LNG 冷能利用現(xiàn)狀及未來展望分析

■韓先友 ■新地能源工程技術(shù)有限公司，河北 廊坊 065000

LNG 指的就是液化天然氣，具體而言，它就是將常規(guī)的天然氣利用一系列凈化處理等技術(shù)，在通過冷凍處理后轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N液體，這種液體的溫度在零下162 攝氏度。同時，在經(jīng)過處理后，也能夠?qū)⑻烊粴獾捏w積壓縮為之前的1/625。這對于遠距離的對天然氣進行運輸具有非常重要的意義。一般情況下，在將LNG 運輸?shù)絻ε湔竞?，必須要通過氣化技術(shù)將其轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)才能夠進行使用，而在進行氣化處理時，大概會有840KJ/kg 的冷能釋放出來。因此，進行分析研究并加強回收利用LNG 冷能具有十分重要的意義。

1 LNG冷能利用現(xiàn)狀

冷能利用方式有直接利用和間接利用這2 種。直接利用包括海水淡化、低溫發(fā)電、冷凍倉庫、制造干冰、空氣液化分離、輕烴分離等的方式。而間接利用則主要是指用空氣分離后的液氮、液氧和液氬來低溫粉碎以及冷凍食品等的方式。由東營濱海新區(qū)LNG 氣化站的現(xiàn)狀看來，主要有下列幾種:

(1)冷能回收用于低溫發(fā)電

由LNG 利用方式的不同可以有不同的循環(huán)系統(tǒng)，而用LNG 冷能來改良現(xiàn)有各種的發(fā)電動力循環(huán)系統(tǒng)，可以提高效率從而增加發(fā)電量，如有利用LNG 冷卻燃氣輪機進氣的發(fā)電系統(tǒng);有采用相對獨立的低溫動力循環(huán)方法來發(fā)電的，如直接膨脹法、二次冷媒法、聯(lián)合循環(huán)法等方法;有帶二氧化碳液化回收操作的燃氣發(fā)電系統(tǒng)。

(2)冷能回收用于空氣液化分離

同傳統(tǒng)的空氣分離流程方法相比，高品質(zhì)的LNG 低溫冷能能夠有效降低單位耗電量，從而節(jié)省大量能量。迄今為止有多種利用LNG 進行空氣分離的方式，而目前主要采用的3 種方式則是LNG 冷卻循環(huán)氮氣、LNG 冷卻循環(huán)空氣以及通過空氣分離裝置聯(lián)合運行的LNG 發(fā)電系統(tǒng)。第一種LNG 冷卻循環(huán)氮氣系統(tǒng)的能耗可節(jié)省至少50%以上，可節(jié)約近70%的冷卻水;第二種LNG 冷卻循環(huán)空氣系統(tǒng)單位液態(tài)產(chǎn)品的電力消耗降低了50%左右，并且流程組織更簡易;第三種通過空氣分離裝置聯(lián)合運行的LNG 發(fā)電系統(tǒng)則可以使電力耗能降低60%～73.5%。

(3)冷能回收用于食品冷凍

以往傳統(tǒng)冷庫都是采用多級壓縮制冷裝置，這使得電力損耗很大。而將回收LNG 冷能用于冷庫不僅可以不用制冷機，節(jié)約了大筆的初投資成本和運行費用，還可節(jié)約30%以上的電力，經(jīng)濟效益明著。而利用LNG 冷能的冷庫流程在冷媒運行中是否有相變運行分為2 種，即冷媒無相變運行的流程和冷媒發(fā)生相變的流程。前者特點是流程簡易、設備簡單并且控制方便，但缺點是在冷庫負荷不變的前提下，該流程中的冷媒流量較大;后者特點是冷媒流量小，但流程和設備較復雜以及控制較難，相變運行使得設備氣態(tài)管路直徑較大，相應的換熱器尺寸也需較大。

2 冷能回收的其他應用及前景

(1)LNG 冷能可用于低溫粉碎技術(shù)。該技術(shù)一般較多地用于城市廢棄或銷毀的垃圾、工業(yè)廢棄物、醫(yī)藥和食品類物質(zhì)、合成樹脂及含水分和油分的物料等。

(2)LNG 冷能可用于液體二氧化碳和干冰生產(chǎn)。LNG 冷能很容易獲得所需的低溫，可將液化裝置的工作壓力降低至約0.9MPa，相比于傳統(tǒng)的液化工藝負荷大為降低，電力能耗下降為原來的30%～40%。

(3)LNG 冷能可用于輕烴回收。LNG 濕氣一般含有10%以上質(zhì)量分數(shù)的輕烴，而未來我國LNG 的進口量中濕氣將占有相當大的比重。從而用較低的成本將濕氣中的輕烴資源分離出有利于對資源的綜合優(yōu)化利用，來緩解我國短缺石油資源的局勢。

(4)LNG 冷能可用于制冰與空調(diào)?？蒲腥藛T主要研究了把水作為中間冷媒的LNG 冷能的中央空調(diào)系統(tǒng)，并數(shù)值分析了以乙二醇為中間冷媒的汽車空調(diào)系統(tǒng)。

