LNG在船舶燃料方面的运用与LNG的制冷与运输

1、LNG在船舶燃料方面的运用与LNG的冷能运用油气储运 11级 2 班周家奇摘要 现在的环境问题能源问题日益突出，有待我们进一步的研究新的燃料体 系和节能办法。对于繁忙的航运，船舶的燃料问题显得十分重要。 LNG 作为清 洁环保的新型燃料必定会取代柴油燃料。船舶发动机也会随之有一次新的革命。 地球的资源并非取之不尽，我们现在就应该节约现有资源。 LNG 气化过程的冷 能就是一项可利用率很高的能量，利用它来液化分离空气、轻烃的分离、C02 的液化回收等，即充分利用能量又可以创造财富还保护环境。关键词LNG；船舶燃料；LNG冷能；空气分离；轻烃分离；co液化2LNG航运运用航运背景介绍：随着人们环保

2、意识的提高和排放法规的日益严格，航运界 对环保型燃料的呼声也越来越高。2009年6月初，1MO海事安全委员会(MSC)通过 了 MSC 285(86)号决议，即“有关船上天然气燃料发动机装置安全性的临时指 南” ，撤销了天然气不得用作船用燃料的禁令。随着禁令的放开。液化天然(LNG )气在环保和经济方面的优势显现出来。 LNG的主要成分为甲烷CH4,无味、无色、无毒、无腐蚀性。与传统燃油相比，LNG 作为船用燃料，可使SO和NO排放降低约90%, CO排放降低20%25%。2010年的SMM展会上，一个突出的主题是LNG燃料。在该会上，三家著名船 级社(1】挪威船级社(DNV)必维国际检验集团

3、法国船级社(BU reauVeritas, 简称BV) (3)德国劳氏船级社(Germanischer Lloyd，简称GL)介绍了正在建造 的更大型深海远洋船项目。在此其中Bureau Veri tas在SMM的发言强调了天然气 作为船用燃料的诸多优点。除了环保方面的优势，天然气资源丰富，甲烷可通过 可再生资源获得，并且其价格也很有竞争力：要达到相同的能量，LNG的现货价 格仅为重油的一半。三大船社对将来LNG运用前景十分看好，现在着力于燃料发动机的改进和 LNG的船体罐装。其中，BV针对气体燃料发动机提出两套分类规定：NR481一采 用低压气体的双燃料发动机的设计和安装； NR529-气体

4、发动机在船安装的安全 规定。另外，BV还将于近期提出在船气体的负荷与储存的升级版规定。GL和 Wart sila开展合作。25 000dw t的油轮Bi t Viking号在挪威沿海航行，目前将被 改装成LNG动力船。该船将成为第一艘通过GL船级社认证的LNG动力船。BitViking-将安装Wartsila的双燃料发动机，并将于2011年5月进行试航。新型 设计的气体发动机能够大大减少CO和NO排放。xxLNG 是天然气中甲烷的低烃物质的液化体，对于天然气而言，在地球上的储 量是很多的。截至2007 年，中国石油资源探明率为38.5%，天然气资源探明率 仅为18.6%。石油与天然气产量的当量

5、比仅为 1：0.32。截至2007 年，中国天 然气探明储量已达 4.7万亿立方米，探明可采储量3.1万亿立方米。中国的天然 气资源是比较丰富的，最新的油气资源评价表明，全国天然气资源量为 47万亿 立方米，可探明的资源量为 22万亿立方米(按可探明率 46.8%计)。经评估，天 然气可采资源量为14万亿立方米(按可采率63.6%计) 。根据预测，从现在到2020 年中国可新增天然气可采储量3万亿立方米以上，到2020 年，中国累计天然气 探明可采储量可达6万亿立方米以上。天然气年产量将从目前的 700 亿立方米 增加到1200亿立方米-1500亿立方米。对于这么丰富的气藏，LNG作为航运的

6、燃料那是必然的趋势。LNG作为船运行业的燃料是世界发展的趋势，现在的中国正紧跟世界的步伐 积极的发展LNG船运行业。中兴恒和投资集团宣布推出船用发动机双燃料改造技 术；江苏宿迁地方海事局宣布其双燃料混合动力技术已应用于运河首艘柴油一 LNGI合动力船“苏宿货1260号”；湖北西蓝天然气公司又宣布其主导的我国 第一艘双燃料内河船试航成功20t0年年初以来，船机双燃料技术改造以及内 河航运使用液化天然气(LNG )的趋势日益显现。与此同时，船东对这种新技术、 新能源也表示了浓厚的兴趣。我国在大力发展内河航运，通过这些看到LNG是巨 大市场的公司的努力，目前船机使用LNG替代柴油作为燃料的比例可达5

7、0% -80 。LNG各方面的优秀特性必将会给海运行业带来一次改革，虽然现在LNG终端站 的建设还是一个初步阶段，投资比较高，但在将来的建设中必会得到改良。 LNG 会给航运带来燃料的改革。LNG的冷能运用LNG气化成常温气体供给用户的过程中会释放出大量的冷能。我国将在沿海地区 建成十几个LNG接收站，每年将进口上千万吨LNG，如果采用海水加热气化，势 必造成巨大的冷能浪费和严重的冷污染。如果将其部分冷能有效回收，用于发电、 空分、制造干冰、低温冷库、汽车冷藏、汽车空调等领域， 则可节省大量的电 力，同时还可降低环境的冷污染。在我国大力发展LNG冷量利用技术具有现实意 义。1 LNG冷能回收用

