LNG冷能利用方式探討

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與周圍環境（如空氣、海水）存在的溫度和壓力差，將高壓低溫的LNG變為常壓常溫的天然氣，回收儲存在LNG中的能量，在LNG氣化轉化為常溫氣態的過程中，可以釋放最多約860MJ/t的冷能。對LNG冷能進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，提高經濟效益。

1 冷能利用技術發展現狀

1.1 冷能空分

空分技術現已進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耗能高，將LNG的再氣化過程與空氣分離過程相融合。利用LNG的冷能可以減少空氣分離技術中，用于維持低溫環境和生產液體產品需要的大量冷能，簡化空氣分離的流程，減少建設的費用，縮短空分設備的啟動時間，提高空分的生產效率。經空氣分離裝置換冷后，LNG的溫度約-100℃，仍含有高品質的冷量，應考慮繼續利用剩余的冷能。

1.2 冷能發電

冷能發電是與LNG汽化器集合在一起的發電系統。在降低LNG接收站的運行成本、減少二氧化碳排放、冷能發電中具有獨特的亮點。冷能發電可以分為四大類，分別為直接膨脹法、蒸汽動力循環、燃氣動力循環、聯合法。冷能發電相關設備價格較高，工程造價昂貴，國產化率低，LNG用量大，對接收站的外輸量和外輸負荷波動具有較高要求。

1.3 燃氣輪機冷能利用

燃氣電廠利用LNG冷能的方式主要有兩種，將LNG用于燃氣輪機入口空氣的冷卻和蒸汽輪機排汽的冷卻，提高機組出力和效率。汽機排汽冷卻方案是將加熱的LNG獲得的冷海水摻入電廠循環水，降低電廠循環水的溫度，獲得額外的汽機出力。

該方法適合在常年高溫、干燥的地區使用，可以將進口空氣從30℃冷卻至5℃，增加電廠出力約15%。大型燃氣輪機對LNG冷能的利用適用于炎熱干燥地區帶基本負荷的運行電廠。但在我國的北方地區，該方法提高機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℃時脆化、易粉碎。利用LNG冷能將冷能空分生產的-196℃液氮用于廢舊橡膠的粉碎，得到比常溫粉碎更細微的粉末，該過程不存在微粒爆炸和氣味污染問題，能耗更低。

1.5 冷凍冷藏

將LNG的冷能作為冷凍冷庫的冷源，利用載冷劑冷卻至一定溫度，通過管道進入冷庫、冷藏庫，利用冷卻盤管釋放冷能，實現對物品的冷凍冷藏。冷庫使用可以減少LNG的冷能浪費，節約大量的投資和使用費用，節省1/3以上的電耗。一般冷庫只需要保持溫度為-50～-65℃，不必將約-160℃的冷能都用在冷庫。

1.6 液態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，液化二氧化碳需要的溫度（-60～-50℃）與LNG冷能品位相差過大，僅適合與其他回收利用項目聯合使用。

1.7 制造冰雪世界

冷能制造冰雪世界在技術上可行，但需要綜合考量其經濟性。制造冰雪需要的溫度約-70～-10℃。直接將-162℃的高品質的LNG冷能全部用于制造冰雪是深冷能量的降質利用，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。進口LNG中所含的C2以上組分的比例具有回收價值，且LNG組分波動不大。輕烴分離裝置能夠獲得穩定的進料量，維持較高的運行負荷。

1.9 海水淡化

海水淡化技術主要有膜法、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路線，利用LNG再氣化過程釋放的冷能替代傳統的制冷機，在沒有其他能耗的基礎上，額外提供低品位冷量用于預冷和控溫。理論測算每噸LNG能夠產出超過2t的淡水。

1.10 污水處理

污染物在冷凍過程中會被排斥到冰下水體中，對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 冷能利用新技術和新理念

2.1 接收站、衛星站、加注站（罐箱點）和冷鏈物流融合

從接收站、衛星站、加注站全產業鏈角度考慮冷能資源利用，結合國內火熱的冷鏈物流體系，從原來由單點接收站冷能的利用擴展到和衛星站、加注站形成冷能供應線，形成網絡。

2.2 衛星站、加注站內橇裝冷能發電或制冰

橇裝化冷能利用設施具有移動方便、建設周期短等優勢，更適用于衛星站、加注站小型化利用冷能。

2.3 LNG冷能用于乙烯工業中的深冷分離

乙烯生產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，可以節省制冷設備投資，降低乙烯生產成本。

2.4 LNG冷能用于天然氣制氫后的氫氣液化

利用LNG冷能預冷氫氣，制液化氫氣，在天然氣制氫過程中會副產熱量（蒸汽），最終形成氣、氫、熱、冷聯供的能源系統。

3 LNG冷能利用項目規劃建議

3.1 冷能空分+冰雪大世界/低溫冷庫/干冰制造

冷能空分項目主要利用LNG低溫段冷能，經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冷量。

冰雪制造需要的溫度約-70～-10℃，低溫冷庫的運行維持溫度為-50～-65℃，干冰制造的溫度需求為-60～-50℃，將冷能空分項目與上述三種利用方式結合，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/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 丁基橡膠項目

丁基橡膠的生產基本采用淤漿聚合工藝，嚴格控制聚合溫度為-102～-95℃，屬于典型的低溫反應。在丁基橡膠生產工藝中利用LNG冷能，替換現有丙烯乙烯工藝制冷系統負荷，可以降低工藝中壓縮機制冷負荷的能耗，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 冷能發電

冷能發電技術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氣化過程中蘊含的約10%～20%的冷能轉化為電能，冷能與電能的供需匹配度較高。冷能發電技術中，單工質朗肯循環法的技術經濟成熟度最高，不損失LNG壓力，可以與接收站項目匹配。

3.4 數據中心

作為信息資源集散的數據中心正在發展成一個具有戰略意義的新興產業。制冷系統是數據中心的耗能大戶，數據中心能耗的30%～45%被制冷系統使用。以LNG的冷能作為數據中心的冷源，替代現有制冷系統，將大幅度降低數據中心電耗，提高經濟效益。數據中心的安全、可靠性要求較高，采用中間介質作為冷媒、完成冷能傳遞的方案可行性較高。

LNG冷能數據中心制冷方案工藝流程如圖5所示。

圖5 LNG冷能數據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、干冰制造具備資源利用可行性，可以提高資源配置效率，具備技術先進性。丁基橡膠項目占地面積小、具備市場需求，將獲得可觀的經濟效益，數據中心方案具備冷能資源的可行性。冷能發電項目的技術成熟，對下游市場依賴度低，已具備工程化推廣經驗，是具備開發前景的冷能利用項目。

5 結語

LNG冷能的高效利用仍存在較多困難，冷能利用項目不易獲得盈利。LNG產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點。因地制宜開展冷能利用、釋放冷能資源的價值，有利于提高LNG附加值，挖掘發展新動能，打造新的盈利點。