液化天然气(LNG)冷能回收及其利用

1、液化天然气 (LNG 冷能回收及其利用 D 王 强 厉彦忠 张朝昌(西安交通大学制冷低温研究所 西安 710049摘 要 LNG 存储在 110K 的低温下 蕴藏着大量的冷能 O 将 LNG 冷能回收可 用于空分 发电 制造干冰 低温冷库以及汽车冷藏 汽车空调等领域 O 这不仅有 效回收 利用了能源 而且减少了机械制冷造成的大量电能消耗 具有可观的经济 效益和社会效益 O主题词 LNG 冷能回收及利用全球性石油资源的紧缺以及不断加剧的环境污染 使得污染小 燃烧性能好 储量丰富的天 然气的应用越来越广泛 O 为了便于天然气的储藏运输 通常在低温下 (110K 以下 将天然气液化 成液态 (LNG

2、 因而 在 LNG 汽化成常温气体供给用户的过程中将释放出大量的冷能 O 如果能 将该冷能进行有效地回收利用 如用于空分 发电 制造干冰 低温冷库 汽车冷藏 汽车空调 等领域 则可以节省大量的电能 O LNG 工业近几年的迅速发展 (世界 LNG 的生产应用以年均 20%的 速度增长 年运输与贸易额达 6000多万吨 占到了总贸易额的 24%预计 2010年 LNG 年产 量将达到 2400亿立方米 为 LNG 冷能的回收利用奠定了良好的基础 O1LNG 冷能分析LNG 冷能主要是利用 LNG 与周围环境 (如空气 海水 的温差以及压力差 在趋于平衡态 过程中进行回收的 O 详细地分析 LNG

3、 蕴藏的冷能 对提高 LNG 冷能回收率以及合理利用 LNG 冷 能 具有非常重要的意义 O 火 用 分析法不但能从能量的数量上反映能量种类的转换 更重要的是能从 质上清楚地揭示内部不可逆性造成的能量品质的贬值情况 以及造成热力学损失的原因和部位 O 由卡诺循环可知 , 在热源 T 1 冷源 T2之间进行的一切热力循环 冷源从热源吸收热量 g 后 其可能得到的最大循环净功 即最大可用能为W max =g(12T 1=g T 2As其整个变温过程中的能量分析如图 1所示 O工质在吸热的过程中 温度升高 由状态 1变化到状态 2 对每个微小的吸热过程来D 教育部高等学校骨干教师基金资助 ; 西安交

4、通大学博士基金资助 O 王强 (1971 男 博士研究生 O本文于 2002年 5月 25日收到 OT 对整个过程 1-2积分 则最大可用能 W max 为W max = 6W max = 21(1-0TD 6g 若 LNG 从初态 (T D 经一系列的可逆过程 最终达到与环境的平衡态 (T 0 0D由系统稳定流动能量方程 6g =dh 6W max 可得 , 6W max =6g -dh =T 0d -dh 此时 LNG 完成的最大有用功 即系统工质的 火 用 ex 为=(h -h 0D T 0( 0- D =6 (T -T 0D T 0T 0T T -T 0R 0可以看出 LNG 的冷量

5、火 用 包括温度 火 用 和压力 火 用 两部分 其中温度 火 用 为 ex T =6 (T -T 0D 6 T 0T 0T T =6 (T -T 0D 6 T 0In 0T 压力 火 用 为 ex =-T 0R 0=T 0RIn 0天然气在液化前要进行纯化处理 分离凝析油 重烃 并去除 2 2 2S 以及有机碳化 物等杂质 因而 LNG 的主要成分是甲烷 LNG 从 110K 的低温汽化成常温气体时 吸收 (860883D kJ /kg 的热量 如果再进行一定的加压处理 依据以上 LNG 冷量 火 用 的分析 对于大型的 LNG 接受站来说 其蕴含的冷能是相当大的 行要能种 ,方境温度 9比

6、热大 9使用安全 0通常选丙烷 乙烯等烃类化合物或者 02等氟里昂类工质以及轻烃 与氟里昂的混合物 0为了提高 LNG 冷能的回收效率 9二次冷媒动力循环系统中通常采用回热或再 热循环 9这种回收方式的冷能回收率通常保持在 0%左右 02. 2LNG 冷能回收在空分中的应用通常的低温环境都是由电力驱动的机械制冷产生的 9由制冷原理可知 9随着温度的降低其消 耗的电能将急剧增加 0在一定的低温蒸发范围内 9蒸发温度降低 1K 9能耗要增加 10%0利用回 收的 LNG 冷能和两级压缩式制冷机冷却空气制取液氮 液氧 9制冷机很容易实现小型化 9电能消 耗也可减少 0%原来生产 1m 3的液氧电耗为

