探討液化天然氣冷能利用方式與前景

朱亮

摘 要：當前，能源和環境問題已日益成為制約我國經濟可持續發展的一個瓶頸，為了優化能源結構，我國開始大力發展液化天然氣（LNG）產業，以達到充分高效地利用LNG的冷能，有利于節約能源，創造巨大的經濟效益的目的。但與此同時，隨之而來產生了LNG冷能的浪費問題。LNG冷能主要用于冷能發電、空氣分離、生產干冰、冷藏、海水淡化、制冰和低溫粉碎，但除了冷能發電外其他應用對于冷能利用相對較低。大型LNG接收站氣化過程釋放了大量的冷能，但由于LNG氣化操作和下游冷能用戶需求不同步，使得LNG冷能迄今尚未實現大規模綜合利用。因此如何有效利用冷能，是我國能源發展的一大問題。本文就液化天然氣冷能利用方式和前景展開探究。

關鍵詞：冷能；液化天然氣；前景

1引言

近年來我國經濟迅速發展，能源的需求量呈逐年遞增的發展趨勢，能源的結構也在發生著改變。天然氣作為一種清潔、高效能源越來越受到青睞，國家十分重視其開發和使用。天然氣的主要成分為甲烷，其在常溫常壓下為氣體狀態，由于儲存和運輸的需求，通常在將其開采出之后要經過壓縮和液化處理，將其轉化為-162℃的低溫高壓液體，也就是液化天然氣。在LNG接收站和氣化站，一般又需將LNG通過氣化器氣化后使用，氣化時放出很大的冷能。而通常這部分冷能隨天然氣氣化器中的海水和空氣流失了，造成能源的浪費。由此可見，可供利用的LNG冷能是相當可觀的。因此怎樣高效地利用冷能成為了我們急需解決的能源難題。

2關于液化天然氣冷能開發的探討

2.1冷能利用技術的發展現狀

總體說來，我國的發展勢頭是比較好的。能夠在未來的幾年內實現天然氣進口國家的愿望，并能夠與國際市場融合良好。液化天然氣產業在最近幾年的發展中，在其冷能回收以及使用方面夯實了堅實基礎。LNG冷能利用的方式主要有直接利用和間接利用兩種，前者的主要形式有低溫發電、空氣分離、輕烴回收、液態乙烯儲存、冷凍倉庫、液態CO2和肝病植被、海水淡化、汽車冷藏及空調、蓄冷、建造人工滑雪場等，而后者的主要形式有低溫粉碎、污水處理、冷凍干燥、低溫醫療、冷凍食品等。雖然我國進口LNG比世界晚了30年，LNG冷能發電技術的研究晚于日本美國等發達國家，但隨著我國集中大規模引進LNG，我國的LNG冷能發電利用技術也在大幅發展。從資源開發和保護工作角度來說，能夠促進西部經濟的發展，并且節約傳統能源的利用，并且協調資源與資源之間的關系，資源與環境之間，環境與經濟發展之間的矛盾，使得可持續發展真正能夠提上日程。

2.2液化天然氣冷能利用發電技術的基本原理

天然氣具備清潔、燃燒的效果，并且熱值很高，屬于具有不少優勢特點的能源。對天然氣進行運輸的時候，必須要進行液化，在使用的時候要再實行常溫化，在過程中就會有大量的冷能釋放出來。在此過程中1kg的LNG釋放出的冷能約為830KJ，而架設將此能量全部轉化為電能，則相當噸每噸LNG所釋放的冷能折合約230kWh的電能。而以我國每年進口4500萬噸LNG為例，其蘊含的冷能約105億kWh，相當于7個30萬kW裝機容量電廠每年生產的電能總和。比如日本大阪燃氣公司在1979年至1982年，利用丙烷作為中間介質的朗肯循環和聯合循環法，輸出功率分別為1450KW和6000KW。因此將這種能源進行收集與使用，能提升液化天然氣的使用效率。

2.3冷能發電技術的發展

使用液化天然氣冷能發電，具體是對其冷能進行直接性使用。冷能發電用電能方式對液化天然氣冷能實行收集，使用動力循環發電是對其回收的最終目的，其技術已經比較成熟。利用燃氣蒸汽聯合循環電站的方式以液化天然氣為燃料，并對液化天然氣的冷能進行回收，依靠動力循環進行發電，主要有膨脹法、二次煤體法、聯合法、混合煤體法、布雷頓循環法和燃氣輪機利用法等方法。其中以布雷頓循環法的利用效率最高，布雷頓循環法是利用LNG冷能來降低壓縮機入口的氣體溫度，能顯著的降低壓縮機到達相同增壓比時的耗功，高壓氮氣經加熱器加熱進入氣體透平膨脹做功，對外輸出電能，能使裝置熱效率顯著提高。這些方法使冷能得到高效地運用，提高了資源利用率，減少了資源的浪費。

