張 雷

（中海浙江寧波液化天然氣有限公司，浙江寧波 315800）

LNG冷能依靠LNG與周圍環(huán)境（如空氣、海水）存在的溫度和壓力差，將高壓低溫的LNG變?yōu)槌撼氐奶烊粴?，回收?chǔ)存在LNG中的能量，在LNG氣化轉(zhuǎn)化為常溫氣態(tài)的過(guò)程中，可以釋放最多約860MJ/t的冷能。對(duì)LNG冷能進(jìn)行充分合理回收利用，可以極大地提高接收站能源利用效率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 冷能利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 冷能空分

空分技術(shù)現(xiàn)已進(jìn)入大型全低壓流程的階段，能耗不斷降低。采用低溫精餾法空氣液化或精餾的溫度均低于-153℃，普通低溫精餾空分技術(shù)耗能高，將LNG的再氣化過(guò)程與空氣分離過(guò)程相融合。利用LNG的冷能可以減少空氣分離技術(shù)中，用于維持低溫環(huán)境和生產(chǎn)液體產(chǎn)品需要的大量冷能，簡(jiǎn)化空氣分離的流程，減少建設(shè)的費(fèi)用，縮短空分設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間，提高空分的生產(chǎn)效率。經(jīng)空氣分離裝置換冷后，LNG的溫度約-100℃，仍含有高品質(zhì)的冷量，應(yīng)考慮繼續(xù)利用剩余的冷能。

1.2 冷能發(fā)電

冷能發(fā)電是與LNG汽化器集合在一起的發(fā)電系統(tǒng)。在降低LNG接收站的運(yùn)行成本、減少二氧化碳排放、冷能發(fā)電中具有獨(dú)特的亮點(diǎn)。冷能發(fā)電可以分為四大類，分別為直接膨脹法、蒸汽動(dòng)力循環(huán)、燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)、聯(lián)合法。冷能發(fā)電相關(guān)設(shè)備價(jià)格較高，工程造價(jià)昂貴，國(guó)產(chǎn)化率低，LNG用量大，對(duì)接收站的外輸量和外輸負(fù)荷波動(dòng)具有較高要求。

1.3 燃?xì)廨啓C(jī)冷能利用

燃?xì)怆姀S利用LNG冷能的方式主要有兩種，將LNG用于燃?xì)廨啓C(jī)入口空氣的冷卻和蒸汽輪機(jī)排汽的冷卻，提高機(jī)組出力和效率。汽機(jī)排汽冷卻方案是將加熱的LNG獲得的冷海水摻入電廠循環(huán)水，降低電廠循環(huán)水的溫度，獲得額外的汽機(jī)出力。

該方法適合在常年高溫、干燥的地區(qū)使用，可以將進(jìn)口空氣從30℃冷卻至5℃，增加電廠出力約15%。大型燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)LNG冷能的利用適用于炎熱干燥地區(qū)帶基本負(fù)荷的運(yùn)行電廠。但在我國(guó)的北方地區(qū)，該方法提高機(jī)組出力的效果十分有限。

1.4 低溫粉碎廢舊橡膠

橡膠在冷卻至-180℃時(shí)脆化、易粉碎。利用LNG冷能將冷能空分生產(chǎn)的-196℃液氮用于廢舊橡膠的粉碎，得到比常溫粉碎更細(xì)微的粉末，該過(guò)程不存在微粒爆炸和氣味污染問(wèn)題，能耗更低。

1.5 冷凍冷藏

將LNG的冷能作為冷凍冷庫(kù)的冷源，利用載冷劑冷卻至一定溫度，通過(guò)管道進(jìn)入冷庫(kù)、冷藏庫(kù)，利用冷卻盤(pán)管釋放冷能，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的冷凍冷藏。冷庫(kù)使用可以減少LNG的冷能浪費(fèi)，節(jié)約大量的投資和使用費(fèi)用，節(jié)省1/3以上的電耗。一般冷庫(kù)只需要保持溫度為-50～-65℃，不必將約-160℃的冷能都用在冷庫(kù)。

1.6 液態(tài)二氧化碳和干冰的制取

使用LNG冷能制取液體二氧化碳和干冰時(shí)，液化二氧化碳需要的溫度（-60～-50℃）與LNG冷能品位相差過(guò)大，僅適合與其他回收利用項(xiàng)目聯(lián)合使用。

1.7 制造冰雪世界

冷能制造冰雪世界在技術(shù)上可行，但需要綜合考量其經(jīng)濟(jì)性。制造冰雪需要的溫度約-70～-10℃。直接將-162℃的高品質(zhì)的LNG冷能全部用于制造冰雪是深冷能量的降質(zhì)利用，利用效率不高。

1.8 輕烴分離

LNG中含有C2以上組分，利用LNG的冷量能夠以較低的成本將天然氣中的輕烴資源分離出來(lái)。進(jìn)口LNG中所含的C2以上組分的比例具有回收價(jià)值，且LNG組分波動(dòng)不大。輕烴分離裝置能夠獲得穩(wěn)定的進(jìn)料量，維持較高的運(yùn)行負(fù)荷。

1.9 海水淡化

海水淡化技術(shù)主要有膜法、蒸餾法、冷凍法，方法的耗能決定其成本。LNG冷能海水淡化采用冷凍法的技術(shù)路線，利用LNG再氣化過(guò)程釋放的冷能替代傳統(tǒng)的制冷機(jī)，在沒(méi)有其他能耗的基礎(chǔ)上，額外提供低品位冷量用于預(yù)冷和控溫。理論測(cè)算每噸LNG能夠產(chǎn)出超過(guò)2t的淡水。

