液化天然气冷能回收及其利用

　　【摘 要】随着天然气利用技术的不断发展，液化天然气（LNG）的产业也取得了突破性的发展，由于LNG中蕴藏着极大的冷量，因此在当前社会的生产生活中都能够发挥重要的作用。由于全球能源储量较为紧张，随着LNG销量不断的上升，合理的LNG冷能使用显得尤为重要。文章分析了LNG冷能的实际应用情况，具体有利用冷能发电、液化分析空气、干冰和液态二氧化碳的制取、仓库冷冻和储粮等，同时对LNG冷量利用中存在的问题和对策进行了分析。
　　【关键词】液化天然气；冷能回收；利用
　　LNG的使用范围非常的广泛，主要通过输气管网将气化后的LNG向各类用户进行输送，在我国的汽车燃料、工业燃料、化工原料、燃气空调以及城市燃气中都得到了大量利用。LNG的气化过程大约有830kL/kg的低温能量产生。利用天然气气化器可以使这些冷量被海水、蒸汽、空气乙二醇以及导热油进行吸收，但是其中的冷量火用并没有完全得到利用，因此导致了大量冷量火用被浪费。所以加强LNG冷能的高效利用具有十分重要的现实意义。
　　一、LNG冷能利用分析
　　（一）利用冷能发电
　　（1）膨胀发电。当LNG从管道或者低温储罐出来的时候，利用低温泵将LNG加压，再通过汽化器将LNG气化成高压天然气，从而对膨胀机进行驱动继而使发电机发电。整个发电过程中使用的主要是LNG的压力能，汽轮机进出口气体的压力比决定了冷量回收量[1]。虽然膨胀发电能够利用LNG冷能发电，并且对设备的要求要低且循环过程较为简单，但存在着一定的缺陷。膨胀发电没有较高的发电效率，发电功率比较低、仅能回收24%的冷能膨胀发电需要配合其他LNG冷能利用方法共同使用。
　　（2）将蒸汽动力循环的冷凝温度降低。利用低温的LNG来作为冷凝剂来使用，将冷量通过冷凝器向另一介质上进行转移，由于环境和介质之间存在温差，使介质在蒸汽动力循环中做功，以促使发电机发电。低温介质的不同对冷能的利用效率有着较大的影响，因此一定要选择合适的工作介质来进行发电。工作介质的选择对象主要有甲烷、乙烷、丙烷、乙烯或者这些单组份的混合物。使用单组份的工作介质只有18%的冷能回收率，而碳氢化合物的工作介质能够达到前者两倍的冷能回收率。在当前的生产中，通过都是将膨胀发电和此方法结合使用，通过提高天然气输送压力就能够使更多冷能被回收，从而使冷能的回收率得到进一步提升。
　　（3）降低气体动力循环的吸气温度。气体动力循环的形式之一就是燃气轮机循环。在燃气轮机中，通过将燃汽轮机的吸气温度降低，明显提高循环效率和循环做功。为了提高机组的工作效率通常都是使用LNG来对空气进行预冷，增加发电量。但由于LNG气化温度太低的原因，在中间载冷剂的选择上要使用比较容易会发的介质，顺利的向空气传递冷能。冷能传递的温度一定要控制好，必须要超过0℃，从而避免冷却装置上的水蒸气发生冻结，造成冰堵情况的发生。
　　（二）液化分离空气
　　分离空气的常规方法就是液化空气法，通过氟利昂冷冻机将工质膨胀透平制冷来实现液化分离空气，将氧气、氩气、氮气提取出来。利用LNG冷能分离空气的过程，使利用工质氮气换冷，通过氮气冷却来进行的。
　　利用LNG的冷能来实现空气的液化分离，不但有效降低设备建设的费用，也降低了液氧和液氮的单位耗能。传统的空气液化分离需要消耗大量的电能，而通过LNG冷能来进行空气的液化分离则能够使制冷的电力消耗得到有效减少，因此，使用LNG冷能来分离空气获得了广泛的应用。
　　（三）干冰和液态二氧化碳的制取
