LNG冷量的利用技術(shù)

LNG冷量的利用技術(shù) 摘要 進入新世紀以來 在一次性煤 石油 天然氣化石燃料消費中 天然氣所占的比例逐年 增加 LNG產(chǎn)業(yè)也得到了快速發(fā)展 LNG蘊含著極為可觀的冷量 隨著LNG產(chǎn)銷量的迅速增長 以及全球性的能源緊張 LNG冷能的利用尤為重要 下文簡單介紹其冷能利用的幾種方法 關(guān)鍵詞 LNG 冷能 技術(shù) 制冷 空分 1 概述 隨著我國對LNG的需求量日益增加 我國在廣東 福建 浙江 江蘇 山東等沿 海地區(qū)陸續(xù)興建了多個LNG接收站 據(jù)中國石油和化工協(xié)會統(tǒng)計數(shù)字表明 到2010年 我國將進口液化天然氣高達1000萬t 到2015年 將迅猛增到4200萬t LNG經(jīng)過氣化后進入管網(wǎng)輸送給用戶 作為城市燃氣 工業(yè)燃料和化工原料 在 LNG氣化過程中 將產(chǎn)生830kJ 的低溫能量 通常這部分冷能可以通過天然氣氣化器 被空氣 海水 蒸汽 導熱油 乙二醇吸收 其中包含的冷量砽未能得到利用 造成 巨大的能量浪費 因此 積極尋求和高效利用LNG的冷能具有重要的意義 2 LNG的冷能利用技術(shù) LNG冷能的利用過程可以分為直接利用 間接利用兩種 直接利用包括LNG冷能 發(fā)電 空氣液化分離 輕烴分離 制取液化CO2和干冰 冷凍庫 海水淡化 液態(tài)乙烯 儲存等 間接利用包括低溫粉碎廢棄物 冷凍食品 LNG蓄冷等 2 1 冷能發(fā)電 利用LNG冷能發(fā)電是以電能的形式回收LNG的冷能 主要是利用LNG的冷能施 工質(zhì)液化 然后工質(zhì)經(jīng)受熱氣化在氣輪機中膨脹做功帶動發(fā)電機發(fā)電 依靠動力循環(huán) 進行發(fā)電是目前LNG冷能回收利用較為成熟的技術(shù) 利用LNG冷能發(fā)電一般有以下3種 接膨脹發(fā)電 LNG從低溫儲罐或管道出來 經(jīng)低溫泵加壓后 在天然氣汽化器氣化為高壓天然氣 直接驅(qū)動透平膨脹機 帶動發(fā)電機發(fā)電 這個過程主要利用LNG的壓力能 冷能回收 量取決于氣輪機進出口氣體的壓力比 該方法效率不高 發(fā)電 的功率較少 冷能回收僅為24 但循環(huán)過程簡單 所需的設備少 一般情況下與其 他LNG冷能利用方法聯(lián)合使用 低蒸汽動力循環(huán)的冷凝溫度 將低溫的液化天然氣作為冷凝劑 通過冷凝器 把冷量轉(zhuǎn)移到另一介質(zhì)上 利用介質(zhì) 與環(huán)境溫差 推動介質(zhì)進行蒸汽動力循環(huán) 對外做功 帶動發(fā)電機發(fā)電 這種方法冷 能的利用效率與所選的低溫介質(zhì)有關(guān) 工作介質(zhì)的選取相當重要 工作介質(zhì)有甲烷 乙烷 乙烯 丙烷等單組份 或者采用他們的混合物 單工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的冷能回收率 并不高 只有18 碳氫化合物混合工質(zhì)循環(huán)的冷能給你回收率大大提高 可達到36 而目前使用最多的是將以上兩種方法聯(lián)合起來 