LNG冷能利用在我国的发展

（西安石油大学,陕西 西安  710065）

摘 要：随着世界的LNG的快速发展，我国的LNG在进口机生产取得了快速发展。LNG具有大量的冷能。这些冷能可以回收并用于空气分离、发电、轻烃分离等。随着LNG项目的快速增长我国LNG冷能回收也有广大的发展前景。

关键词：液化天然气；冷能；利用；空气分离；轻烃分离

前 言   

LNG是天然气经过脱水、脱硫与低温技术液化处理而成的低温液体混合物。其存储的温度为-162℃，存储密度通常为430~470Kg/㎡。当使用时，需要把LNG转化为常温的气体，在这个气化过程中有大量的冷量㶲。LNG的冷量㶲由温度㶲和压力㶲两部分组成。据估算，每千克的LNG的冷量㶲为830KJ/kg ~850KJ/kg。在LNG气化站，通常这些冷能在气化器中随海水被舍弃了，造成冷量的巨大损失。由此可看出，无论是从能量的品位还是数量，LNG的冷能都具有很大的回收利用价值，这对于缓解日益紧张的能源供给具有重大的意义。

1. 目前我国的LNG项目

近几年以来，在世界LNG贸易迅猛发展的背景下，我国的LNG项目也进入了一个快速发展的时期。目前，我国已投产4个LNG接收站，分别是广州大鹏湾、福建、上海五号沟、上海洋山港LNG接收站。这四个接收站一期设计规模已经超过了1000wt /a。除此之外，国家已经规划的LNG项目还有海南、大连、青岛等十几个，一期项目规模将达到5000wt/a以上。LNG在我国的开发利用前景非常广阔。

2. LNG冷能的利用方式

LNG冷能的利用方式有两种：直接利用和间接利用。直接利用包括：空气液化分离、液态乙烯存储、发电、冷库、制造干冰、轻烃分离、低温养殖和海水淡化等。间接利用包括：低温破碎、冷冻食品、水和污染物处理和低温干燥等。

2.1 空气液化分离

常用的空气分离法是将空气液化，通过氟里昂冷冻机、膨胀透平机进行空气的液化分离制成液态的氧气、氮气、氩气、二氧化碳等。而LNG冷能用于空气分离则是通过氮气的循环冷却来实现的（如图1）。用传统的方式生产1m3的液化空气大约需要2721. 42 kJ的冷却能，利用回收的LNG冷能不但可以减少建设费用，而且电能消耗减少50 % ，水耗减少30 %，这样就大大降低了液氮、液氧的生产成本，具有可观的经济效益。所以利用LNG冷能进行空气分离得到了充分的应用。

图1  LNG冷能用于空分

Fig.1 Air separation by LNG cold energy

空气分离是LNG冷能利用中的最常用技术之一，应用越来越广泛。目前日本、韩国、法国、澳大利亚等国家已有多处此类项目投入运营。世界上第一台利用LNG冷能的空气液化分离装置在日本液氧公司投入运行。

2.2 用于发电

LNG冷能发电是以电能的形式利用LNG冷能。回收LNG冷能依靠动力循环进行发电是目前LNG冷能回收利用的重要内容，且技术较为成熟。发电方式主要有三种方法：直接膨胀法二次媒介法和联合法。

（1）直接膨胀法

直接膨胀法是利用LNG冷能发电在应用领域中的一种重要方式。该方法首先将LNG压缩为高压液体，然后通过换热器加热到常温状态，再通过透平膨胀机对外做功。直接膨胀法由于LNG的低温冷能没有充分利用，所以对外做功也较少，效率不高，发电功率较小。这种循环的优点是循环过程简单，所需设备少。

（2）二次媒介法

二次媒介法是一个中间的载热体的郎肯循环。该方法是将LNG通过冷凝器把冷能转化到冷媒上，利用LNG与环境温度之间的温差推动冷媒进行蒸气动力循环，从而对外做功。二次媒介法对LNG冷能的利用效率要优于直接膨胀法。

（3）联合法

目前使用较多的是直接膨胀法和二次媒介法结合的方法即联合法。此方法是将LNG压缩提高其压力，然后通过冷凝器带动二次媒体的蒸汽动能循环对外做功，最后再通过气体透平膨胀做功。联合法可以较好地利用LNG的冷能，发电量为45kW·h/t左右。联合使用的能量利用率比两个系统单独使用要高，但冷能的回收效率也不高，只能达到36%。

