LNG冷量的利用技术

LNG冷量的利用技术 摘要 进入新世纪以来 在一次性煤 石油 天然气化石燃料消费中 天然气所占的比例逐年 增加 LNG产业也得到了快速发展 LNG蕴含着极为可观的冷量 随着LNG产销量的迅速增长 以及全球性的能源紧张 LNG冷能的利用尤为重要 下文简单介绍其冷能利用的几种方法 关键词 LNG 冷能 技术 制冷 空分 1 概述 随着我国对LNG的需求量日益增加 我国在广东 福建 浙江 江苏 山东等沿 海地区陆续兴建了多个LNG接收站 据中国石油和化工协会统计数字表明 到2010年 我国将进口液化天然气高达1000万t 到2015年 将迅猛增到4200万t LNG经过气化后进入管网输送给用户 作为城市燃气 工业燃料和化工原料 在 LNG气化过程中 将产生830kJ 的低温能量 通常这部分冷能可以通过天然气气化器 被空气 海水 蒸汽 导热油 乙二醇吸收 其中包含的冷量砽未能得到利用 造成 巨大的能量浪费 因此 积极寻求和高效利用LNG的冷能具有重要的意义 2 LNG的冷能利用技术 LNG冷能的利用过程可以分为直接利用 间接利用两种 直接利用包括LNG冷能 发电 空气液化分离 轻烃分离 制取液化CO2和干冰 冷冻库 海水淡化 液态乙烯 储存等 间接利用包括低温粉碎废弃物 冷冻食品 LNG蓄冷等 2 1 冷能发电 利用LNG冷能发电是以电能的形式回收LNG的冷能 主要是利用LNG的冷能施 工质液化 然后工质经受热气化在气轮机中膨胀做功带动发电机发电 依靠动力循环 进行发电是目前LNG冷能回收利用较为成熟的技术 利用LNG冷能发电一般有以下3种 接膨胀发电 LNG从低温储罐或管道出来 经低温泵加压后 在天然气汽化器气化为高压天然气 直接驱动透平膨胀机 带动发电机发电 这个过程主要利用LNG的压力能 冷能回收 量取决于气轮机进出口气体的压力比 该方法效率不高 发电 的功率较少 冷能回收仅为24 但循环过程简单 所需的设备少 一般情况下与其 他LNG冷能利用方法联合使用 低蒸汽动力循环的冷凝温度 将低温的液化天然气作为冷凝剂 通过冷凝器 把冷量转移到另一介质上 利用介质 与环境温差 推动介质进行蒸汽动力循环 对外做功 带动发电机发电 这种方法冷 能的利用效率与所选的低温介质有关 工作介质的选取相当重要 工作介质有甲烷 乙烷 乙烯 丙烷等单组份 或者采用他们的混合物 单工质循环系统的冷能回收率 并不高 只有18 碳氢化合物混合工质循环的冷能给你回收率大大提高 可达到36 而目前使用最多的是将以上两种方法联合起来 可以进一步提高冷能回收率 即 使天然气的输送压力提高也可以回收相当多的冷能 低气体动力循环的吸气温度 燃气轮机循环是气体动力循环的一种形式 据燃气轮机知识 降低燃气轮机的吸 气温度 将会显著提高循环做功和循环效率 实际应用中 通常利用LNG预冷空气来 提高机组的效率 增加发电量 由于LNG气化的温度很低 因此需采用易挥发介质作 为中间载冷剂 将冷能传递给空气 但温度必须严格控制在0 以上 以防止水蒸气在 冷却装置上冻结 造成冰堵 LNG冷能发电是一种新型的无污染发电方式 是一种节能的好方法 但它只考虑 到LNG的冷能回收利用 并没有对LNG冷能品位的利用 这种方式对冷能的回收效率是 相当低的 现实生产1t的LNG要消耗850kW h能量 即使LNG拥有的冷能以100 的效 率转化为电能 1t LNG的冷能也只相当于240kWh 所以 利用LNG冷能发电是最可能 大规模实现的方式 但却不是利用LNG冷能最科学的方式 化分离空气 通常的空气分离办法就是讲空气液化 通过工质为氟利昂冷冻机 膨胀透平制冷 进行空气的液化分离 提取氮气 氧气 氩气等 而LNG冷能分离空气 是通过工质 氮气换冷 利用氮气冷却来实现的 利用LNG的低温特性不但可减少建设费用 而且生产液氮 液氧的单位耗能也大 大降低了 由于LNG冷能分离空气能够减少制冷时电力的消耗 此法分离空气得到了 充分的应用 回收的LNG冷能和两级压缩式制冷机冷却空气 制 取液氧 液氮 制冷剂容易实现小型化 电能消耗相对较低 水消耗也减少30 液 氮 液氧的生产成本显著下降 经济效益相当可观 此外 低成本制造的液氮可以拓 