1.10 污水處理

污染物在冷凍過(guò)程中會(huì)被排斥到冰下水體中，對(duì)水體中的污染物起到一定濃縮作用，將LNG冷能用于污水處理，有利于降低電耗和處理成本。

2 冷能利用新技術(shù)和新理念

2.1 接收站、衛(wèi)星站、加注站（罐箱點(diǎn)）和冷鏈物流融合

從接收站、衛(wèi)星站、加注站全產(chǎn)業(yè)鏈角度考慮冷能資源利用，結(jié)合國(guó)內(nèi)火熱的冷鏈物流體系，從原來(lái)由單點(diǎn)接收站冷能的利用擴(kuò)展到和衛(wèi)星站、加注站形成冷能供應(yīng)線，形成網(wǎng)絡(luò)。

2.2 衛(wèi)星站、加注站內(nèi)橇裝冷能發(fā)電或制冰

橇裝化冷能利用設(shè)施具有移動(dòng)方便、建設(shè)周期短等優(yōu)勢(shì)，更適用于衛(wèi)星站、加注站小型化利用冷能。

2.3 LNG冷能用于乙烯工業(yè)中的深冷分離

乙烯生產(chǎn)工藝流程需要深冷分離工段，需要約-100℃的低溫。將LNG冷能作為深冷分離冷源特別是作為深冷段的冷劑，可以節(jié)省制冷設(shè)備投資，降低乙烯生產(chǎn)成本。

2.4 LNG冷能用于天然氣制氫后的氫氣液化

利用LNG冷能預(yù)冷氫氣，制液化氫氣，在天然氣制氫過(guò)程中會(huì)副產(chǎn)熱量（蒸汽），最終形成氣、氫、熱、冷聯(lián)供的能源系統(tǒng)。

3 LNG冷能利用項(xiàng)目規(guī)劃建議

3.1 冷能空分+冰雪大世界/低溫冷庫(kù)/干冰制造

冷能空分項(xiàng)目主要利用LNG低溫段冷能，經(jīng)空氣分離裝置換冷后的LNG溫度約-100℃，仍具有大量可利用的高品質(zhì)冷量。

冰雪制造需要的溫度約-70～-10℃，低溫冷庫(kù)的運(yùn)行維持溫度為-50～-65℃，干冰制造的溫度需求為-60～-50℃，將冷能空分項(xiàng)目與上述三種利用方式結(jié)合，是充分利用LNG冷能的理想方式。

冷能空分與冰雪大世界/低溫冷庫(kù)/干冰制造方案工藝流程如圖1～圖3所示。

圖1 冷能空分+冰雪大世界方案工藝流程

圖2 冷能空分+集中式冷庫(kù)方案工藝流程

圖3 冷能空分+干冰制造方案工藝流程

3.2 丁基橡膠項(xiàng)目

丁基橡膠的生產(chǎn)基本采用淤漿聚合工藝，嚴(yán)格控制聚合溫度為-102～-95℃，屬于典型的低溫反應(yīng)。在丁基橡膠生產(chǎn)工藝中利用LNG冷能，替換現(xiàn)有丙烯乙烯工藝制冷系統(tǒng)負(fù)荷，可以降低工藝中壓縮機(jī)制冷負(fù)荷的能耗，降低約87%。

LNG冷能丁基橡膠方案工藝流程如圖4所示。

圖4 LNG冷能丁基橡膠方案工藝流程

3.3 冷能發(fā)電

冷能發(fā)電技術(shù)是一種能夠就地消化且受外部條件限制較小的冷能利用形式，可以將LNG氣化過(guò)程中蘊(yùn)含的約10%～20%的冷能轉(zhuǎn)化為電能，冷能與電能的供需匹配度較高。冷能發(fā)電技術(shù)中，單工質(zhì)朗肯循環(huán)法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)成熟度最高，不損失LNG壓力，可以與接收站項(xiàng)目匹配。

3.4 數(shù)據(jù)中心

作為信息資源集散的數(shù)據(jù)中心正在發(fā)展成一個(gè)具有戰(zhàn)略意義的新興產(chǎn)業(yè)。制冷系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的耗能大戶，數(shù)據(jù)中心能耗的30%～45%被制冷系統(tǒng)使用。以LNG的冷能作為數(shù)據(jù)中心的冷源，替代現(xiàn)有制冷系統(tǒng)，將大幅度降低數(shù)據(jù)中心電耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)據(jù)中心的安全、可靠性要求較高，采用中間介質(zhì)作為冷媒、完成冷能傳遞的方案可行性較高。

LNG冷能數(shù)據(jù)中心制冷方案工藝流程如圖5所示。

圖5 LNG冷能數(shù)據(jù)中心制冷方案工藝流程

4 效果

從冷能剩余利用量考慮，冷能空分配套集中冷庫(kù)、干冰制造具備資源利用可行性，可以提高資源配置效率，具備技術(shù)先進(jìn)性。丁基橡膠項(xiàng)目占地面積小、具備市場(chǎng)需求，將獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，數(shù)據(jù)中心方案具備冷能資源的可行性。冷能發(fā)電項(xiàng)目的技術(shù)成熟，對(duì)下游市場(chǎng)依賴度低，已具備工程化推廣經(jīng)驗(yàn)，是具備開(kāi)發(fā)前景的冷能利用項(xiàng)目。

5 結(jié)語(yǔ)

LNG冷能的高效利用仍存在較多困難，冷能利用項(xiàng)目不易獲得盈利。LNG產(chǎn)能擁有的冷能資源量大，目前的冷能利用率低，冷能利用是值得研究的潛在效益增長(zhǎng)點(diǎn)。因地制宜開(kāi)展冷能利用、釋放冷能資源的價(jià)值，有利于提高LNG附加值，挖掘發(fā)展新動(dòng)能，打造新的盈利點(diǎn)。