我国LNG冷能利用现状及前景

我国LNG冷能利用现状及前景

作者：蒋建华 管峰

来源：《中国科技纵横》2012年第04期

摘要：随着能源结构的调整，近几年我国液化天然气(LNG)进口及生产取得了快速发展，LNG携带的大量低温能量的利用，其经济价值已不能被忽视。为此，综述了目前我国对LNG冷能利用的现状，指出冷能利用的难点，对现有的LNG冷能利用的主要利用方式进行分析评价，大多是孤立地应用LNG冷能，没有和LNG的应用相集成。因此提出了梯级利用及建立冷能利用项目与接收站的协同运作机制、整合LNG接收站与周边各种产业及冷能利用产业之间的关系。

关键词：LNG 冷能利用 梯级利用 现状 前景

天然气，是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气在常压下，冷却至约-162℃时，则由气态变成液态，称为液化天然气（英文Liquefied Natural Gas，简称LNG）。LNG的主要成分为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷以及氮等。

近年来，我国已在LNG的生产、运输和应用等领域取得不小的成果，LNG已经在我国的大规模应用，如何充分利用LNG在汽化过程中释放的冷能，使其在多领域内达到实用化程度，从而提升整个LNG产业链的经济效益和社会效益，是我们目前急于解决的一个难题[1]。 本文通过对LNG冷能现有的几种主要利用方式的阐述分析和评价，指出了我国LNG冷能利用的难点，提出了LNG冷能的综合利用的集成优化思路。 1、研究目的

中国正处在经济持续快速发展、经济结构加快调整的历史时期，在科学发展观的指导下，新型工业化、循环经济、节能减排等重大举措，构成了中国大规模利用LNG冷能的历史机遇。

随着我国对LNG的需求量日益增加，我国在广东、福建、浙江、江苏、山东等沿海地区陆续兴建了多个LNG接收站。据中国石油和化工协会统计数字表明：到2010年，我国将进口液化天然气高达1000万t，到2015年，将迅猛增到4200万t[2]。

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LNG经过气化后进入管网输送给用户，作为城市燃气、工业燃料和化工原料。在LNG气化过程中，将产生830kJ/kg的低温能量。通常这部分冷能可以通过天然气气化器被空气、海水、蒸汽、导热油、乙二醇吸收，其中包含的冷量砽未能得到利用，造成巨大的能量浪费。因此，积极寻求和高效利用LNG的冷能具有重要的意义。 2、LNG冷能利用现状

LNG冷能的利用过程可以分为直接利用、间接利用两种。直接利用包括LNG冷能发电、空气液化分离、轻烃分离、制取液化CO2和干冰、冷冻库、海水淡化、液态乙烯储存等，间接利用包括低温粉碎废弃物、冷冻食品、LNG蓄冷等。 2.1 冷能发电

利用LNG冷能发电是以电能的形式回收LNG的冷能，主要是利用LNG的冷能施工质液化，然后工质经受热气化在气轮机中膨胀做功带动发电机发电。依靠动力循环进行发电是目前LNG冷能回收利用较为成熟的技术。主要有三种形式：(1)直接膨胀发电；(2)降低蒸汽动力循环的冷凝温度；(3)降低气体动力循环的吸气温度。

目前使用最多的是将(1)和(2)两种方法联合起来，可以进一步提高冷能回收率，提高冷能的利用率。 2.2 空气分离

从目前的科技发展分析，空气分离装置中利用LNG冷量应该是技术上最为合理的利用方式，因为利用LNG冷量大规模的冷却空气，不但可以较大程度的降低能耗，而且能够简化空气分离的流程，减少投资建设费用，降低事故风险。另外一方面，可以有效的减少LNG的汽化费用。

通常的空气分离办法就是将空气液化，通过工质为氟利昂冷冻机、膨胀透平制冷进行空气的液化分离，提取氮气、氧气、氩气等。而LNG冷能分离空气，是通过工质氮气换冷，利用氮气冷却来实现的[3]。 2.3 冷库应用和低温储粮

LNG接收站和大型的冷库基本都建在港口码头附近，因此，冷库利用LNG回收的冷能就很方便。利用LNG冷能作为冷源的冷库，只需将载冷剂冷却到一定的温度后经管道进入冷库、粮库、冷藏库，通过内部的冷却盘管释放冷能，实现对物品、粮食的冷冻和冷藏。虽然冷库使LNG的冷能几乎无浪费地使用，且不用制冷机，降低了建造费和运行费。 2.4 低温粉碎

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轮胎、塑料以及其他的化学合成物在常温不易粉碎也不容易降解，回收起来相当困难，但它们基本都具有低温冷脆性，当温度低到一定程度时，其强度大大降低，只需很小的冲击力就能将其粉碎。利用LNG先冷却液体氮，再利用液氮冷冻废弃物，最后将废弃物粉碎以达到回收的目的。

