液化天然氣（LNG）冷能回收及其利用

張金枝

【摘 要】隨著天然氣利用技術(shù)的不斷發(fā)展，液化天然氣（LNG）的產(chǎn)業(yè)也取得了突破性的發(fā)展，由于LNG中蘊(yùn)藏著極大的冷量，因此在當(dāng)前社會(huì)的生產(chǎn)生活中都能夠發(fā)揮重要的作用。由于全球能源儲(chǔ)量較為緊張，隨著LNG銷量不斷的上升，合理的LNG冷能使用顯得尤為重要。文章分析了LNG冷能的實(shí)際應(yīng)用情況，具體有利用冷能發(fā)電、液化分析空氣、干冰和液態(tài)二氧化碳的制取、倉(cāng)庫(kù)冷凍和儲(chǔ)糧等，同時(shí)對(duì)LNG冷量利用中存在的問題和對(duì)策進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】液化天然氣；冷能回收；利用

LNG的使用范圍非常的廣泛，主要通過輸氣管網(wǎng)將氣化后的LNG向各類用戶進(jìn)行輸送，在我國(guó)的汽車燃料、工業(yè)燃料、化工原料、燃?xì)饪照{(diào)以及城市燃?xì)庵卸嫉玫搅舜罅坷?。LNG的氣化過程大約有830kL/kg的低溫能量產(chǎn)生。利用天然氣氣化器可以使這些冷量被海水、蒸汽、空氣乙二醇以及導(dǎo)熱油進(jìn)行吸收，但是其中的冷量火用并沒有完全得到利用，因此導(dǎo)致了大量冷量火用被浪費(fèi)。所以加強(qiáng)LNG冷能的高效利用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、LNG冷能利用分析

（一）利用冷能發(fā)電

（1）膨脹發(fā)電。當(dāng)LNG從管道或者低溫儲(chǔ)罐出來的時(shí)候，利用低溫泵將LNG加壓，再通過汽化器將LNG氣化成高壓天然氣，從而對(duì)膨脹機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)繼而使發(fā)電機(jī)發(fā)電。整個(gè)發(fā)電過程中使用的主要是LNG的壓力能，汽輪機(jī)進(jìn)出口氣體的壓力比決定了冷量回收量[1]。雖然膨脹發(fā)電能夠利用LNG冷能發(fā)電，并且對(duì)設(shè)備的要求要低且循環(huán)過程較為簡(jiǎn)單，但存在著一定的缺陷。膨脹發(fā)電沒有較高的發(fā)電效率，發(fā)電功率比較低、僅能回收24%的冷能膨脹發(fā)電需要配合其他LNG冷能利用方法共同使用。

（2）將蒸汽動(dòng)力循環(huán)的冷凝溫度降低。利用低溫的LNG來作為冷凝劑來使用，將冷量通過冷凝器向另一介質(zhì)上進(jìn)行轉(zhuǎn)移，由于環(huán)境和介質(zhì)之間存在溫差，使介質(zhì)在蒸汽動(dòng)力循環(huán)中做功，以促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。低溫介質(zhì)的不同對(duì)冷能的利用效率有著較大的影響，因此一定要選擇合適的工作介質(zhì)來進(jìn)行發(fā)電。工作介質(zhì)的選擇對(duì)象主要有甲烷、乙烷、丙烷、乙烯或者這些單組份的混合物。使用單組份的工作介質(zhì)只有18%的冷能回收率，而碳?xì)浠衔锏墓ぷ鹘橘|(zhì)能夠達(dá)到前者兩倍的冷能回收率。在當(dāng)前的生產(chǎn)中，通過都是將膨脹發(fā)電和此方法結(jié)合使用，通過提高天然氣輸送壓力就能夠使更多冷能被回收，從而使冷能的回收率得到進(jìn)一步提升。

（3）降低氣體動(dòng)力循環(huán)的吸氣溫度。氣體動(dòng)力循環(huán)的形式之一就是燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)。在燃?xì)廨啓C(jī)中，通過將燃汽輪機(jī)的吸氣溫度降低，明顯提高循環(huán)效率和循環(huán)做功。為了提高機(jī)組的工作效率通常都是使用LNG來對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)冷，增加發(fā)電量。但由于LNG氣化溫度太低的原因，在中間載冷劑的選擇上要使用比較容易會(huì)發(fā)的介質(zhì)，順利的向空氣傳遞冷能。冷能傳遞的溫度一定要控制好，必須要超過0℃，從而避免冷卻裝置上的水蒸氣發(fā)生凍結(jié)，造成冰堵情況的發(fā)生。

（二）液化分離空氣

分離空氣的常規(guī)方法就是液化空氣法，通過氟利昂冷凍機(jī)將工質(zhì)膨脹透平制冷來實(shí)現(xiàn)液化分離空氣，將氧氣、氬氣、氮?dú)馓崛〕鰜怼＠肔NG冷能分離空氣的過程，使利用工質(zhì)氮?dú)鈸Q冷，通過氮?dú)饫鋮s來進(jìn)行的。

利用LNG的冷能來實(shí)現(xiàn)空氣的液化分離，不但有效降低設(shè)備建設(shè)的費(fèi)用，也降低了液氧和液氮的單位耗能。傳統(tǒng)的空氣液化分離需要消耗大量的電能，而通過LNG冷能來進(jìn)行空氣的液化分離則能夠使制冷的電力消耗得到有效減少，因此，使用LNG冷能來分離空氣獲得了廣泛的應(yīng)用。