7、 1. 2kwh 9采用 LNG 冷量回收的方法可使电耗减 小 0. kwh 9水耗减少 30%9这样就会大大降低液氮 液氧的生产成本 9具有可观的经济效益 0低成本制造的液氮可以使 LNG 应用的温度领域扩展到更低的温度带 19 9如用于真空冷 阱 生产半导体器件 食品速冻 低温破碎回收物料以及金属热处理等 0利用制取的液氧还可以 得到高纯度的臭氧 9在污水处理方面用途很大 0此外 9LNG 作为空气分离装置的预冷剂 9在生产液氩的空分装置中 9利用其冷能冷却和液化 由下塔抽出经过复热的循环氮 9可以省去氟里昂制冷机以及氮透平膨胀机组 9使产品能耗平均降 低 0. wh /Nm 39装置的投

8、资费用也可减少 10%左右 9生产成本降低 20%30%02. 3LNG 冷能回收在冷冻 冷藏中的应用LNG 基地一般都设在港口附近 9一则方便船运 9二则通常的汽化都是靠与海水的热交换实现 的 0而大型的冷库基本设在港口附近 9这样方便远洋捕获的的鱼类的冷冻加工 0回收 LNG 的冷能 供给冷库是一种非常好的冷能利用方式 0将 LNG 与冷媒 如 12 在低温换热器中进行热交换 9冷却后的冷媒经管道进入冷冻 冷藏库 9通过冷却盘管释放冷量实现对物品的冷冻冷藏 0这种冷 库不仅不用制冷机 9节约了大量的初投资和运行费用 9还可以节约 1/3以上的电力 0日本神奈川 县根岸基地的金枪鱼超低温冷库

9、 9自 197 年开始营业至今效果良好 0为有效地利用天然气冷能 9可将食品冻结及加工装置 冷冻库 冷藏库及预冷装置等按不同的温度带连成一串 9使冷媒 管 路系统化 0通常 9管路行程用串联的方式 0这种方式是按液化天然气的不同温度带 9用不同的冷 媒进行热交换后分别送入低温冻结库或低温冻结装置 0冷冻库 3 冷藏库 0以 下 以及果蔬预冷库 0 109其流程图如图 3所示 0这样可以使 LNG 的冷量几乎无浪费的 得以利用 9其冷能的利用效率将大大提高 9整个成本较之机械制冷会下降 37. % 2-5I 冷能回收在汽车空调和汽车冷藏车中的应用随着液化天然气 (I D 汽车的不断发展 9I 用

10、作汽车清洁燃料的同时 9可以将其冷量回 收用于汽车空调或汽车冷藏车 O 这样就无需给汽车单独配备机械式制冷机组 9既节省了投资 9又 消除了机械制冷带来的噪声污染 9具有节能和环保的双重意义 9是一种真正意义上的 6绿色 汽 车 9尤其适用于设在城市中心地带的商业步行街或其他有噪声污染限制的地区 O 图 4为 I 冷能 回收在汽车冷藏车中的应用示意图O的多 储开汽冷按A NEW AIR CONDITIONING SYSTEM OF A CARSINGLE -EFFECT LITHIUMBROMIDEABSORPTION HOT -COLD WATER UNITXiao Youming 1 Su

11、n eng1 Zhu ongmei1 Xu lie 1 Liu Zhenguan 2(1 Institute of Refrigeration and Cryogenic Engineering Shanghai iaotong Universtiy 200030(2 College of Petrochemical Technology Gansu Univ . of Techn Lanzhou 730050ABSTRACT In order to reduce the consumption of oil and improve the motivity of the car , the

12、method of the thermodynamics and the heat transfer is used , and the analysis and the comfoarison of the present car air conditioning system With that of single -effect lithiumbromide absorption hot -cold unit Were made . It is shoWn that it is possible to use single -effect lithiumbromide absorptio

13、n hot -cold Water unit driven by high temperature cooling fluid of the car engine to replace the present car air conditioning system . A Work principle of single -effect lithiumbromide absorption hot -cold Water unit applied in the car air conditioning system is introduced .KEYWORDS single -effect l

14、ithiumbromide absorption hot -cold Water unit , car air conditioning ; exhausted heat utilization , car engine(上接第 31页 RECO ERY AND UTILIZATION OF LNG(LIOUEFIED NATURAL GAS COLD ENERGYWang Giang Li Yanzhong Zhang Chaochang(Institute of Refrigeration and Cryogenics Engineering , Xi /an iaotong University , Xi /an 710049ABSTRACT LNG (Liguefied Natural Gas has plenty of cold energy When stored at loW temperature (110K . The energy Will be used efficiently if the cold energy is recovered and utilized in such areas as air separating , poWer generating , making of