可以進一步提高冷能回收率 即 使天然氣的輸送壓力提高也可以回收相當多的冷能 低氣體動力循環(huán)的吸氣溫度 燃氣輪機循環(huán)是氣體動力循環(huán)的一種形式 據(jù)燃氣輪機知識 降低燃氣輪機的吸 氣溫度 將會顯著提高循環(huán)做功和循環(huán)效率 實際應用中 通常利用LNG預冷空氣來 提高機組的效率 增加發(fā)電量 由于LNG氣化的溫度很低 因此需采用易揮發(fā)介質(zhì)作 為中間載冷劑 將冷能傳遞給空氣 但溫度必須嚴格控制在0 以上 以防止水蒸氣在 冷卻裝置上凍結(jié) 造成冰堵 LNG冷能發(fā)電是一種新型的無污染發(fā)電方式 是一種節(jié)能的好方法 但它只考慮 到LNG的冷能回收利用 并沒有對LNG冷能品位的利用 這種方式對冷能的回收效率是 相當?shù)偷?現(xiàn)實生產(chǎn)1t的LNG要消耗850kW h能量 即使LNG擁有的冷能以100 的效 率轉(zhuǎn)化為電能 1t LNG的冷能也只相當于240kWh 所以 利用LNG冷能發(fā)電是最可能 大規(guī)模實現(xiàn)的方式 但卻不是利用LNG冷能最科學的方式 化分離空氣 通常的空氣分離辦法就是講空氣液化 通過工質(zhì)為氟利昂冷凍機 膨脹透平制冷 進行空氣的液化分離 提取氮氣 氧氣 氬氣等 而LNG冷能分離空氣 是通過工質(zhì) 氮氣換冷 利用氮氣冷卻來實現(xiàn)的 利用LNG的低溫特性不但可減少建設費用 而且生產(chǎn)液氮 液氧的單位耗能也大 大降低了 由于LNG冷能分離空氣能夠減少制冷時電力的消耗 此法分離空氣得到了 充分的應用 回收的LNG冷能和兩級壓縮式制冷機冷卻空氣 制 取液氧 液氮 制冷劑容易實現(xiàn)小型化 電能消耗相對較低 水消耗也減少30 液 氮 液氧的生產(chǎn)成本顯著下降 經(jīng)濟效益相當可觀 此外 低成本制造的液氮可以拓 展LNG應用的溫度領(lǐng)域 達到更低 196 可以用于真空冷阱 生產(chǎn)半導體器材 食 品速凍等 利用制取的液氧還可以進一步得到高純度的臭氧 在污水處理方面用處很 大 液化CO2和干冰 工業(yè)生產(chǎn)中很多地方都產(chǎn)生大量的CO2 尤其是發(fā)電廠 化工廠和油氣田生產(chǎn)等 大量的二氧化碳排放引起全球性的氣候變暖 溫室效應加劇 因此如何處理CO2已經(jīng)成 為一個棘手的難題 方法之一就是將其液化 固化 傳統(tǒng)的CO2液化工藝是將CO2壓縮 至2 5MPa 3 0 MPa再利用制冷設備冷卻后液化 利用LNG冷能則很容易獲得冷卻和液 化CO2所需要的低溫 從而使制冷設備的工作壓力降低到0 9 MPa左右 以化工廠的副 產(chǎn)品CO2為原料 利用LNG冷能制造CO2和干冰 不但耗電量減少 而且產(chǎn)品的純度高 達99 99 凍倉庫和低溫儲糧 LNG接收站和大型的冷庫基本都建在港口碼頭附近 因此 冷庫利用LNG回收的冷 能就很方便 利用LNG冷能作為冷源的冷庫 只需將載冷劑冷卻到一定的溫度后經(jīng)管 道進入冷庫 糧庫 冷藏庫 通過內(nèi)部的冷卻盤管釋放冷能 實現(xiàn)對物品 糧食的冷 凍和冷藏 雖然冷庫使LNG的冷能幾乎無浪費地使用 且不用制冷機 