8、于空分1 1 基本原理空气的液化： 空气经外部冷源冷却， 或经空气液化循环冷却和液化， 由于空 气精馏的特殊性，空气液化循环要适应精馏的要求： (1)要求经压缩的空气经冷 却后能全部送入精馏设备， 以获得最多的分离产品量； (2)经节流阀节流后的 空气压力和经膨胀机膨胀后的压力要适合于精馏的压力(根据精馏的需要而确 定)； (3)液化循环的液化系数及制冷量要根据精馏的要求确定；(4)液化循环要 满足分离设备启动阶段和正常运转的要求。空气的二元精馏： 空气是多组分气体混合物，但氧和氮的摩尔分数超过 99 ，为使精馏分离简化， 常把空气当作二元混合物，这时的精馏称为二元精 馏。空气中氧的摩尔分数为

9、209，其余气体合并于氮中，氮的摩尔分数为 791，二元精馏是多元精馏的基础。二元精馏经过一定假设后使精馏中复杂 问题得到简化。由于只有二个组分，所以空气经分离后，在精馏设备项部分离得 低沸点组分的氮，而底部获得高沸点组分氧。进行简单的计算：假设要使用300万吨的LNG，通过HYSYS模拟计算可得到其液 体空分产品的生产能力分别为液氧15万吨(99. 8%02)、液氮60万吨(98. 5%N2)。 从模拟结果得到，LNG的冷能的经济效益还十分的可观。如果使用海水气化LNG 的话，那么会造成大量冷能的浪费，并且会对海洋生态系统造成巨大的破坏。通 过对LNG冷能的回收利用，做到一举两得。2 LNG

10、冷能用于轻烃分离进口液化天然气成分主要以甲烷为主，同时含摩尔分数5%10%左右的C2C3烃和极少量C4烃。随着我国大量进口LNG，应用LNG轻烃分离技术能够调整 热值，有利于统一国内各种气源的热值，建立统一的天然气质量标准。同时C2+ 轻烃是高附加值产品，可作多种用途。根据LNG组分的分析，可以从C2+提取出 大量的LPG一丙烷和丁烷，供应本地市场；另一方面C2+含有大量的C2、C3烷烃和 主要由C3、C4构成的凝析油，都是乙烯工业的极好原料。乙烯工业是石油化工业 的龙头，是衡量一个国家石化工业发展的重要标志。研究表明，LNG的冷能用于 C2+分离及裂解制乙烯装置中的裂解产物深冷分离，是LNG

11、冷量利用的最佳途径。由于我国目前尚未对管网天然气的热值、输送压力等制定统一的标准。针对 轻烃分离工艺技术方案的主要思路，可分别按高压输送和低压输送两种进行方案 设计。2. 1高压输送在美国，从LNG中分离出C2+轻烃已成为调节天然气热值使之符合美国国家燃气 标准的重要手段。近年来，在美国、日本等国家注册了许多LNG轻烃分离专利，这 可为我国从沿海引进的LNG湿气分离轻烃提供了技术指导。但现有的专利技术还 有很多不足：如美国专lJUS2952984，US3837172和US511445等，用这些专利分 离轻烃得到的甲烷均为气相，抽提塔的压力设定较低，较低的操作压力可改善分 离效力。 由于天然气均

12、采用高压运输管道输送，因此需要采用大排量的压缩机 来压缩天然气，使之达到管输压力的要求，因而能耗很高。2.2低压输送 低压输送天然气时，方案相对简单。设计时将分离塔顶的出口压力与输送压力 相匹配，这样由低压泵提压后的LNG直接进入脱甲烷塔分离出C2+后，从塔顶出来 的甲烷气体便可以直接外输，不需要再液化、加压、气化的过程。LNG冷能用于co液化回收2 天然气作为三大能源之一，并且它是高效率清洁能源它的运输使用就必然 值得深入研究。考虑到地理条件的原因，不宜用管道进行气态的远洋运输，一般 采用液化天然气(LNG)的形式来进行远洋贸易。这意味着LNG在用户使用前必须再 次气化，而由于液化天然气(L

13、NG)和大气环境之间存在极大的温差，LNG气化的过 程中有大量的冷量释放出来。据理论估算，释放的冷能约为850kJ/kg。如果回 收这部分的冷能用来发电，可获得240 kWh/ t的电力输出。因此充分利用LNG的 冷能越来越受到重视。采用HYSYS软件对LNG物理火用回收和CO2液化回收的流程流程进行模拟。为了简 化流程，假设系统稳定运行，LNG处在-162。C的饱和液体状态，其组分摩尔分数 为甲烷：0. 95，乙烷：0. 02，氮：0. 03，质量流量为1. 00kg/h。透平膨胀 机的绝热效率为90 ，泵的绝热效率为80 ，换热器中的压力损失为3 ，燃 气轮机在本文分析中考虑为纯氧燃烧，废气中水蒸汽和cO：的摩尔比为1: 2。对 于lkg/h的LNG气化量，计算出循环中泵Pl、P2的耗功分别为8. 05kJ / h和8. 61kJ /h，透平K1的出功为301. 4kJ / h，因此系统的比功为284. 74kJ / kg(LNG)，同 时回收CO：的流量为0. 273ks/h，则减排量相当可观。从以上的实验中可以得出，LNG冷能液化CO2有相当好的经济与环保价值。如 果单用电动压缩机对CO2进行加压液化，那么将花费大量