3、LNG冷能的梯级利用

上述提到，仅仅考虑LNG冷能的回收是不够的，还应考虑LNG冷能品味的利用，这样能量的利用率才有较大的提高。而对LNG冷能进行梯级利用是一个很好的途径。

分离空气的温度范围是-150℃～-190℃，而LNG的气化温度是-162℃，处于空分温度的范围之间，二者相匹配，把空分作为LNG冷能梯级利用的第一级，能够充分利用LNG的低温特性；LNG在第一级换热出来的温度大概在-100℃左右，而CO2的液化温度是-70℃，干冰的生成温度是-78.5℃，因此，制取液化CO2和干冰可以作为LNG冷能梯级利用的第二级；此后，LNG温度与环境温度仍有很大的差距，而冷库的温度范围为-60℃～10℃，此温度范围正适合作为LNG冷能梯级利用的第三级。三级之后，LNG气化的温度差不多就是供气的温度，经供气前处理后供给天然气用户。LNG经低温储罐或管道出来后，经过三级冷能利用设备，温度不断的提高，同时各级换热温度匹配良好，较为充分的利用了LNG的冷能[4]。 4、LNG冷能利用难点

首先，LNG冷能综合集成利用产业链，涉及下游众多的行业、部门和企业。实施的关键就是接收站与下游各冷能利用项目的早期同步规划和同步建设。在目前我国的经济体制和项目审批程序下，这是最大的障碍。

其次，迄今的经验说明，多数LNG项目按照市场机制，很难推进下游冷能利用产业链的构建。LNG接收站向下游冷能用户售冷的价格随意敲定，难以保证互利。实际上，向下游潜在用户提供合理而有竞争力的冷能价格，是招商引资的重要条件。没有下游冷能市场的充分发育，接收站就不可能从冷能利用中获取经济效益。

再次，LNG气化操作和下游用户对冷能的利用在时间和空间上不同步。时间不同步主要是LNG接收站气化负荷必须根据下游用气需求而变，有季节性和昼夜性波动；而冷能用户对冷能负荷的需求则随生产过程和市场需求变化。空间不同步是由于LNG接收站只需考虑码头、储罐、气化设施等，占地面积并不大；而冷能利用项目，无论是空分还是轻烃分离等，占地面积都较大，这就会产生冷能输送距离较远，运送成本较高，经济效益减少的问题。 5、展望

5.1 冷能利用应纳入LNG接收站项目规划中

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到目前为止，已经规划和建设的接收站在选址时，对港口和气化设施的空间布局考虑较多，而对冷能利用产业链的占地面积、接收站的空间布局、LNG接收站与下游大工业集群的相对位置和距离考虑比较少。有的站附近没有足够的用地安排冷能利用产业链，也远离大型石化工业集群，难以发挥能量集成优化利用的优势。在中国的能源形势下，优先结合大空分、煤气化、轻烃分离等大市场，才能够最大限度地利用大型LNG接收站的冷能[5]。 5.2 LNG接收站与冷能利用产业的关系

能源循环经济园区重要部分是LNG冷能利用产业。计划经济的思维阻碍构建循环经济园区。应该抓住中国发展模式转换的历史机遇，优化配置资源，加强规划，就近建设循环工业园来解决，从而构建下游冷能利用产业链[6]。 6、结语

LNG冷能利用前景相当广阔，积极合理利用蕴藏的冷能具有重要的意义。提梯级利用冷能是提高冷能利用率的有效途径[7]。特别的是，LNG冷能的利用应向集成化，一体化，高效化发展，达到能源的综合集约利用。在贯彻科学发展观、实现循环经济的形势下，中国必将能够不断创新，在LNG冷能利用方面，走在世界前列。 参考文献

[1]张涛,高彩魁.LNG冷能的应用[M].上海煤气.2010(2):1-2.

[2]华贲,熊永强.中国LNG冷能利用的进展和展望[M].天然气工,2009.5,29(5):107-108. [3]程文龙,赵锐,陈则韶.对一种利用液化天然气冷能实现零排放的能量系统的评估[J].中国电机工程学报,2005,25(16):102一107.

[4]唐贤文,杨泽亮.LNG卫星站中的冷能应用于冷库设计的探讨[J].中山大学学报论丛,2007,27(2):88-91.

[5]王强,厉彦忠,张哲等.LNG在汽车工业中的发展优势[J].天然气工业,2002,22(5):93-96. [6]王强,厉彦忠,殷秀娓.LNG汽车冷能回收空调系统[J].天然气工业,2005,25(10):124-126. [7]王旭辉.LNG车用燃料及在北京公交车的应用[J].天然气工业,2005,25(3):153-156.