降低了建造費 和運行費 但一般的冷庫只需維持在 50 65 即可 而將 162 的LNG冷能全部用 于冷庫制冷是不必要的 為了高效的利用LNG的冷能 可以將LNG分成不同的溫度帶 采用不同的載冷劑進行換冷 依次進入低溫凍結(jié)庫 低溫凍結(jié)裝置 冷凍庫 冷藏室 預冷裝置 這樣冷能的利用率就大幅度提高了 運行成本較機械制冷下降很多 目前 我國規(guī)劃建設的LNG接收站均位于經(jīng)濟發(fā)達的東南沿海地區(qū)的港口附近 而同樣為了 便于運輸與周轉(zhuǎn) 大型的糧食儲備庫也均建在交通運輸便利的港口附近 例如 福建 LNG接收站緊鄰中央儲備糧莆田直屬庫 這位糧食儲備庫按照 溫度對口 梯級利用 原則利用LNG冷能進行低溫儲糧提供了可能 糧食儲備庫利用LNG冷能進行低溫儲糧 主要有兩種方式 即直接利用LNG冷能和利用LNG冷能空分裝置副產(chǎn)的污氮氣體 區(qū) 別于純氮 含氧量在5 以下 LNG實現(xiàn)低溫儲糧 不僅可以降低低溫儲糧的能耗成 本 也為LNG冷能的利用提供了新的方法 輪胎 塑料以及其他的化學合成物在常溫不易粉碎也不容易降解 回收起來相當 困難 但它們基本都具有低溫冷脆性 當溫度低到一定程度時 其強度大大降低 只 需很小的沖擊力就能將其粉碎 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 天然氣生產(chǎn)中通常要回收乙烷及乙烷以上的輕烴 除了使天然氣達到商品外輸要 求外 還可以追求最大的利潤 而LNG冷能用于C2 分離切割和裂解制乙烯裝置中的裂 解產(chǎn)物的深冷切割 這是LNG冷能利用的極佳途徑 LNG冷能用于輕烴分離的產(chǎn)品主 要是乙烷 丙烷和少量的丁烷 可以進一步的切割 得到丙烷 LPG 丙烷和丁烷 天然汽油 C5 分別出售 提高天然氣處理廠的經(jīng)濟效益 用于乙烯裂解氣的分離 可以降低乙烯的生產(chǎn)成本 市場前景樂觀 LNG冷能的梯級利用 上述提到 僅僅考慮LNG冷能的回收是不夠的 還應考慮LNG冷能品味的利用 這樣能量的利用率才有較大的提高 而對LNG冷能進行梯級利用是一個很好的途徑 分離空氣的溫度范圍是 150 190 而LNG的氣化溫度是 162 處于空分溫 度的范圍之間 二者相匹配 把空分作為LNG冷能梯級利用的第一級 能夠充分利用 LNG的低溫特性 LNG在第一級換熱出來的溫度大概在 100 左右 而CO2的液化溫度 是 70 干冰的生成溫度是 78 5 因此 制取液化CO2和干冰可以作為LNG冷能梯 級利用的第二級 此后 LNG溫度與環(huán)境溫度仍有很大的差距 而冷庫的溫度范圍為 60 10 此溫度范圍正適合作為LNG冷能梯級利用的第三級 三級之后 LNG氣 化的溫度差不多就是供氣的溫度 經(jīng)供氣前處理后供給天然氣用戶 LNG經(jīng)低溫儲罐 或管道出來后 經(jīng)過三級冷能利用設備 溫度不斷的提高 同時各級換熱溫度匹配良 好 較為充分的利用了LNG的冷能 結(jié)束語 LNG冷能利用前景相當廣闊 積極合理利用蘊藏的冷能具有重要的意義 提梯級利 用冷能是提高冷能利用率的有效途徑 特別的是 LNG冷能的利用應向集成化 一體 化 高效化發(fā)展 達到能源