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摘要：本文概括了我国天然气资源储存量分布的具体情况，介绍了液化天然气的广泛用途和常见的天然气液化流程并说明其优缺点。
能源是国民经济与社会发展的命脉，能源的可持续发展是国民经济的可持续发展必不可少的条件之一。从我国天然气资源的分布情况来看，多分布于中西部，而东南部沿海地区却是能源消耗最大的地区，所以要合理利用资源，解决利用与运输之间的矛盾，发展液化天然气（liquefied natural gas 简称LNG ）产业，就成了行之有效的途径。
一、天然气的资源
天然气指自然生成，在一定压力下蕴藏于地下岩层孔隙或裂缝中的混合气体，其主要成分为甲烷和少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气体，并可能含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水汽等非烃类气体和少量氦、氩等惰性气体。石油工业范围内，天然气通常指从气田采出的天然气及油田采油过程中采出的伴生天然气。
我国是一个天然气资源丰富的国家。据最新数据显示，截止到2004年初，我国天然气总储量为53万亿立方米。预测天然气资源量大约为12万亿立方米。现已累计探明天然气可采储量为2.6万亿立方米。目前，天然气剩余可采储量2万亿立方米，居世界第15位。
我国300万平方公里海洋国土的天然气资源也十分丰富。经研究证实，截止到2004年初，我国近海油田有7个含气盆地，天然气资源近14万亿立方米，有经济价值的资源量近5 万亿立方米；此外，南沙盆地天然气更加丰富，储量达8～10万亿立方米，资源前景非常看好。
二、液化天然气的应用
液化天然气（LNG）是天然气的液体形式，即将含甲烷（CH4）90%以上的天然气经过脱水、脱烃、脱酸性气体等净化处理后，采用先进的制冷工艺使甲烷在常压及-162℃时变成液体，其体积变为同量气体的1/625，成为优质的化工原料以及工业、民用的燃料，其优点如下所示：
（1）便于经济可靠运输。与管道输送相比，液化天然气运输投资少，回收期短，而且安全可靠、风险小。
（2）储存效率高，占地少，投资小。据有关资料统计，建成1MPa的6座1 000立方米的天然气球罐的投资要比建成1座储气量相当的0.5MPa的100立方米液化天然气储罐的投资高出80多倍。
（3）有利于城镇供气负荷的平衡调节。由于民用天然气冬多夏少，或因用气化工厂检修或LNG厂本身进行技术改造，甚至是输气管网发生故障等，都会造成定期或不定期的供气不平衡，而建立LNG储罐就能起到“削峰填谷”的调节作用。
（4）LNG可以作为优质的车用燃料。与车用汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、运输成本低等优点，而且与车用CNG相比， 具有储存效率高，钢瓶数量少、重量轻、驾驶行程远，建站不受管网限制等优点。
（5）有利于环境保护，减少城市污染。美国测试资料显示，汽车用LNG与用汽油相比，有害排放物显著降低，具体如表1 所示。
大力发展液化天然气，不仅能够促进我国能源消耗结构的优化调整，促进能源开发利用与环境保护的有机统一，还可以促进相关产业的协调发展。
三、天然气的液化流程分析
天然气液化系统主要包括天然气的预处理、液化、储存、运输、利用这5个子系统。而气体的液化部分的投资约占总投资的25%～50%，因此，选择合适的天然气液化流程工艺，对节省总投资，降低能耗，提高液化装置的经济指标具有重要的现实意义。
1.级联式液化流程。
级联式液化流程又称为阶式液化流程，复叠式液化流程，主要用于基本负荷型天然气液化装置。级联式液化流程的循环压力低，过程的不可逆性小，多采用丙烷、乙烯和甲烷组成的三级液化流程。如图1所示就为典型的级联式天然气液化流程示意图。
由图1可见，净化后的天然气首先用丙烷作为第一冷却级冷却到238K左右，分出C5 以上的重烃后进入第二冷却级。第二冷却级用乙烯作为制冷剂，把天然气冷却到176K左右。液化后的天然气进入第三冷却级。第三冷却级用甲烷作制冷剂提供冷量，从第二冷却级出来的天然气在这级中继续被冷却到123K左右，然后经过节流阀减压降温，温度降至111K，压力降至常压，用泵将液化天然气输送到专门的储罐中。
2.混合制冷剂液化流程。
混合制冷剂液化流程是60年代末期由级联式制冷循环演变过来的，有开式和闭式两种。它是以C1至C5的碳氢化合物及N2等多组分混合制冷剂为工质代替级联式制冷中的纯组分制冷剂，进行逐级地冷凝、蒸发、节流、膨胀，得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。图2为典型的三级混合制冷剂液化流程。混合制冷剂液化流程的缺点就是混合制冷剂的合理配比比较困难，并且流程计算时必须提供各组分可靠的平衡数据与物性参数。
