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利用原料氣管道中的高壓天然氣，在制冷循環(huán)膨脹機(jī)中等熵膨脹，獲得的低溫冷量用于液化另一股天然氣，這被稱為天然氣膨脹機(jī)制冷循環(huán)。等熵膨脹后的天然氣最后送入低壓管網(wǎng)。

圖示為典型的人然氣膨脹液化流程。原料氣壓力為4.0MPa，對應(yīng)的液化溫度約為180K。原料氣脫水后分為兩股，約80%進(jìn)入制冷支路，20%作為待液化氣體經(jīng)進(jìn)一步純化后進(jìn)入冷箱。

制冷支路中的天然氣.在換熱器中被冷卻到膨脹機(jī)進(jìn)口溫度，經(jīng)分離器分離出冷凝物后，氣相部分進(jìn)入渦輪膨脹機(jī)，膨脹到約1.3MPa，然后進(jìn)人換熱器加熱至室溫，最后由增壓機(jī)送入管網(wǎng)。

渦輪膨脹機(jī)后的溫度設(shè)計(jì)為170-180K。這一方面是為在預(yù)處理中節(jié)省脫除CO₂的裝置，因?yàn)槟柡繛?%的CO₂會在170K以下結(jié)品，從而堵塞制冷回路;另一方面也是為防止制冷回路中天然氣出現(xiàn)較多的氣體液化。

原料氣經(jīng)過脫水器1脫水后，部分進(jìn)入脫CO₂塔2脫除CO₂二這部分天然氣脫除CO₂后，經(jīng)換熱器5-7及過冷器8后液化，部分節(jié)流后進(jìn)入儲槽9儲存，另一部分節(jié)流后為換熱器5-7及過冷器8提供冷量。儲槽9中自蒸發(fā)的氣體首先為換熱器5提供冷量，再進(jìn)入返回氣從縮機(jī)4，壓縮并冷卻后與未進(jìn)脫CO₂塔的原料氣混合，進(jìn)換熱器5冷卻后，進(jìn)入膨脹機(jī)10降溫，為換熱器5-7提供冷量。^[2]

天然氣膨脹液化流程的優(yōu)點(diǎn)是它幾乎不消耗動力，并且只需對液化的那股天然氣著重脫除雜質(zhì)，因而預(yù)處理氣量可大為減少(約占?xì)饬康?0%-35%)。這種流程的缺點(diǎn)是循環(huán)氣量大，對下游恰網(wǎng)的影響大，天然氣的液化率較低10%一15%左右);此外，膨脹機(jī)的工作受原料氣的壓力和組分變化的影響也較大，為了保證系統(tǒng)的液化率不小于15%，原料氣的初壓必須大于3-3.5MPa。^[2]

20世紀(jì)90年代中期，長慶石油勘探局建立一座示范性小型LNG工程，日處理量為3X104m3 ,采用氣波制冷機(jī)和渦輪膨脹聯(lián)合進(jìn)行低溫制冷，進(jìn)氣壓力為4.1MPa,見圖4-16。

高凡原料氣經(jīng)氨蒸發(fā)器1、預(yù)冷器2冷卻，一部分氣體進(jìn)入氣波制冷機(jī)6和渦輪膨脹機(jī)7膨脹降溫，與返流氣混合，為預(yù)冷器3、預(yù)冷器2、預(yù)冷器10提供冷量;另一部分氣體經(jīng)預(yù)冷器3、4冷卻井節(jié)流后進(jìn)入分離器5進(jìn)行氣液分離，氣相返流冷量回收，液相進(jìn)入LNG儲罐15。

膨脹機(jī)具有較高的等熵效率及膨脹功可回收的優(yōu)點(diǎn)。因此越來越受到液化能力較小的調(diào)峰型LNG工廠的青睞。但山于靠壓差通過膨脹機(jī)來制冷，所以壓縮機(jī)需要消耗較多的功來增壓氣體、以上兩個(gè)工程都是采用天然氣膨脹液化流程，省去了專門生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存制冷劑的費(fèi)用，但不能獲得像氮?dú)馀蛎浺夯鞒棠菢拥偷臏囟取⒀h(huán)氣量大、液化率低，膨脹機(jī)的工作性能受原料氣壓.力和組成變化的影響較大，對系統(tǒng)的安個(gè)性要求較高。^[2]