液化天然气冷能利用技术综述

液化天然气冷能利用技术综述

摘要：介绍液化天然气冷能利用的领域、方式和途径，对各种冷能利用技术的优缺点及技术成熟性进行了比较。由于我国能源消费结构、消费市场和工艺技术水平与发达国家相比存在较大差异，宜在市场配套较完善的地区，选择成熟度高的技术，建立示范项目，再逐步形成我国的液化天然气冷能利用的循环经济产业。

关键词：液化天然气冷能利用资源开发

引言：

近年来，加快天然气的应用已成为全球性趋势，预计到2015年天然气产量将超过原油，成为世界第一大能源。作为清洁能源，lng 是当今世界增长最快的能源。由于进口lng有助于能源消费国实现能源供应多元化、保障能源安全，而出口lng有助于天然气生产国有效开发天然气资源、增加外汇收入、促进国民经济发展，因而lng 贸易正成为全球能源市场的新热点。

为了便于大量储存和输运，天然气开采后通常要经过脱酸、脱水处理[1-3]，通过低温工艺将其液化转变为lng。常压下天然气的液化温度为-162℃，每生产一吨lng耗电约850kw·h/t。而在液化天然气接收站，一般需将lng通过气化器汽化复温后使用，汽化时要放出很大的冷能，约为830kj/kg（包括液态天然气的汽化潜热和气态天然气从储存温度复温到环境温度的显热）。因此在进口lng

的同时，也相当于进口了大量宝贵的lng冷量资源。例如，进口量为500万t/a的lng接收站，相当于同时进口了11.5亿kw·h、温

度为-162.0℃的高品质冷量。若lng拥有的冷能得到充分利用，则每吨lng可利用的冷能折合电量约为240kw·h。据此推算，1座300万t/a的lng接收站，每年可利用的冷能约为7.5亿kw·h，按照全国lng4200万的进口规模，每年可利用的冷能约为100亿kw·h。由此可见，可供利用的lng冷能是相当可观的，并且从能源品位来看，也具有较高的利用价值。回收这部分可用的冷能，不仅有效地利用了能源，而且减少了机械制冷大量的电能消耗，大大降低了运行成本，具有可观的经济效益和社会效益，符合当今社会低碳经济的发展模式。

1、lng 冷能利用方式

lng 冷能利用可分为直接和间接利用两种方式[4-13]。其中，直接利用包括冷能发电、深冷空气分离、冷冻仓库、制造液态 co2（干冰）、汽车冷藏、汽车空调、海水淡化、空调制冷以及低温养殖和栽培等；间接利用包括低温粉碎、水和污染物处理等。

lng冷能在空气分离、深冷粉碎、冷能发电和深度冷冻等方面已经达到实用化程度，经济效益和社会效益非常明显；小型冷能发电在日本lng接收站也有运行，可供应lng接收站部分用电需求；海水淡化等项目尚需要对技术进行进一步的开发和集成。基于种种条件的限制，lng冷能不可能全部转化利用，目前世界lng冷能平均利用率约20%。

由于我国进口lng处于起步阶段，国内冷能项目的建设要本着实事求是的原则进行合理规划。根据世界lng冷能利用的经验，我

国lng冷能利用可以通过以下两个主要途径进行。

第一，建设大型空分装置，生产商品液氧、液氮和液氩。部分液氮作为生产冷冻粉碎胶粉和液体二氧化碳等项目的冷媒，气化后的氮气作为合成氨原料；氧气作为大型煤气化装置的原料，生产的合成气经精制后进一步延伸加工，作为合成氨的原料和igcc的燃料，合成气精制过程中副产的高纯度二氧化碳作为液体二氧化碳的原料。

第二，lng 与绿色制冷剂换热，绿色制冷剂进一步作为冷藏库和合成气精制过程的冷媒。

总之，在lng冷能利用过程中要贯彻循环经济的理念，积极探索我国lng冷能利用技术，实现lng冷能的安全利用，形成生态工业网络。

2、lng 冷能利用技术进展

2.1 lng 冷能空分技术

空分技术经过100多年的不断发展，现在已步入大型、全低压流程的阶段，工艺流程由空气压缩、空气预冷、空气净化、空气分离、产品输送等操作单元组成。空分设备能耗较高，能源消耗占空分产品成本的70%～80%。例如，一套72000m3/h空分设备的主空压机电机容量达31000kw，相当于一个小城镇的民用电量。因此，如何降低单位制氧耗电一直是空分行业关注的主要问题。

利用 lng 高品质的低温冷能是有效降低空分单位制氧耗电的途径之一。

在常规空分装置中的主冷却器、废氮循环冷却器、后冷却器以及空压机中间冷却器等换热装置中引入lng冷能，降低单位能耗，同时减少了空气压缩中间冷却的用水环节，可以提高空分产的产量和质量。

总之，lng 冷能用于生产液体空分产品不仅可以充分利用lng 高压气化过程的能谱特点，按能量品质合理地分配利用冷能，而且工艺技术成熟可行，节能节水效果显著有利于空分系统液化率的提高，缩短装置启动时间，能够生产更多的液态产品，适用于生产液体产品较多的场合。

2.2 igcc

整体煤气化联合循环发电（integrated gasifica-tion combined cycle，简称igcc）技术是以煤气化为上游，结合高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术。在lng冷能利用产业链上，igcc属于利用空分产品的下游装置。igcc煤气化部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置）；燃气-蒸汽联合循环发电部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。

igcc的工艺流程简述如下：原料煤在气化装置中转变为中低热值煤气，在净化装置中除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。

2.3 冷冻再生精细胶粉

胶粉的制造技术从总体上可以分为常温粉碎和冷冻粉碎两大类。其中，冷冻粉碎是伴随着低温工艺的问世而逐渐被人们认识、发现并发展的。冷冻粉碎一般采用制冷剂制冷，可以作为制冷剂的物质有液氧、液氢、液氦、液体甲烷、液体二氧化碳、干冰、液氮等。考虑到各种限制因素，一般采用液体二氧化碳、干冰和液氮。

1927年，美国一家公司提出了干冰为制冷剂粉碎橡胶、糊状物和黏性物的方法，其做法是将被粉物料与干冰混合在一起投入球磨机或削磨机进行粉碎。1964年，日本出现了用液体二氧化碳进行粉碎的方法，使用冲击式粉碎机粉碎低压聚乙烯。干冰的升华点为- 75℃，因此二氧化碳不论是液态还是干冰，制冷效果都不理想。

由于设备、冷冻介质及技术、工艺组合等的不同，造成胶粉制造中胶粉的质量、产量、生产效率的不同。

2.4 冷冻结晶海水淡化

按分离过程分类，海水淡化工艺技术方法主要有蒸馏法、膜法（反渗透、电渗析）、结晶法、溶剂萃取法和离子交换法等。

冷冻结晶海水淡化方法自1944年提出以来，由于方法本身的若干特点，引起了人们的重视，并且得到了发展。目前世界上已有不少国家建立了冷冻法海水淡化中、小型试验工厂。

冷冻法工艺主要包括冰晶的形成、洗涤、分离、融化等，工艺流程主要由下列工序组成：用天然或人工的冷冻方法使海水凝结成冰，盐分被排除在冰晶以外，把浓度较高的海水分离出去，将冰