探究LNG的低温特性

1.LNG的温度

准确地说，LNG的温度与它的组分情况及其所处的状态有关。通常说的LNG温度为-162℃，是指一个大气压状态下，纯液态甲烷的温度。实际的LNG并不是纯甲烷，而是还有少量的乙烷、丙烷等其他组分。因此，不同产地的LNG由于组分的差异，其温度有所不同，通常为-166～-157℃范围内。在实际工程中，应该注意这种温度的差异可能带来的不利影响。表9-6列出了三种LNG实例，反映了LNG不同组分对沸点的影响。

表9-6 LNG不同组分对沸点的影响

此外，对于组分相同的LNG，沸点温度随压力而变化，其变化梯度大约为1.25×10^-4℃/Pa。表9-7列出液甲烷的沸点随压力的变化。

表9-7 液甲烷的沸点随压力的变化

2.LNG的密度

LNG的密度也和其组分有关系，通常为430～470kg/m³，在某些情况下可高达520kg/m³。甲烷含量越高，密度就越小。密度还是温度的函数，温度越高，其密度越小，变化的梯度大约为1.35kg/（m³·K）。LNG的密度可以直接通过测量得到，通过气体色谱仪分析的组分结果可以计算出密度。该方法可参见ISO6578。

3.LNG的蒸发

LNG属于低温液化气体，即使储存在绝热储罐中，微小热量渗透都会导致一定量的LNG汽化，这种气体称为蒸发气（BOG）。通常沸点低的组分最容易蒸发，在蒸发气中的比例远大于液体中的比例；相反，沸点高的组分在蒸发气中的比例远低于液体中的比例，例如蒸发气中N₂的含量比LNG中N₂含量可高达20倍。

常压状态下，LNG形成的蒸汽温度在-113℃时，其密度与空气密度相当。与其他液化气体一样，当LNG的压力低于沸点压力以下时，LNG内部将产生蒸发，即闪蒸，使液体温度下降，达到平衡压力下的平衡温度。由于LNG为多组分的混合物，闪蒸气体的组分与剩余液体的组分不一样。一般情况下，在压力为1×10⁵Pa～2×10⁵Pa时的沸腾温度条件下，压力每下降1×10³Pa，1m³的液体产生大约0.4kg的气体。较精确地计算闪蒸，例如LNG类多组分液体所产生的气体和剩余液体的数量及组分都是很复杂的，应用有效的热力学或装置模拟的软件包，结合适当的数据库，可以在计算机上进行闪蒸计算。(www.xing528.com)

4.天然气水合物的形成及其危害

水合物（GH）是水和烃类气体物理-化学结合的产物，是状似冰雪的白色晶体，在晶格的水分子结点之间的空穴中。水合物各分子靠范德华力维持平衡。

天然气中各组分的水合物分子式为CH₄·6H₂O；C₂H₆·8H₂O；C₃H₈·17H₂O；n-C₄H₁₀·17H₂O；i-C₄H₁₀·17H₂O，H₂S·6H₂O；CO₂·6H₂O。

水合物的形成条件是足够低的温度和足够高的压力，加上水的存在。在5～9MPa的压力下，甲烷与不形成水合物的温度高达294.5K；当压力达33MPa以上时，甲烷水合物的形成温度升至301.8K。压力越高，形成水合物的温度条件越宽松；反之温度越低，压力条件越宽松。因此，常温高压CNG设备和低温高压CNG汽化设备中，如有水的存在，都可能形成天然气水合物（NGH）或冰。

预防水合物和冰堵的根本措施是天然气脱水净化。因此，在脱水净化后的天然气系统中，是不存在HGH和冰堵危险的。在脱水净化前的系统中，则往往采取添加抑制剂方法抑制NGH的形成。抑制剂的种类有聚合物抑制剂、表面活性剂及热力学抑制剂等。

据目前研究的情况报道，应用最广泛的是热力学抑制剂。抑制剂主要品种有甲醇、乙醇、异丙醇、氨、氯化钠、乙二醇及二乙二醇等。抑制的机理是通过抑制剂的分子或离子与天然气竞争结合力。改变水和烃分子的热力学平衡，从而避免NGH的形成。应该说，根据抑制机理，有效的抑制剂品种很多，但是抑制剂的加入又势必会改变天然气的品质。抑制剂选用不当，会产生不可容忍的副作用。一般抑制剂应满足如下要求：能较大幅度降低NGH形成温度（加入量少而抑制效果明显）；不与天然气中各气、液态组分发生化学反应；不生成固体污染物；不增加天然气和其燃烧产物的毒性；对设备无腐蚀；完全溶于水；易于再生；低粘度、低蒸汽压、低凝点；经济性好等。

抑制剂的抑制效果需要评估，以便根据目标要求的、生成NGH的温度下降值，来判断抑制剂的加入量。据目前的研究进展报道，可资实用的公式为冰点下降公式：

式中，n₁是水分子数；n₂是抑制剂分子数；T₁是水的冰点（K）；T₂是抑制剂凝固点（K）；λ₁是水的凝固热（kJ/kg）；λ₂是抑制剂的凝固热（kJ/kg）；ΔT₂是抑制剂冰点下降温度（测定）（K）。

其他的评估公式还有经验型的汉麦什米德公式和理论型的皮叶隆方程。但因各自的局限性，未经修正尚不具实用性。