利用海水与LNG之间的巨大温差建立朗肯动力循环进行发电，这在日本、柏克德、安然、三菱重工等公司得到了广泛采用，而且技术比较成熟。

2.3 轻烃分离 

LNG冷能用于C2+分离和裂解制乙烯装置中的裂解产物深冷分离，是LNG冷能利用的极佳途径。LNG冷能用于轻烃分离的主要产品C2+(主要为乙烷、丙烷和少量丁烷)既可以进一步分离，作为丙烷和LPG(主要成分是丙烷和丁烷)分别出售，又可将其作为制取乙烯的工业原料，并可用作乙烯裂解装置中C2+的分离及乙烷与乙烯的分离，降低其生产。

2.4 低温破碎

橡胶的合成物如轮胎、塑胶等在常温下不易粉碎，但其都具有低温脆性。当温度降低到一定程度时，其冲击强度降低，此时只需要很小的动力就可以将其粉碎。该方法是利用LNG冷能先冷却液体氮，再用液氮冷冻橡胶合成物或废弃物，最后粉碎。这对充分利用再生资源、摆脱自然资源匮乏、减少环境污染、改善人们的生存环境具有重要意义。

3  国外与国内LNG冷能利用

国外对LNG冷能利用开发较早。日本是LNG冷能利用较多的国家。最初日本随着进口LNG而开发LNG冷能利用技术^[1]，现已有20多年的历史。他们的冷能利用技术也比较成熟。韩国对于LNG冷能的利用主要是在空气分离和食品冷冻冷藏等方面。目前韩国的冷能利用率还不到20%[2]。印度达波尔电厂和LNG接收站都由美国安然公司投资[4]，安装美国GE公司740 MW的STAC209FA联合循环机组1套，1999年初投产，电厂设计每年使用230wtLNG，电厂年工作时间约7500 h。波多黎各Eco Electrica电厂也由美国安然公司投资建设这两个国家主要利用LNG冷能来提高电厂的大型燃气轮机出力。

我国对LNG冷能利用缺乏经验，对LNG冷能的回收利用一些LNG项目已有涉及。广东大鹏LNG接收站LNG冷能利用的项目包括：BOG回收、冷排水利用和空气分离。福建莆田LNG接收站LNG冷能利用的项目包括：空气分离、发电、轻烃分离、橡胶轮胎粉碎、冷库、海水淡化和干冰制造7个项目。上海小洋山接收站已完成上海LNG冷能综合利用产业规划。规划中70%用于LNG进行冷能利用，30%作为调峰。适合上海LNG冷能利用的项目包括空气分离、合成氨、联合燃气循环发电(IGCC)、冷冻胶粉、液体CO2和冷藏保鲜库，今后将考虑用于海水淡化项目。

4 LNG冷能在我国的利用前景

LNG不仅是重要的燃料和化工原料，而且蕴藏着大量的冷能。随着国际石油价格持续上涨，能源和电力成本大幅增加，LNG冷能利用越来越引起人们的重视。节能减排的政策也给我国大规模利用LNG冷能带来了发展的历史机遇。我国正在规划和实施的沿海LNG项目有: 广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁，这些项目将最终构成一个沿海LNG接收站与输送管网。中国建成的LNG卫星站已超过40个、调峰站1座、LNG工厂2座，正在建设中的LNG工厂有4座，规划中的LNG接收站全部建成后总储存中转能力可达1800wt/ a。我国LNG的使用处于逐年上升阶段，除了利用我国天然气资源部分液化外，将大量进口液化天然气。预计到2020年, 我国每年将进口LNG 6000wt。随着LNG气化器等关键设备国产化的不断发展，及其配套设施的进一步完善，LNG项目将在未来取得更好更快的发展。

参考文献：

[1] Lee G S. Kim Y S. Ro ST. Thermodynamic of extraction processes for the utilization of LNG cold energy.Coyoenicas.1999.35-40

[2] 高文学，趁自军，项友善，王启。LNG接收站的冷能利用技术[A]。中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会，2007

[3] Kim T S，Ro S T. Power augmentation of combined cycle power plant using cold energy of liquefied natural gas.Energy(Oxford)，2000，(9)：841-856

[4] B P review of world energy 2002，2002.

[5] 王强，历彦忠，陈曦等，液化天然气冷能分析及其回收利用[J]。流体机械，2003，31(1)：56-58.

[6] 曾宪平，林璟，液化天然气冷能的利用[J].广东化工，2008,4(35)：35-37.

[7] 王强，韩建玲，刘晓东等，LNG冷能回收利用在我国的发展前景。山东建筑大学学报，2008，4(23)：361-365

[8] 李静，李志红，华贲等，LNG冷能利用现状及发展前景。天然气工业，2005,25(5)：103-105.

[9] 江克忠，杨学军，刘成，崔卫滨等，LNG冷能综合利用研究。低温与特气，2008，2(26)：1-5

       来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第1期  在线投稿  >>