LNG產業鏈中一種被忽略的龐大能源-冷能-LNG冷能多項利用技術

宋恬

（中國石化銷售有限公司四川成都石油分公司 四川成都）

LNG產業鏈中一種被忽略的龐大能源-冷能-LNG冷能多項利用技術

宋恬

（中國石化銷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程中消耗的能量在氣化過程中得到部分的回收，節約能源效果顯著，是典型的循環經濟模式。本文對冷能空分利用技術、冷能發電技術、冷能冷凍冷藏技術、冷能制取二氧化碳和干冰技術、低溫粉碎技術、輕烴分離技術等進行了深入分析。

LNG；冷能；空分；發電；冷凍冷藏；二氧化碳；低溫粉碎；輕烴分離

天然氣以其儲量豐富、經濟、環保等特性成為繼石油之后各國重點開發的化石燃料，世界各國都在大力發展天然氣，其中LNG（液化天然氣）的發展和利用速度及規模尤為迅速和日益擴大。目前我國沿海已經將建成8個接收站，未來10年內還會陸續有LNG接收站投產，屆時每年將有數千萬噸LNG到岸。

LNG氣化過程中將釋放大量冷能，約為830～860kJ/kg，如按年進口LNG500萬t考慮，相當于進口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和環境的冷污染影響周圍海域及地區的生態環境。液化天然氣（LNG）冷能的綜合利用將使天然氣在液化過程中消耗的能量在氣化過程中得到部分的回收，節約能源效果顯著，是典型的循環經濟模式。

1 LNG冷能利用技術

1.1 冷能空分利用技術

空分裝置利用LNG冷能的流程可以有多種方式。其特點是：由于LNG的可燃性，故可用氮氣作為與它換熱的工質，利用液化天然氣的冷能來冷卻和液化，經由下塔抽出復熱的循環氮。這種方式，可省去空氣、氮氣兩種透平膨脹機氟利昂制冷機組，循環氮氣量約為同等容量的低壓帶中壓制冷循環系統空分裝置的1/5，循環氣的壓力為1960kPa，制取液氧的能耗較通常液態產品的裝置可降低一半，僅2500kJ/m3。與普通空分裝置相比，該方法可節省50%以上，并且將LNG冷能用于空分可簡化空分流程，減少了設備建設費用。同時，LNG氣化的費用也可降低。根據LNG冷能有效能原理分析，溫度有效能是在越遠離環境溫度時越大，因此應在盡可能低的溫度下利用LNG冷能。否則，在接近環境溫度的范圍內利用LNG冷能，大量寶貴的溫度有效能就會損失掉。從這個角度來看，由于空分裝置中所能達到的溫度比LNG溫度還低，因此LNG的冷能得到了最佳的利用。

與傳統的空分流程相比，引入LNG冷能的空分流程具有以下特點：

（1）取消了氮氣外循環系統，在設備上省去了氮透平膨脹機和增壓壓縮機，使流程更加簡單；

（2）用LNG換熱器代替了傳統流程中的氟里昂制冷機組，有效回收了冷量，同時節約了能源；

（3）冷能的引入，降低了氮氣的預冷溫度，從而降低了系統的最高運行壓力，使安全得到保證；

（4）提高循環氮氣進壓縮機的溫度，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、后冷卻器以及空壓機中間冷卻器等環節，從而降低生產的單位能耗；

（6）縮短了裝置啟動時間。

1.2 冷能發電技術

在目前回收LNG冷能的諸多方法當中，利用LNG冷能發電是應用較多，技術較為成熟的方法。用LNG冷能發電主要是利用LNG的低溫冷量使工質液化，而后工質經加熱汽化再在氣輪機中膨脹做功帶動發電機發電。

LNG的冷能發電是一項新的無污染發電方式，但對冷能的回收效率是非常低的。在發電裝置中利用LNG冷能雖然是最可能大規模實現的方式，卻不是利用LNG冷能最科學的方式。根據日本已建成的低溫發電設備評估，該系統的發電容量造價高達6～10萬元RMB/kW，因此經濟上不具有競爭力。對于規模在350×104t左右LNG的接收站，假設全部冷能都用于發電，如果按照50kWh/t·LNG的發電效率，年利用小時為8000，則裝機容量應為21.875MW，而投資將高達13～21億元人民幣。目前利用LNG冷能發電的經濟性仍未達到我們能接受的水平。

1.3 冷凍冷藏技術

LNG站和大型冷庫基本都設在港口附近，所以回收LNG冷能供給冷庫是很方便的冷能利用方式。采用LNG的冷能作為冷庫的冷源，將載冷劑冷卻到一定溫度后，經管道進入冷庫、冷藏庫，通過冷卻盤管釋放冷能實現對物品的冷凍冷藏。另外，還可按LNG不同溫度梯級，用不同的冷媒進行熱交換后分別送入低溫凍結庫或低溫凍結裝置，這樣，其冷能的利用效率大大提高，整個系統的成本較機械制冷下降37.5%。