液化天然气技术的发展要求液化循环具有高效率、低成本、可靠性好、易操作等特点。法国天然气公司研发了新型的混合制冷剂液化流程，即整体结合式级联型液化流程，简称为CII液化流程。CII液化流程简化了预冷制冷剂组的设计，在流程中增加了分馏塔，将混合制冷剂分馏成重组分（以丁烷、戊烷为主）和轻组分（以氮、甲烷、乙烷为主）两部分。重组分冷却、节流降温后返流，作为冷源进入冷箱上部，预冷天然气和混合制冷剂；轻组分气液分离后进入冷箱下部，用于冷凝、过冷天然气。
3.带膨胀机的液化流程。
带膨胀机的液化流程是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷实现天然气液化的流程。带膨胀机的液化流程最简单的形式如图3所示，来自膨胀机的低温冷气流通过各级换热器回流，在换热器中将进入的天然气和循环气体冷却。循环气体被主循环压缩机和增压压缩机压缩。
目前膨胀机的液化流程主要有3种形式：
1）天然气膨胀液化流程是指直接利用高压天然气在膨胀机中绝热膨胀到输出管道压力而使天然气液化的流程。天然气膨胀液化流程的突出优点是流程简单、设备紧凑、投资小、调节灵活、工作可靠等。
2）氮气膨胀液化流程是直接膨胀制冷的一种变形，其优点是对原料气组分变化有较大的适应性，液化能力较强，整个系统简单，操作方便。它的缺点是能耗比混合制冷剂液化流程高40%左右。
3）氮气——甲烷膨胀液化流程是氮气膨胀液化流程的一种改进，与混合制冷剂液化流程相比，具有启动时间短、流程简单、控制容易、混合制冷剂测定及计算方便等优点。
参考文献：
[1]程宗明.发展液化天然气产业更有效地开发利用天然气资源[J].中国能源.
[2]顾安忠等著.液化天然气技术[M].北京：机械工业出版社.
[3]顾安忠，石玉美，汪荣顺，朱刚.天然气液化流程及装置[J].深冷技术.
[4]龙泽智.我国液化天然气工业的现状及其发展动向[J].天然气工业.
[5]付道明，孙军，贺志刚，岑广远，喻西崇.天然气预处理和液化工艺技术的研究进展[J].石油与天然气化工.
[6]蒋洪，朱聪，雷利.天然气液化装置工艺方案设计[J].油气田地面工程.
[7]顾安忠，石玉美等.中国天然气的发展[J].石油化工科技经济..
编辑/刘文捷
能源是国民经济与社会发展的命脉，能源的可持续发展是国民经济的可持续发展必不可少的条件之一。从我国天然气资源的分布情况来看，多分布于中西部，而东南部沿海地区却是能源消耗最大的地区，所以要合理利用资源，解决利用与运输之间的矛盾，发展液化天然气（liquefied natural gas 简称LNG ）产业，就成了行之有效的途径。
一、天然气的资源
天然气指自然生成，在一定压力下蕴藏于地下岩层孔隙或裂缝中的混合气体，其主要成分为甲烷和少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气体，并可能含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水汽等非烃类气体和少量氦、氩等惰性气体。石油工业范围内，天然气通常指从气田采出的天然气及油田采油过程中采出的伴生天然气。
我国是一个天然气资源丰富的国家。据最新数据显示，截止到2004年初，我国天然气总储量为53万亿立方米。预测天然气资源量大约为12万亿立方米。现已累计探明天然气可采储量为2.6万亿立方米。目前，天然气剩余可采储量2万亿立方米，居世界第15位。
我国300万平方公里海洋国土的天然气资源也十分丰富。经研究证实，截止到2004年初，我国近海油田有7个含气盆地，天然气资源近14万亿立方米，有经济价值的资源量近5 万亿立方米；此外，南沙盆地天然气更加丰富，储量达8～10万亿立方米，资源前景非常看好。
二、液化天然气的应用
液化天然气（LNG）是天然气的液体形式，即将含甲烷（CH4）90%以上的天然气经过脱水、脱烃、脱酸性气体等净化处理后，采用先进的制冷工艺使甲烷在常压及-162℃时变成液体，其体积变为同量气体的1/625，成为优质的化工原料以及工业、民用的燃料，其优点如下所示：
（1）便于经济可靠运输。与管道输送相比，液化天然气运输投资少，回收期短，而且安全可靠、风险小。
（2）储存效率高，占地少，投资小。据有关资料统计，建成1MPa的6座1 000立方米的天然气球罐的投资要比建成1座储气量相当的0.5MPa的100立方米液化天然气储罐的投资高出80多倍。
