LNG产业链中一种被忽略的庞大能源-冷能-LNG冷能多项利用技术

宋恬

（中国石化销售有限公司四川成都石油分公司 四川成都）

LNG产业链中一种被忽略的庞大能源-冷能-LNG冷能多项利用技术

宋恬

（中国石化销售有限公司四川成都石油分公司 四川成都）

液化天然气（LNG）冷能的综合利用将使天然气在液化过程中消耗的能量在气化过程中得到部分的回收，节约能源效果显著，是典型的循环经济模式。本文对冷能空分利用技术、冷能发电技术、冷能冷冻冷藏技术、冷能制取二氧化碳和干冰技术、低温粉碎技术、轻烃分离技术等进行了深入分析。

LNG；冷能；空分；发电；冷冻冷藏；二氧化碳；低温粉碎；轻烃分离

天然气以其储量丰富、经济、环保等特性成为继石油之后各国重点开发的化石燃料，世界各国都在大力发展天然气，其中LNG（液化天然气）的发展和利用速度及规模尤为迅速和日益扩大。目前我国沿海已经将建成8个接收站，未来10年内还会陆续有LNG接收站投产，届时每年将有数千万吨LNG到岸。

LNG气化过程中将释放大量冷能，约为830～860kJ/kg，如按年进口LNG500万t考虑，相当于进口4150～4300TJ/a的冷量。如均采用海水加热气化，这将造成巨大冷能资源的浪费和环境的冷污染影响周围海域及地区的生态环境。液化天然气（LNG）冷能的综合利用将使天然气在液化过程中消耗的能量在气化过程中得到部分的回收，节约能源效果显著，是典型的循环经济模式。

1 LNG冷能利用技术

1.1 冷能空分利用技术

空分装置利用LNG冷能的流程可以有多种方式。其特点是：由于LNG的可燃性，故可用氮气作为与它换热的工质，利用液化天然气的冷能来冷却和液化，经由下塔抽出复热的循环氮。这种方式，可省去空气、氮气两种透平膨胀机氟利昂制冷机组，循环氮气量约为同等容量的低压带中压制冷循环系统空分装置的1/5，循环气的压力为1960kPa，制取液氧的能耗较通常液态产品的装置可降低一半，仅2500kJ/m3。与普通空分装置相比，该方法可节省50%以上，并且将LNG冷能用于空分可简化空分流程，减少了设备建设费用。同时，LNG气化的费用也可降低。根据LNG冷能有效能原理分析，温度有效能是在越远离环境温度时越大，因此应在尽可能低的温度下利用LNG冷能。否则，在接近环境温度的范围内利用LNG冷能，大量宝贵的温度有效能就会损失掉。从这个角度来看，由于空分装置中所能达到的温度比LNG温度还低，因此LNG的冷能得到了最佳的利用。

与传统的空分流程相比，引入LNG冷能的空分流程具有以下特点：

（1）取消了氮气外循环系统，在设备上省去了氮透平膨胀机和增压压缩机，使流程更加简单；

（2）用LNG换热器代替了传统流程中的氟里昂制冷机组，有效回收了冷量，同时节约了能源；

（3）冷能的引入，降低了氮气的预冷温度，从而降低了系统的最高运行压力，使安全得到保证；

（4）提高循环氮气进压缩机的温度，避免了低温压缩的困难；

（5）将LNG冷能利用于空分工艺的主冷却器、废氮循化系统、后冷却器以及空压机中间冷却器等环节，从而降低生产的单位能耗；

（6）缩短了装置启动时间。

1.2 冷能发电技术

在目前回收LNG冷能的诸多方法当中，利用LNG冷能发电是应用较多，技术较为成熟的方法。用LNG冷能发电主要是利用LNG的低温冷量使工质液化，而后工质经加热汽化再在气轮机中膨胀做功带动发电机发电。

LNG的冷能发电是一项新的无污染发电方式，但对冷能的回收效率是非常低的。在发电装置中利用LNG冷能虽然是最可能大规模实现的方式，却不是利用LNG冷能最科学的方式。根据日本已建成的低温发电设备评估，该系统的发电容量造价高达6～10万元RMB/kW，因此经济上不具有竞争力。对于规模在350×104t左右LNG的接收站，假设全部冷能都用于发电，如果按照50kWh/t·LNG的发电效率，年利用小时为8000，则装机容量应为21.875MW，而投资将高达13～21亿元人民币。目前利用LNG冷能发电的经济性仍未达到我们能接受的水平。

1.3 冷冻冷藏技术

LNG站和大型冷库基本都设在港口附近，所以回收LNG冷能供给冷库是很方便的冷能利用方式。采用LNG的冷能作为冷库的冷源，将载冷剂冷却到一定温度后，经管道进入冷库、冷藏库，通过冷却盘管释放冷能实现对物品的冷冻冷藏。另外，还可按LNG不同温度梯级，用不同的冷媒进行热交换后分别送入低温冻结库或低温冻结装置，这样，其冷能的利用效率大大提高，整个系统的成本较机械制冷下降37.5%。

