甲烷的临界温度为-82.1℃，临界压力为4.49MPa。在0.055MPa压力下，达到-161℃，甲烷即可液化。使用液化温度取决于储存压力。最常用的是深度冷冻法，将天然气冷却至-162℃，在常压、低温下储存。天然气液态容积为气态的1/600。
一、天然气的液化
天然气的液化属于深度冷冻，靠一段制冷达不到液化的目的。下面介绍三种方法。
1. 阶式循环(或称串级循环)制冷
图6-15所示是阶式循环制冷流程。
为使天然气液化并达到-162℃，需经过三段冷却，制冷剂为丙烷(也可用氨)、乙烯(也可用乙烷)和甲烷。在丙烷通过蒸发器7冷却乙烯和甲烷的同时，天然气被冷却到-40℃左右；乙烯通过蒸发器8冷却甲烷的同时，天然气被冷却到-100℃左右；甲烷通过蒸发器9把天然气冷却到-162℃使之液化，经气液分离器10分离后，液态天然气进罐储存。三个被分开的循环过程都包括蒸发、压缩和冷凝三个步骤。此法效率高、设计容易、运行可靠，应用比较普遍。
2. 混合式(或称多组分)制冷
图6-16所示是混合式制冷流程。这种方法的制冷剂是烃的混合物，并有一定数量的氮气。丙烷、乙烯及氮的混合蒸汽经制冷机6压缩和冷却器5冷却后进入丙烷储罐。丙烷呈液态，压力为3MPa，乙烯和氮呈气态。丙烷在换热器4中蒸发，使天然气冷却到-70℃，同时也冷却了乙烯和氮气，乙烯呈液态进入乙烯储槽，氮气仍呈气态。液态乙烯在换热器中蒸发，冷却了天然气及氮气。氮气进入氮储槽并进行气液分离，液氮在换热器中蒸发，进一步冷却天然气，同时冷却了气态氮气。气态氮气进一步液化并在换热器中蒸发，将天然气冷却到-162℃送入储罐。
此法的优点是设备较少，仅需一台制冷机和一台换热器。其缺点是气液平衡与焓的计算繁琐，换热器结构复杂，制造也困难。
混合式制冷的效率和投资均比阶式循环制冷低。
3. 膨胀法制冷
如图6-17所示，膨胀法制冷流程是充分利用长输干管与用户之间较大的压力梯度作为液化的能源。它不需要从外部供给能量，只是利用了干管剩余的能量。这种方法适用于远程干管压力较高、且液化容量较小的地方。来自长 天然气 送入管网输干管的天然气，先流经换热器1，然后大部分天然气在膨胀涡轮机中减压到输气管网的压力。没有减压的天然气在换热器2中被冷却，并经节流阀3节流膨胀，降压液化后进入储罐4。储罐上部蒸发的天然气，由膨胀涡轮机带动的压缩机吸出并压缩到输气管网的压力，并与膨胀涡轮机出来的天然气混合作为冷媒，经换热器2及1送入管网。
按此原理所能液化的天然气数量，取决于管网的压力所能提供的能量。表6-3是各种压力比下甲烷的液化量。
表6-3 各种压力比下甲烷的液化量
入口压力p1/MPa | 出口压力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 |
在城市对天然气的需用量大于长输干管的输气量时，必须使储存的液化气体重新气化供应城市。气化设备所需费用大约占液化设备的1/4。
为使液化天然气气化，目前大部分都采用浸没式加热的蒸发器。为了保持水温，就需要烧掉一部分天然气。一般从液化天然气中得到1m3气态天然气需消耗745kJ左右的热量。
客服1