（三）干冰和液態(tài)二氧化碳的制取

工業(yè)生產(chǎn)會(huì)排放大量的二氧化碳，因此二氧化碳的處理一直是社會(huì)各界密切關(guān)注的問題。二氧化碳的傳統(tǒng)液化方式是將二氧化碳?jí)嚎s之后再通過制冷設(shè)備來實(shí)現(xiàn)二氧化碳的液化。通過LNG冷能則非常容易能夠冷卻二氧化碳以及達(dá)營(yíng)造二氧化碳液化的環(huán)境溫度，降低了制冷設(shè)備的工作壓力。利用LNG冷能能夠使工廠副產(chǎn)品二氧化碳制造出干冰以及液態(tài)二氧化碳，在明顯降低耗電量的同時(shí)還能夠進(jìn)一步的提升產(chǎn)品純度。

二、LNG冷能回收利用中存在的問題和對(duì)策

國(guó)內(nèi)在LNG冷能的項(xiàng)目投入和建設(shè)上起步較晚，并且發(fā)展的時(shí)間比較短，LNG冷能的利用率也不是很高。國(guó)際上，除了日本根岸基地以及大阪燃?xì)獾腖NG接收站具有較高的冷能利用率之外，其他的LNG接收站利用率都在20%～30%，利用率都處于較低的水平。影響LNG冷能利用率較低的因素主要由以下兩個(gè)方面：

（一）LNG接收站氣化操作受限制

LNG的冷能利用項(xiàng)目通常都需要保證項(xiàng)目的穩(wěn)定性和持續(xù)性，然而由于隨著不同季節(jié)和不同時(shí)段以及下游用戶的消耗量影響，接收站LNG的氣化量會(huì)經(jīng)常的發(fā)生變化，白天的時(shí)候LNG的氣化量保持正常，到了夜晚，用戶用氣量較少，而LNG的氣化量也非常的少，甚至不會(huì)繼續(xù)氣化，導(dǎo)致LNG的冷能利用裝置無(wú)法保持穩(wěn)定性和連續(xù)性[4]。因此，在LNG冷能利用的項(xiàng)目上通常按照最低的LNG冷能利用量來進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而導(dǎo)致LNG冷能利用規(guī)模受到限制，使利用率得不到提升。這也是影響LNG冷能利用的重大難題和挑戰(zhàn)。

為了解決上述問題，可以采取以下對(duì)策：在進(jìn)行LNG接收站的地址選擇時(shí)要進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，綜合考慮冷能利用產(chǎn)業(yè)的布局和配置，可以在LNG接收站附近設(shè)置發(fā)電廠、化工廠、石油廠等能夠較大程度利用到冷能的企業(yè)，促進(jìn)LNG冷能利用的工業(yè)集群式發(fā)展。部分地區(qū)由于沒有工業(yè)集群發(fā)展模式的基本條件，可以通過對(duì)不同的LNG冷能進(jìn)行集成發(fā)展，以提升LNG的冷能利用效率，增加LNG冷能梯級(jí)利用。

（二）LNG冷能利用項(xiàng)目的投資管理模式矛盾

當(dāng)前國(guó)內(nèi)LNG接收站利用LNG冷能的項(xiàng)目非常少，大部分都是由其他公司負(fù)責(zé)投資和建設(shè)的，由于其他公司的主體與LNG接收站投資主體存在較大的差異，所以LNG接收站在冷能利用項(xiàng)目上存在無(wú)法協(xié)調(diào)和不能銜接的問題[5]。并且由于國(guó)內(nèi)天然氣定價(jià)機(jī)制的影響，LNG接收站的業(yè)主主要以巨額投資項(xiàng)目安全穩(wěn)定運(yùn)行為重心，防止冷能的利用干擾LNG氣化的供應(yīng)，因此在一定程度上對(duì)LNG冷能利用造成影響?？梢詮母母飮?guó)內(nèi)投資管理機(jī)制方面著手，將冷能的利用與接收站進(jìn)行充分結(jié)合成為有機(jī)整體，讓接收站成立子公司，而冷能利用項(xiàng)目作為子公司的項(xiàng)目，也可以通過將接收站和冷能利用合并到一個(gè)母公司下，從而為冷能的有效利用提供條件。

（三）LNG冷能接收站地址選擇受到限制

LNG冷能利用項(xiàng)目沒有綜合考慮產(chǎn)業(yè)布局，同時(shí)冷能利用產(chǎn)業(yè)建設(shè)時(shí)缺乏足夠的工業(yè)用地，導(dǎo)致冷能用戶和需求非常的少。在LNG冷能項(xiàng)目選址的過程中一定要進(jìn)行充分的考慮，為L(zhǎng)NG接收站附近預(yù)留出發(fā)展冷能利用產(chǎn)業(yè)的必要土地資源，促進(jìn)LNG冷能利用產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)張和發(fā)展。

三、結(jié)束語(yǔ)

由于我國(guó)LNG冷能利用產(chǎn)業(yè)處于較為基礎(chǔ)的階段，發(fā)展的時(shí)間并不是很長(zhǎng)，因此如何提高LNG冷能利用率上還需要很長(zhǎng)的一段路要走。作為我國(guó)節(jié)能減排的重要課題之一，LNG冷能的高效對(duì)促進(jìn)我國(guó)工業(yè)發(fā)展以及生產(chǎn)生活資源的節(jié)約具有十分重要的意義，相信隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，LNG冷量利用產(chǎn)業(yè)會(huì)逐漸的壯大下去。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]王昊，馬貴陽(yáng)，王錫鈺，等.液化天然氣冷能構(gòu)成與有效利用方式分析[J].當(dāng)代化工，2015，（10）：2357-2359.