3液化天然氣冷能應用方法

3.2直接膨脹法用于發電

直接膨脹法原理為：經低溫泵和蒸發器后LNG成為高壓常溫氣體，而后高壓氣化時物理轉化為壓力，驅動發電機發電，之后經過加熱器將天然氣輸入管網中。這樣循環的特點是在循環時候比較簡單，且需要的設備很少。不過因為液化天然氣的低溫冷能未被充分使用，因此對外作功就很少，每噸天然氣冷能產點量在20kw/h之上。使用高壓天然氣進行直接膨脹發電，進而對其使用泵進行加壓之后，使用蒸發器再度加熱，以此形成高壓天然氣。經過處理之后形成低壓氣體，并且向外輸送發電。

3.3聯合循環法發電

聯合循環法綜合了直接膨脹法與朗肯循環法。其具體是將低溫液化天然氣進行壓縮之后，其壓力被相應提升。之后再使用冷凝器，對二次媒體的蒸汽功能進行循環，加強對外的做功。之后天然氣經過氣體透平膨脹進行做功。

3.4燃氣輪機使用方式

使用不同冷卻介質，比如水、二氧化碳以及甲醇等，通過直接或間接的方法將LNG氣化時釋放的冷能用來降低燃氣輪機入口空氣溫度或用來冷卻蒸氣輪機的排氣，能夠顯著提高燃氣輪機的熱效率。燃氣輪機在使用時，地區天氣都會對冷能使用造成影響。所以經過對相關數據的淺析，提出經過冷卻燃氣機入口空氣溫度以及降低聯合循環蒸汽機排壓力的方式，對整個燃氣輪機循環出力中形成的困難進行解決。

3.5低溫粉碎廢棄物

輪胎、塑料以及其它成分組成的合成物在常溫下不易粉碎，但都具有低溫脆性，當溫度降低到一定程度時，其沖擊強度降低，只需要很小的動力就可以將其粉碎。因此，在廢棄物粉碎領域，利用LNG冷能是一種很好的方法。利用LNG先冷卻液體氮，再利用液氮冷凍廢棄物，最后將廢棄物粉碎以達到回收的目的。

3.6應用于冷庫

LNG基地和大型的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。利用LNG冷能作為冷源的冷庫，將載冷劑冷卻到一定溫度后經管道進入冷凍、冷藏庫，通過冷卻盤管釋放冷能，實現對物品的冷凍、冷藏。這種方式按LNG的不同溫度帶，采用不同的載冷劑進行換冷后依次送入低溫凍結庫或低溫凍結裝置（-60℃）、冷凍庫（-35℃）、冷藏庫（0℃以下）、預冷裝置（0～10℃），這樣LNG冷能的利用率將大幅提高，運行成本較機械制冷下降37.5%。這樣可以將冷能幾乎不會浪費地利用起來，提高了資源利用率，還降低了倉庫制冷的成本。

4結束語

綜其上述，隨著LNG產銷量的迅速增長以及全球性能源的緊張，LNG冷能利用的前景十分廣闊，可以廣泛地應用于發電、制造干冰、低溫冷庫、汽車空調等各個領域，合理利用這部分冷能顯得尤為重要。但是目前LNG冷能利用的方式比較單一，效率也較低，需要在今后的應用和發展中根據當地的經濟條件和市場需求進行合理選用，并研發和推廣蓄積和儲存冷能的先進技術和設備。特別是要將LNG冷能的利用向集成化，一體化，高效化發展，達到能源的綜合集約利用。我們應對液化天然氣冷能進行科學分析，優化其回收利用方式，科學有效利用液化天然氣冷能。

參考文獻：

[1]中國能源局.關于液化天然氣冷能綜合利用的思考[J].2015.

[2]王方，付一珂，范曉偉，等. 液化天然氣（LNG）冷能利用研究進展[J].化工進展，2016.

[3]夏永強，高為，張磊.基于液化天然氣接收站的冷能發電簡析[J].化學工業，2013.