（3）有利于城镇供气负荷的平衡调节。由于民用天然气冬多夏少，或因用气化工厂检修或LNG厂本身进行技术改造，甚至是输气管网发生故障等，都会造成定期或不定期的供气不平衡，而建立LNG储罐就能起到“削峰填谷”的调节作用。
（4）LNG可以作为优质的车用燃料。与车用汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、运输成本低等优点，而且与车用CNG相比， 具有储存效率高，钢瓶数量少、重量轻、驾驶行程远，建站不受管网限制等优点。
（5）有利于环境保护，减少城市污染。美国测试资料显示，汽车用LNG与用汽油相比，有害排放物显著降低，具体如表1 所示。
大力发展液化天然气，不仅能够促进我国能源消耗结构的优化调整，促进能源开发利用与环境保护的有机统一，还可以促进相关产业的协调发展。
三、天然气的液化流程分析
天然气液化系统主要包括天然气的预处理、液化、储存、运输、利用这5个子系统。而气体的液化部分的投资约占总投资的25%～50%，因此，选择合适的天然气液化流程工艺，对节省总投资，降低能耗，提高液化装置的经济指标具有重要的现实意义。
1.级联式液化流程。
级联式液化流程又称为阶式液化流程，复叠式液化流程，主要用于基本负荷型天然气液化装置。级联式液化流程的循环压力低，过程的不可逆性小，多采用丙烷、乙烯和甲烷组成的三级液化流程。如图1所示就为典型的级联式天然气液化流程示意图。
由图1可见，净化后的天然气首先用丙烷作为第一冷却级冷却到238K左右，分出C5 以上的重烃后进入第二冷却级。第二冷却级用乙烯作为制冷剂，把天然气冷却到176K左右。液化后的天然气进入第三冷却级。第三冷却级用甲烷作制冷剂提供冷量，从第二冷却级出来的天然气在这级中继续被冷却到123K左右，然后经过节流阀减压降温，温度降至111K，压力降至常压，用泵将液化天然气输送到专门的储罐中。
2.混合制冷剂液化流程。
混合制冷剂液化流程是60年代末期由级联式制冷循环演变过来的，有开式和闭式两种。它是以C1至C5的碳氢化合物及N2等多组分混合制冷剂为工质代替级联式制冷中的纯组分制冷剂，进行逐级地冷凝、蒸发、节流、膨胀，得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。图2为典型的三级混合制冷剂液化流程。混合制冷剂液化流程的缺点就是混合制冷剂的合理配比比较困难，并且流程计算时必须提供各组分可靠的平衡数据与物性参数。
液化天然气技术的发展要求液化循环具有高效率、低成本、可靠性好、易操作等特点。法国天然气公司研发了新型的混合制冷剂液化流程，即整体结合式级联型液化流程，简称为CII液化流程。CII液化流程简化了预冷制冷剂组的设计，在流程中增加了分馏塔，将混合制冷剂分馏成重组分（以丁烷、戊烷为主）和轻组分（以氮、甲烷、乙烷为主）两部分。重组分冷却、节流降温后返流，作为冷源进入冷箱上部，预冷天然气和混合制冷剂；轻组分气液分离后进入冷箱下部，用于冷凝、过冷天然气。
3.带膨胀机的液化流程。
带膨胀机的液化流程是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷实现天然气液化的流程。带膨胀机的液化流程最简单的形式如图3所示，来自膨胀机的低温冷气流通过各级换热器回流，在换热器中将进入的天然气和循环气体冷却。循环气体被主循环压缩机和增压压缩机压缩。
目前膨胀机的液化流程主要有3种形式：
1）天然气膨胀液化流程是指直接利用高压天然气在膨胀机中绝热膨胀到输出管道压力而使天然气液化的流程。天然气膨胀液化流程的突出优点是流程简单、设备紧凑、投资小、调节灵活、工作可靠等。
2）氮气膨胀液化流程是直接膨胀制冷的一种变形，其优点是对原料气组分变化有较大的适应性，液化能力较强，整个系统简单，操作方便。它的缺点是能耗比混合制冷剂液化流程高40%左右。
3）氮气——甲烷膨胀液化流程是氮气膨胀液化流程的一种改进，与混合制冷剂液化流程相比，具有启动时间短、流程简单、控制容易、混合制冷剂测定及计算方便等优点。
参考文献：
[1]程宗明.发展液化天然气产业更有效地开发利用天然气资源[J].中国能源.
[2]顾安忠等著.液化天然气技术[M].北京：机械工业出版社.
[3]顾安忠，石玉美，汪荣顺，朱刚.天然气液化流程及装置[J].深冷技术.
[4]龙泽智.我国液化天然气工业的现状及其发展动向[J].天然气工业.
[5]付道明，孙军，贺志刚，岑广远，喻西崇.天然气预处理和液化工艺技术的研究进展[J].石油与天然气化工.
[6]蒋洪，朱聪，雷利.天然气液化装置工艺方案设计[J].油气田地面工程.
[7]顾安忠，石玉美等.中国天然气的发展[J].石油化工科技经济..
编辑/刘文捷