雖然冷庫使LNG的冷能幾乎無浪費的得以利用，且不用制冷機，節約了大量的投資和運行費用，還可以節約1/3以上的電力。但一般的冷庫只需維持在-50～-65℃即可，而將-160℃左右的冷能全部用于冷庫是不必要的。

利用LNG冷能建設食品冷凍/保鮮有下列優點：

（1）建設費用的大幅削減；

（2）有效利用占地面積；

（3）所消耗電力約1/3；

（4）噪音、振動少；

（5）冷庫內的溫度回升快；

（6）故障少、易維修；

1.4 制取液態二氧化碳和干冰技術

二氧化碳的液化可通過兩種方法：第一種是傳統工藝，將二氧化碳壓縮至2.5～3.0MPa，再利用制冷設備冷卻和液化；第二種是利用LNG冷能的低溫液化工藝。通過第二種方法，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、通過二氧化碳氣體與LNG冷能的熱交換實現液化。使用這種工藝來液化二氧化碳所需耗費的電力只有傳統方法的一半左右，因此在節能方面表現極為優異。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。

總的來說，以CO2為原料，利用回收LNG的冷能制造液態CO2或干冰，不但電耗小（0.2kWh/m3），而且生產的產品的純度高（可達99.99%）。和傳統方法比，可節約50%以上的電耗和10%的建設費。

1.5 低溫粉碎技術

利用LNG冷能可以進行低溫物料粉碎。該技術可粉碎常溫無法粉碎的物質，得到比常溫粉碎更細微的粉末。與常溫粉碎相比，它能把物質粉碎成極小的微粒，這些微粒可以被分離。這種方法不存在微粒爆炸和氣味污染，通過選擇不同的低溫可以有選擇性地粉碎具有復雜成分的混合物。因此，這種方法在資源回收、物資分離、精細破碎等方面有著極好的前景。

我國是一個生膠資源相對短缺的國家，幾乎每年生膠消耗量的45%左右需要進口，尋找橡膠原料來源及其代用材料是十分迫切的任務。因此，采取LNG冷能深冷粉碎橡膠，對充分利用再生資源、擺脫自然資源匱乏、減少環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℃時橡膠粉碎需要的冷量為250kJ/kg。根據目前世界橡膠冷凍粉碎技術，每粉碎1t膠粉，需要消耗冷量423.5MJ。廢舊輪胎深冷粉碎技術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相結合，可以為精細膠粉的粉碎裝置提供冷量，帶來巨大的經濟效益與社會效益。

1.6 輕烴分離技術

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。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，不僅可以改進我國乙烯原料構成，降低能耗和生產成本，同時也可以緩解我國石油資源的短缺，因而具有顯著的社會價值和經濟價值。

2 結論

冷能利用產業大多屬于朝陽產業，具有較好的經濟和社會效益，且具有其它制冷方式所不能擁有的優越性。產品的競爭力較強，可以增加稅收和帶動就業。因此，對LNG的冷能利用一定要有良好的定位：以大型煉油、石化、海運、裝備等為重點的重化工業基地和新興港口經濟區的重大機遇；以LNG產業鏈與地區產業規劃同步發展為指導，以提高能源的利用效率為核心，實現資源與環境相結合的優化利用，形成冷能有效利用的產業鏈，提高產業經濟效益。爭取能夠在國內建立首個LNG冷能綜合利用示范工程，推進社會的共同進步與可持續發展。

[1]張靜，李臻.LNG冷能利用在我國的發展.化學工程與裝備，2012，01.

[2]熊永強，李亞軍，華賁.液化天然氣冷量利用與輕烴分離集成優化.現代化工，2006，26（3）.

[3]李靜，等.LNG冷能利用現狀及發展前景.天然氣工業，2005，25（5）：103～105.

[4]顧安忠，等.液化天然氣技術.機械工業出版社，2003，10.

[5]華賁，郭慧，李亞軍，等.用好輕烴資源優化我國乙烯工業原料路線.石油化工，2005，34（8）.

[6]徐正斌，等.LNG凝液回收技術經濟淺析.天然氣工業，2005，25（10）：133～135.

[7]徐文東，華賁，李志紅，等.LNG冷量優化集成利用技術[J].天然氣工業，2006，26（7）：127～129.

TB657.1

A

1004-7344（2016）03-0310-02

2016-1-11

宋恬（1989-），女，四川遂寧人，研究方向為油庫建設與管理。