宋恬

（中國(guó)石化銷(xiāo)售有限公司四川成都石油分公司 四川成都）

LNG產(chǎn)業(yè)鏈中一種被忽略的龐大能源-冷能-LNG冷能多項(xiàng)利用技術(shù)

宋恬

（中國(guó)石化銷(xiāo)售有限公司四川成都石油分公司 四川成都）

液化天然氣（LNG）冷能的綜合利用將使天然氣在液化過(guò)程中消耗的能量在氣化過(guò)程中得到部分的回收，節(jié)約能源效果顯著，是典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。本文對(duì)冷能空分利用技術(shù)、冷能發(fā)電技術(shù)、冷能冷凍冷藏技術(shù)、冷能制取二氧化碳和干冰技術(shù)、低溫粉碎技術(shù)、輕烴分離技術(shù)等進(jìn)行了深入分析。

LNG；冷能；空分；發(fā)電；冷凍冷藏；二氧化碳；低溫粉碎；輕烴分離

天然氣以其儲(chǔ)量豐富、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等特性成為繼石油之后各國(guó)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的化石燃料，世界各國(guó)都在大力發(fā)展天然氣，其中LNG（液化天然氣）的發(fā)展和利用速度及規(guī)模尤為迅速和日益擴(kuò)大。目前我國(guó)沿海已經(jīng)將建成8個(gè)接收站，未來(lái)10年內(nèi)還會(huì)陸續(xù)有LNG接收站投產(chǎn)，屆時(shí)每年將有數(shù)千萬(wàn)噸LNG到岸。

LNG氣化過(guò)程中將釋放大量冷能，約為830～860kJ/kg，如按年進(jìn)口LNG500萬(wàn)t考慮，相當(dāng)于進(jìn)口4150～4300TJ/a的冷量。如均采用海水加熱氣化，這將造成巨大冷能資源的浪費(fèi)和環(huán)境的冷污染影響周?chē)Ｓ蚣暗貐^(qū)的生態(tài)環(huán)境。液化天然氣（LNG）冷能的綜合利用將使天然氣在液化過(guò)程中消耗的能量在氣化過(guò)程中得到部分的回收，節(jié)約能源效果顯著，是典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。

1 LNG冷能利用技術(shù)

1.1 冷能空分利用技術(shù)

空分裝置利用LNG冷能的流程可以有多種方式。其特點(diǎn)是：由于LNG的可燃性，故可用氮?dú)庾鳛榕c它換熱的工質(zhì)，利用液化天然氣的冷能來(lái)冷卻和液化，經(jīng)由下塔抽出復(fù)熱的循環(huán)氮。這種方式，可省去空氣、氮?dú)鈨煞N透平膨脹機(jī)氟利昂制冷機(jī)組，循環(huán)氮?dú)饬考s為同等容量的低壓帶中壓制冷循環(huán)系統(tǒng)空分裝置的1/5，循環(huán)氣的壓力為1960kPa，制取液氧的能耗較通常液態(tài)產(chǎn)品的裝置可降低一半，僅2500kJ/m3。與普通空分裝置相比，該方法可節(jié)省50%以上，并且將LNG冷能用于空分可簡(jiǎn)化空分流程，減少了設(shè)備建設(shè)費(fèi)用。同時(shí)，LNG氣化的費(fèi)用也可降低。根據(jù)LNG冷能有效能原理分析，溫度有效能是在越遠(yuǎn)離環(huán)境溫度時(shí)越大，因此應(yīng)在盡可能低的溫度下利用LNG冷能。否則，在接近環(huán)境溫度的范圍內(nèi)利用LNG冷能，大量寶貴的溫度有效能就會(huì)損失掉。從這個(gè)角度來(lái)看，由于空分裝置中所能達(dá)到的溫度比LNG溫度還低，因此LNG的冷能得到了最佳的利用。