　　工业生产会排放大量的二氧化碳，因此二氧化碳的处理一直是社会各界密切关注的问题。二氧化碳的传统液化方式是将二氧化碳压缩之后再通过制冷设备来实现二氧化碳的液化。通过LNG冷能则非常容易能够冷却二氧化碳以及达营造二氧化碳液化的环境温度，降低了制冷设备的工作压力。利用LNG冷能能够使工厂副产品二氧化碳制造出干冰以及液态二氧化碳，在明显降低耗电量的同时还能够进一步的提升产品纯度。
　　二、LNG冷能回收利用中存在的问题和对策
　　国内在LNG冷能的项目投入和建设上起步较晚，并且发展的时间比较短，LNG冷能的利用率也不是很高。国际上，除了日本根岸基地以及大阪燃气的LNG接收站具有较高的冷能利用率之外，其他的LNG接收站利用率都在20%～30%，利用率都处于较低的水平。影响LNG冷能利用率较低的因素主要由以下两个方面：
　　（一）LNG接收站气化操作受限制
　　LNG的冷能利用项目通常都需要保证项目的稳定性和持续性，然而由于随着不同季节和不同时段以及下游用户的消耗量影响，接收站LNG的气化量会经常的发生变化，白天的时候LNG的气化量保持正常，到了夜晚，用户用气量较少，而LNG的气化量也非常的少，甚至不会继续气化，导致LNG的冷能利用装置无法保持稳定性和连续性[4]。因此，在LNG冷能利用的项目上通常按照最低的LNG冷能利用量来进行设计，进而导致LNG冷能利用规模受到限制，使利用率得不到提升。这也是影响LNG冷能利用的重大难题和挑战。
　　为了解决上述问题，可以采取以下对策：在进行LNG接收站的地址选择时要进行统筹规划，综合考虑冷能利用产业的布局和配置，可以在LNG接收站附近设置发电厂、化工厂、石油厂等能够较大程度利用到冷能的企业，促进LNG冷能利用的工业集群式发展。部分地区由于没有工业集群发展模式的基本条件，可以通过对不同的LNG冷能进行集成发展，以提升LNG的冷能利用效率，增加LNG冷能梯级利用。
　　（二）LNG冷能利用项目的投资管理模式矛盾
　　当前国内LNG接收站利用LNG冷能的项目非常少，大部分都是由其他公司负责投资和建设的，由于其他公司的主体与LNG接收站投资主体存在较大的差异，所以LNG接收站在冷能利用項目上存在无法协调和不能衔接的问题[5]。并且由于国内天然气定价机制的影响，LNG接收站的业主主要以巨额投资项目安全稳定运行为重心，防止冷能的利用干扰LNG气化的供应，因此在一定程度上对LNG冷能利用造成影响。可以从改革国内投资管理机制方面着手，将冷能的利用与接收站进行充分结合成为有机整体，让接收站成立子公司，而冷能利用项目作为子公司的项目，也可以通过将接收站和冷能利用合并到一个母公司下，从而为冷能的有效利用提供条件。
　　（三）LNG冷能接收站地址选择受到限制
　　LNG冷能利用项目没有综合考虑产业布局，同时冷能利用产业建设时缺乏足够的工业用地，导致冷能用户和需求非常的少。在LNG冷能项目选址的过程中一定要进行充分的考虑，为LNG接收站附近预留出发展冷能利用产业的必要土地资源，促进LNG冷能利用产业的扩张和发展。
　　三、结束语
　　由于我国LNG冷能利用产业处于较为基础的阶段，发展的时间并不是很长，因此如何提高LNG冷能利用率上还需要很长的一段路要走。作为我国节能减排的重要课题之一，LNG冷能的高效对促进我国工业发展以及生产生活资源的节约具有十分重要的意义，相信随着国内经济和科学技术的不断进步，LNG冷量利用产业会逐渐的壮大下去。
　　【参考文献】
　　[1]王方，付一珂，范晓伟，等.液化天然气（LNG）冷能利用研究进展[J].化工进展，2016，35（3）：748-753.
　　[2]郭永昌，胡晖.LNG冷能空分装置节能分析及问题探讨[J].制冷，2017，36（2）：89-92.
　　[3]王昊，马贵阳，王锡钰，等.液化天然气冷能构成与有效利用方式分析[J].当代化工，2015，（10）：2357-2359.