展LNG应用的温度领域 达到更低 196 可以用于真空冷阱 生产半导体器材 食 品速冻等 利用制取的液氧还可以进一步得到高纯度的臭氧 在污水处理方面用处很 大 液化CO2和干冰 工业生产中很多地方都产生大量的CO2 尤其是发电厂 化工厂和油气田生产等 大量的二氧化碳排放引起全球性的气候变暖 温室效应加剧 因此如何处理CO2已经成 为一个棘手的难题 方法之一就是将其液化 固化 传统的CO2液化工艺是将CO2压缩 至2 5MPa 3 0 MPa再利用制冷设备冷却后液化 利用LNG冷能则很容易获得冷却和液 化CO2所需要的低温 从而使制冷设备的工作压力降低到0 9 MPa左右 以化工厂的副 产品CO2为原料 利用LNG冷能制造CO2和干冰 不但耗电量减少 而且产品的纯度高 达99 99 冻仓库和低温储粮 LNG接收站和大型的冷库基本都建在港口码头附近 因此 冷库利用LNG回收的冷 能就很方便 利用LNG冷能作为冷源的冷库 只需将载冷剂冷却到一定的温度后经管 道进入冷库 粮库 冷藏库 通过内部的冷却盘管释放冷能 实现对物品 粮食的冷 冻和冷藏 虽然冷库使LNG的冷能几乎无浪费地使用 且不用制冷机 降低了建造费 和运行费 但一般的冷库只需维持在 50 65 即可 而将 162 的LNG冷能全部用 于冷库制冷是不必要的 为了高效的利用LNG的冷能 可以将LNG分成不同的温度带 采用不同的载冷剂进行换冷 依次进入低温冻结库 低温冻结装置 冷冻库 冷藏室 预冷装置 这样冷能的利用率就大幅度提高了 运行成本较机械制冷下降很多 目前 我国规划建设的LNG接收站均位于经济发达的东南沿海地区的港口附近 而同样为了 便于运输与周转 大型的粮食储备库也均建在交通运输便利的港口附近 例如 福建 LNG接收站紧邻中央储备粮莆田直属库 这位粮食储备库按照 温度对口 梯级利用 原则利用LNG冷能进行低温储粮提供了可能 粮食储备库利用LNG冷能进行低温储粮 主要有两种方式 即直接利用LNG冷能和利用LNG冷能空分装置副产的污氮气体 区 别于纯氮 含氧量在5 以下 LNG实现低温储粮 不仅可以降低低温储粮的能耗成 本 也为LNG冷能的利用提供了新的方法 轮胎 塑料以及其他的化学合成物在常温不易粉碎也不容易降解 回收起来相当 困难 但它们基本都具有低温冷脆性 当温度低到一定程度时 其强度大大降低 只 需很小的冲击力就能将其粉碎 利用LNG先冷却液体氮 再利用液氮冷冻废弃物 最 后将废弃物粉碎以达到回收的目的 天然气生产中通常要回收乙烷及乙烷以上的轻烃 除了使天然气达到商品外输要 求外 还可以追求最大的利润 而LNG冷能用于C2 分离切割和裂解制乙烯装置中的裂 解产物的深冷切割 这是LNG冷能利用的极佳途径 LNG冷能用于轻烃分离的产品主 要是乙烷 丙烷和少量的丁烷 可以进一步的切割 得到丙烷 LPG 丙烷和丁烷 天然汽油 C5 分别出售 提高天然气处理厂的经济效益 用于乙烯裂解气的分离 可以降低乙烯的生产成本 市场前景乐观 LNG冷能的梯级利用 上述提到 仅仅考虑LNG冷能的回收是不够的 还应考虑LNG冷能品味的利用 这样能量的利用率才有较大的提高 而对LNG冷能进行梯级利用是一个很好的途径 分离空气的温度范围是 150 190 而LNG的气化温度是 162 处于空分温 度的范围之间 二者相匹配 把空分作为LNG冷能梯级利用的第一级 能够充分利用 LNG的低温特性 LNG在第一级换热出来的温度大概在 100 左右 而CO2的液化温度 是 70 干冰的生成温度是 78 5 因此 制取液化CO2和干冰可以作为LNG冷能梯 级利用的第二级 此后 LNG温度与环境温度仍有很大的差距 而冷库的温度范围为 60 10 此温度范围正适合作为LNG冷能梯级利用的第三级 三级之后 LNG气 化的温度差不多就是供气的温度 经供气前处理后供给天然气用户 LNG经低温储罐 或管道出来后 经过三级冷能利用设备 温度不断的提高 同时各级换热温度匹配良 好 较为充分的利用了LNG的冷能 结束语 LNG冷能利用前景相当广阔 积极合理利用蕴藏的冷能具有重要的意义 提梯级利 用冷能是提高冷能利用率的有效途径 特别的是 LNG冷能的利用应向集成化 一体 化 高效化发展 达到能源