與傳統(tǒng)的空分流程相比，引入LNG冷能的空分流程具有以下特點(diǎn)：

（1）取消了氮?dú)馔庋h(huán)系統(tǒng)，在設(shè)備上省去了氮透平膨脹機(jī)和增壓壓縮機(jī)，使流程更加簡(jiǎn)單；

（2）用LNG換熱器代替了傳統(tǒng)流程中的氟里昂制冷機(jī)組，有效回收了冷量，同時(shí)節(jié)約了能源；

（3）冷能的引入，降低了氮?dú)獾念A(yù)冷溫度，從而降低了系統(tǒng)的最高運(yùn)行壓力，使安全得到保證；

（4）提高循環(huán)氮?dú)膺M(jìn)壓縮機(jī)的溫度，避免了低溫壓縮的困難；

（5）將LNG冷能利用于空分工藝的主冷卻器、廢氮循化系統(tǒng)、后冷卻器以及空壓機(jī)中間冷卻器等環(huán)節(jié)，從而降低生產(chǎn)的單位能耗；

（6）縮短了裝置啟動(dòng)時(shí)間。

1.2 冷能發(fā)電技術(shù)

在目前回收LNG冷能的諸多方法當(dāng)中，利用LNG冷能發(fā)電是應(yīng)用較多，技術(shù)較為成熟的方法。用LNG冷能發(fā)電主要是利用LNG的低溫冷量使工質(zhì)液化，而后工質(zhì)經(jīng)加熱汽化再在氣輪機(jī)中膨脹做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

LNG的冷能發(fā)電是一項(xiàng)新的無(wú)污染發(fā)電方式，但對(duì)冷能的回收效率是非常低的。在發(fā)電裝置中利用LNG冷能雖然是最可能大規(guī)模實(shí)現(xiàn)的方式，卻不是利用LNG冷能最科學(xué)的方式。根據(jù)日本已建成的低溫發(fā)電設(shè)備評(píng)估，該系統(tǒng)的發(fā)電容量造價(jià)高達(dá)6～10萬(wàn)元RMB/kW，因此經(jīng)濟(jì)上不具有競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于規(guī)模在350×104t左右LNG的接收站，假設(shè)全部冷能都用于發(fā)電，如果按照50kWh/t·LNG的發(fā)電效率，年利用小時(shí)為8000，則裝機(jī)容量應(yīng)為21.875MW，而投資將高達(dá)13～21億元人民幣。目前利用LNG冷能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性仍未達(dá)到我們能接受的水平。

1.3 冷凍冷藏技術(shù)

LNG站和大型冷庫(kù)基本都設(shè)在港口附近，所以回收LNG冷能供給冷庫(kù)是很方便的冷能利用方式。采用LNG的冷能作為冷庫(kù)的冷源，將載冷劑冷卻到一定溫度后，經(jīng)管道進(jìn)入冷庫(kù)、冷藏庫(kù)，通過(guò)冷卻盤(pán)管釋放冷能實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的冷凍冷藏。另外，還可按LNG不同溫度梯級(jí)，用不同的冷媒進(jìn)行熱交換后分別送入低溫凍結(jié)庫(kù)或低溫凍結(jié)裝置，這樣，其冷能的利用效率大大提高，整個(gè)系統(tǒng)的成本較機(jī)械制冷下降37.5%。

雖然冷庫(kù)使LNG的冷能幾乎無(wú)浪費(fèi)的得以利用，且不用制冷機(jī)，節(jié)約了大量的投資和運(yùn)行費(fèi)用，還可以節(jié)約1/3以上的電力。但一般的冷庫(kù)只需維持在-50～-65℃即可，而將-160℃左右的冷能全部用于冷庫(kù)是不必要的。

利用LNG冷能建設(shè)食品冷凍/保鮮有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）建設(shè)費(fèi)用的大幅削減；

（2）有效利用占地面積；

（3）所消耗電力約1/3；

（4）噪音、振動(dòng)少；

（5）冷庫(kù)內(nèi)的溫度回升快；

（6）故障少、易維修；

1.4 制取液態(tài)二氧化碳和干冰技術(shù)

二氧化碳的液化可通過(guò)兩種方法：第一種是傳統(tǒng)工藝，將二氧化碳?jí)嚎s至2.5～3.0MPa，再利用制冷設(shè)備冷卻和液化；第二種是利用LNG冷能的低溫液化工藝。通過(guò)第二種方法，容易獲得冷卻和液化二氧化碳所需要的低溫，從而將液化裝置的工作壓力降至0.9MPa左右。使用一種冷卻介質(zhì)、通過(guò)二氧化碳?xì)怏w與LNG冷能的熱交換實(shí)現(xiàn)液化。使用這種工藝來(lái)液化二氧化碳所需耗費(fèi)的電力只有傳統(tǒng)方法的一半左右，因此在節(jié)能方面表現(xiàn)極為優(yōu)異。但需指出，二氧化碳的液化溫度為-70℃，若直接采用-160℃的LNG換冷，則不符合相同品位利用的原則。