虽然冷库使LNG的冷能几乎无浪费的得以利用，且不用制冷机，节约了大量的投资和运行费用，还可以节约1/3以上的电力。但一般的冷库只需维持在-50～-65℃即可，而将-160℃左右的冷能全部用于冷库是不必要的。

利用LNG冷能建设食品冷冻/保鲜有下列优点：

（1）建设费用的大幅削减；

（2）有效利用占地面积；

（3）所消耗电力约1/3；

（4）噪音、振动少；

（5）冷库内的温度回升快；

（6）故障少、易维修；

1.4 制取液态二氧化碳和干冰技术

二氧化碳的液化可通过两种方法：第一种是传统工艺，将二氧化碳压缩至2.5～3.0MPa，再利用制冷设备冷却和液化；第二种是利用LNG冷能的低温液化工艺。通过第二种方法，容易获得冷却和液化二氧化碳所需要的低温，从而将液化装置的工作压力降至0.9MPa左右。使用一种冷却介质、通过二氧化碳气体与LNG冷能的热交换实现液化。使用这种工艺来液化二氧化碳所需耗费的电力只有传统方法的一半左右，因此在节能方面表现极为优异。但需指出，二氧化碳的液化温度为-70℃，若直接采用-160℃的LNG换冷，则不符合相同品位利用的原则。

总的来说，以CO2为原料，利用回收LNG的冷能制造液态CO2或干冰，不但电耗小（0.2kWh/m3），而且生产的产品的纯度高（可达99.99%）。和传统方法比，可节约50%以上的电耗和10%的建设费。

1.5 低温粉碎技术

利用LNG冷能可以进行低温物料粉碎。该技术可粉碎常温无法粉碎的物质，得到比常温粉碎更细微的粉末。与常温粉碎相比，它能把物质粉碎成极小的微粒，这些微粒可以被分离。这种方法不存在微粒爆炸和气味污染，通过选择不同的低温可以有选择性地粉碎具有复杂成分的混合物。因此，这种方法在资源回收、物资分离、精细破碎等方面有着极好的前景。

我国是一个生胶资源相对短缺的国家，几乎每年生胶消耗量的45%左右需要进口，寻找橡胶原料来源及其代用材料是十分迫切的任务。因此，采取LNG冷能深冷粉碎橡胶，对充分利用再生资源、摆脱自然资源匮乏、减少环境污染具有重要意义。首先需要将橡胶从常温冷却到-90℃，冷能约需要425kJ/kg；在-90℃时橡胶粉碎需要的冷量为250kJ/kg。根据目前世界橡胶冷冻粉碎技术，每粉碎1t胶粉，需要消耗冷量423.5MJ。废旧轮胎深冷粉碎技术需要将废橡胶冷冻到-80℃左右的低温，将LNG冷能利用与废旧橡胶轮胎低温粉碎技术相结合，可以为精细胶粉的粉碎装置提供冷量，带来巨大的经济效益与社会效益。

1.6 轻烃分离技术

利用LNG的冷量能够以较低的成本将湿天然气（即含C2+较多，体积百分比在10%左右或以上）中的轻烃资源分离出来。由于LNG中不同程度的含有C2+以上的组分，从LNG中回收乙烷等重组分用于乙烯工程，不仅可以改进我国乙烯原料构成，降低能耗和生产成本，同时也可以缓解我国石油资源的短缺，因而具有显著的社会价值和经济价值。

2 结论

冷能利用产业大多属于朝阳产业，具有较好的经济和社会效益，且具有其它制冷方式所不能拥有的优越性。产品的竞争力较强，可以增加税收和带动就业。因此，对LNG的冷能利用一定要有良好的定位：以大型炼油、石化、海运、装备等为重点的重化工业基地和新兴港口经济区的重大机遇；以LNG产业链与地区产业规划同步发展为指导，以提高能源的利用效率为核心，实现资源与环境相结合的优化利用，形成冷能有效利用的产业链，提高产业经济效益。争取能够在国内建立首个LNG冷能综合利用示范工程，推进社会的共同进步与可持续发展。

[1]张静，李臻.LNG冷能利用在我国的发展.化学工程与装备，2012，01.

[2]熊永强，李亚军，华贲.液化天然气冷量利用与轻烃分离集成优化.现代化工，2006，26（3）.

[3]李静，等.LNG冷能利用现状及发展前景.天然气工业，2005，25（5）：103～105.

[4]顾安忠，等.液化天然气技术.机械工业出版社，2003，10.

[5]华贲，郭慧，李亚军，等.用好轻烃资源优化我国乙烯工业原料路线.石油化工，2005，34（8）.

[6]徐正斌，等.LNG凝液回收技术经济浅析.天然气工业，2005，25（10）：133～135.

[7]徐文东，华贲，李志红，等.LNG冷量优化集成利用技术[J].天然气工业，2006，26（7）：127～129.

TB657.1

A

1004-7344（2016）03-0310-02

2016-1-11

宋恬（1989-），女，四川遂宁人，研究方向为油库建设与管理。