烯儲(chǔ)槽，氮?dú)馊猿蕷鈶B(tài)。液態(tài)乙烯在換熱器中蒸發(fā)，冷卻了天然氣及氮?dú)狻５獨(dú)膺M(jìn)入氮儲(chǔ)槽并進(jìn)行氣液分離，液氮在換熱器中蒸發(fā)，進(jìn)一步冷卻天然氣，同時(shí)冷卻了氣態(tài)氮?dú)狻鈶B(tài)氮?dú)膺M(jìn)一步液化并在換熱器中蒸發(fā)，將天然氣冷卻到-162℃送入儲(chǔ)罐。
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此法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較少，僅需一臺(tái)制冷機(jī)和一臺(tái)換熱器。其缺點(diǎn)是氣液平衡與焓的計(jì)算繁瑣，換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造也困難。
混合式制冷的效率和投資均比階式循環(huán)制冷低。
3. 膨脹法制冷
如圖6-17所示，膨脹法制冷流程是充分利用長(zhǎng)輸干管與用戶(hù)之間較大的壓力梯度作為液化的能源。它不需要從外部供給能量，只是利用了干管剩余的能量。這種方法適用于遠(yuǎn)程干管壓力較高、且液化容量較小的地方。來(lái)自長(zhǎng)?天然氣??? 送入管網(wǎng)輸干管的天然氣，先流經(jīng)換熱器1，然后大部分天然氣在膨脹渦輪機(jī)中減壓到輸氣管網(wǎng)的壓力。沒(méi)有減壓的天然氣在換熱器2中被冷卻，并經(jīng)節(jié)流閥3節(jié)流膨脹，降壓液化后進(jìn)入儲(chǔ)罐4。儲(chǔ)罐上部蒸發(fā)的天然氣，由膨脹渦輪機(jī)帶動(dòng)的壓縮機(jī)吸出并壓縮到輸氣管網(wǎng)的壓力，并與膨脹渦輪機(jī)出來(lái)的天然氣混合作為冷媒，經(jīng)換熱器2及1送入管網(wǎng)。
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按此原理所能液化的天然氣數(shù)量，取決于管網(wǎng)的壓力所能提供的能量。表6-3是各種壓力比下甲烷的液化量。
表6-3 各種壓力比下甲烷的液化量
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入口壓力p1/MPa | 出口壓力p2/MPa | 甲烷液化量/% | p1/p2 |
7.00 | 3.50 | 3.7 | 2:1 |
5.25 | 3.50 | 2.4 | 1.5:1 |
5.25 | 1.05 | 1.03 | 5:1 |
5.25 | 0.35 | 1.48 | 15:1 |
2.10 | O.21 | 0.83 | 10:1 |
在城市對(duì)天然氣的需用量大于長(zhǎng)輸干管的輸氣量時(shí)，必須使儲(chǔ)存的液化氣體重新氣化供應(yīng)城市。氣化設(shè)備所需費(fèi)用大約占液化設(shè)備的1/4。
為使液化天然氣氣化，目前大部分都采用浸沒(méi)式加熱的蒸發(fā)器。為了保持水溫，就需要燒掉一部分天然氣。一般從液化天然氣中得到1m3氣態(tài)天然氣需消耗745kJ左右的熱量。
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