總的來(lái)說(shuō)，以CO2為原料，利用回收LNG的冷能制造液態(tài)CO2或干冰，不但電耗?。?.2kWh/m3），而且生產(chǎn)的產(chǎn)品的純度高（可達(dá)99.99%）。和傳統(tǒng)方法比，可節(jié)約50%以上的電耗和10%的建設(shè)費(fèi)。

1.5 低溫粉碎技術(shù)

利用LNG冷能可以進(jìn)行低溫物料粉碎。該技術(shù)可粉碎常溫?zé)o法粉碎的物質(zhì)，得到比常溫粉碎更細(xì)微的粉末。與常溫粉碎相比，它能把物質(zhì)粉碎成極小的微粒，這些微?？梢员环蛛x。這種方法不存在微粒爆炸和氣味污染，通過(guò)選擇不同的低溫可以有選擇性地粉碎具有復(fù)雜成分的混合物。因此，這種方法在資源回收、物資分離、精細(xì)破碎等方面有著極好的前景。

我國(guó)是一個(gè)生膠資源相對(duì)短缺的國(guó)家，幾乎每年生膠消耗量的45%左右需要進(jìn)口，尋找橡膠原料來(lái)源及其代用材料是十分迫切的任務(wù)。因此，采取LNG冷能深冷粉碎橡膠，對(duì)充分利用再生資源、擺脫自然資源匱乏、減少環(huán)境污染具有重要意義。首先需要將橡膠從常溫冷卻到-90℃，冷能約需要425kJ/kg；在-90℃時(shí)橡膠粉碎需要的冷量為250kJ/kg。根據(jù)目前世界橡膠冷凍粉碎技術(shù)，每粉碎1t膠粉，需要消耗冷量423.5MJ。廢舊輪胎深冷粉碎技術(shù)需要將廢橡膠冷凍到-80℃左右的低溫，將LNG冷能利用與廢舊橡膠輪胎低溫粉碎技術(shù)相結(jié)合，可以為精細(xì)膠粉的粉碎裝置提供冷量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1.6 輕烴分離技術(shù)

利用LNG的冷量能夠以較低的成本將濕天然氣（即含C2+較多，體積百分比在10%左右或以上）中的輕烴資源分離出來(lái)。由于LNG中不同程度的含有C2+以上的組分，從LNG中回收乙烷等重組分用于乙烯工程，不僅可以改進(jìn)我國(guó)乙烯原料構(gòu)成，降低能耗和生產(chǎn)成本，同時(shí)也可以緩解我國(guó)石油資源的短缺，因而具有顯著的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 結(jié)論

冷能利用產(chǎn)業(yè)大多屬于朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，且具有其它制冷方式所不能擁有的優(yōu)越性。產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)，可以增加稅收和帶動(dòng)就業(yè)。因此，對(duì)LNG的冷能利用一定要有良好的定位：以大型煉油、石化、海運(yùn)、裝備等為重點(diǎn)的重化工業(yè)基地和新興港口經(jīng)濟(jì)區(qū)的重大機(jī)遇；以LNG產(chǎn)業(yè)鏈與地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃同步發(fā)展為指導(dǎo)，以提高能源的利用效率為核心，實(shí)現(xiàn)資源與環(huán)境相結(jié)合的優(yōu)化利用，形成冷能有效利用的產(chǎn)業(yè)鏈，提高產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。爭(zhēng)取能夠在國(guó)內(nèi)建立首個(gè)LNG冷能綜合利用示范工程，推進(jìn)社會(huì)的共同進(jìn)步與可持續(xù)發(fā)展。

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TB657.1

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1004-7344（2016）03-0310-02

2016-1-11

宋恬（1989-），女，四川遂寧人，研究方向?yàn)橛蛶?kù)建設(shè)與管理。