(5)LNG 冷能可用于海水淡化方面。日本和美國有相關研究發(fā)表了間接冷凍法海水淡化流程。而日本、泰國、美國、意大利等都對直接法海水淡化裝置有研究報道，如意大利Antonelli 給出的根于正丁烷的利用LNG 進行直接冷凍法淡化海水的工藝，即ORC+SRF 流程。

(6)LNG 冷能可用于相變蓄能。學者們已經(jīng)開展了克服常規(guī)的冷能轉(zhuǎn)移系統(tǒng)能量消耗的冷能轉(zhuǎn)移相變蓄冷裝置的研究。

3 LNG冷能利用中存在的問題

由LNG 每日東營濱海新區(qū)LNG 氣化站現(xiàn)狀來看，其中主要存在以下問題:

(1)利用進展緩慢，利用方式單一。雖然目前LNG 冷能的利用范圍十分廣泛，但是，許多項目還處于規(guī)劃和建設之中，實施工程不能與運營儲配站相適應，做到同步進行。而且LNG 冷能在利用方式上非常單一，因為技術(shù)的限制，LNG 冷能在開發(fā)和利用中不夠充分和全面，利用效率非常低下。

(2)供氣工藝技術(shù)落后。在使用天然氣供氣前，通常需要用低溫泵把壓力系數(shù)較低的LNG 壓力升高，再通過加熱和氣化技術(shù)的處理后使天然氣進入到管網(wǎng)中。經(jīng)過大量的實踐研究發(fā)現(xiàn)，在LNG 達到大于8MPa 壓力的時候，可以將約2/3 的冷能轉(zhuǎn)化成壓力。但因目前的工藝技術(shù)不夠先進，在轉(zhuǎn)化的過程中，并不能使資源得到充分的利用，從而產(chǎn)生較大的能源損耗和浪費，使得LNG 冷能的利用率下降。

(3)LNG 儲配站和衛(wèi)星站氣化需求上與冷能用戶需求在時間和空間上的不同步。

時間上的不同是指因為下游的燃氣需求量跟晝夜變化以及季節(jié)息息相關，隨著晝夜和季節(jié)的變化而產(chǎn)生波動，這從而導致了儲配站在氣化負荷的需求上出現(xiàn)較大的變化和浮動。然而，這種下游燃氣的需求量和冷能用戶對于冷能負荷的需求變化規(guī)律不相符，難以同步進行。而LNG 的儲配站在設計和規(guī)劃的時候并沒有考慮到冷能用戶的因素，這就造成了時間上的不同步。而空間上的不同步指的是儲配站在設計和規(guī)劃中并沒有考慮到相關的實際利用項目，所設立的儲配站或是衛(wèi)星站面積十分有限，使得大規(guī)模的冷能利用設想難以實現(xiàn)。

4 LNG冷能利用的發(fā)展舉措及展望

(1)積極進行相關的規(guī)劃

在進行LNG 冷能利用技術(shù)的研究和開發(fā)過程中，要對各方面的因素進行合理的考慮和規(guī)劃，綜合各方面的因素并對用戶、LNG 儲配站、LNG 衛(wèi)星站進行科學的調(diào)查，排除困難和阻撓，最大限度地提升LNG冷能的利用效率，避免能源浪費。例如，唐山的曹妃甸循環(huán)工業(yè)區(qū)在此方面就很成功，在LNG 冷能制備基地，既有中石化、中石油以及首鋼等大型的國有企業(yè)參與，又有唐山市、曹妃甸經(jīng)濟區(qū)地方政府規(guī)劃、招商引資的各種國有、民營、外資企業(yè)添磚加瓦。各方組織相互合作，同時又相互制約，極大地加速基地建設的發(fā)展又提高了基地建設的效益。

(2)開發(fā)利用新的利用領域

一味從舊不行，必須對可以利用LNG 冷能技術(shù)的新領域進行研究和拓展。目前對于LNG 冷能的運用相對單一，不能使得大量的LNG 冷能得到全面的利用，只有不斷地開發(fā)出高效率的、創(chuàng)新型的、附加值更高的LNG 冷能技術(shù)才能推動冷能產(chǎn)業(yè)的全面的、多元的較快發(fā)展。

(3)積極研究和利用政府的相關扶持政策

因為考慮到LNG 冷能技術(shù)所存在的巨大潛力，政府對于相關研究的扶持力度很大。LNG 冷能的利用可以產(chǎn)生較高的社會和經(jīng)濟效益，應用冷能技術(shù)的相關產(chǎn)業(yè)要充分利用政府的政策，努力爭取到相關的政府扶持，積極進行相關技術(shù)研究和開發(fā)，促進LNG 冷能利用項目的發(fā)展。

5 結(jié)束語

綜上所述，從30 萬方每日東營濱海新區(qū)LNG 氣化站來看，加強對LNG 冷能的科學合理利用能夠有效推動社會的發(fā)展，但是因為技術(shù)限制，LNG 冷能利用中還存在諸多問題，對此，我們必須要加強探索研究，在促進LNG 冷能利用效率提高的同時也要不斷開發(fā)LNG 冷能利用的新領域，從而將LNG 冷能的價值充分發(fā)揮出來。

［1］李桂春，張玉萍，倪利杰，等.淺談我國LNG 冷能利用技術(shù)的應用與發(fā)展［J］.中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013，3:258.

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