液化天然气2

液化天然气（LNG）冷能利用技术分析摘要：大家都知道现在有一句流行词叫做低碳环保，因此低碳现在已经成为国家非常重视的一点，所以低碳能源现在已经成为及其重要的战略目标，液化天然气主要成分是甲烷，大家在初中都已经学过甲烷的化学成分，燃烧后产生二氧化碳和水，是较为清洁的能源，液化天然气在使用前必须经过气化后以气态通过管道输送到用户，气化过程中会释放众多冷能，冷能也是很重要的能量，当然，要是能够把这部分能量合理利用，那么会为国家和社会带来巨大的效益，本文介绍液化天然气冷能利用的领域、方式和途径对各种冷能利用技术的优缺点及技术成熟性进行了比较。关键词：LNG，冷能，冷库天然气的主要成分是甲烷，临界温度为190.58K，将1吨的LNG气化释放大约为830kJ/kg的能量，这部分能量对于中国能源缺少的国家来说是非常值得利用的，LNG冷能可分为直接利用和简介利用两种，直接利用包括空气夜话，分离，发电，冷库和制取液化二氧化碳和干冰以及海水淡化等，间接利用包括低温破碎，冷冻食品，水和污染物处理等。根据我国LNG的发展规划，2015年LNG进口将达到552亿立方米，相当于4200万吨每年可利用的冷能约为105亿千瓦每小时，相当于210万千瓦装机的年发电量，即使考虑接收站工艺自耗以及热交换工作效率，可供的LNG冷能还是相当可观的，因此回首这部分能量具有重要的意义。我国LNG产业的发展阶段尚处于初级，发展相当不成熟，而且用户对于LNG的认识不足，我国的消费结构对于LNG来说也不合理，我国城市发展水平差异较大，对于气价承受能力不同，国家对LNG方面的政策有待完善，以上诸多问题制约着我国的LNG的广泛发展，而且天然气管道网络系统和基础设施薄弱也是对我国全面推广LNG产生了不利影响。这些问题现在正在逐步完善。国内外LNG冷能的利用技术：1：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，不但可以较大程度上的降低能耗，而且可以简化空气分离的流程，减少投资建设费用没降低事故风险，另一方面，可以有效的减少LNG的气化费用，空分设备能耗较高，能源消耗占空分的７０％￣８０％。例如，一套７２０００ｍ３／ｈ空分设备的主空压机电机容量达３１０００ｋＷ，相当于一个小城镇的民用电量。因此，如何降低单位制氧耗电一直是空分行业关注的主要问题。利用ＬＮＧ高品质的低温冷能是有效降低空分单位制氧耗电的途径之一，做为世界上最大的液化天然气进口国家，日本在将LNG冷量应用于空气分离方面已经有较为成功的实践，与此同时，其他国家也将LNG冷量用于空分的成功流程案例，特别是空气装置联合运行的LNG发电系统的投入使用，更是拓展了LNG冷能利用与空气分离的领域，这种在LNG电站中将发电，空气分离和LNG气化利用相互结合的零排放系统中，LNG与空气分离装置输出的冷洋氧气和冷氮气在一起被用来冷却空气分离系统中的多级压缩机，将可以得到更低的单位能耗指标，达到节能目的。通过大量的学术研究和实际验总结，将LNG冷能引入空气分离装置主要有两点优势，其一是可以提高空气分离装置的液化率，使其生产流程中产生更多的液体满足市场需求，其二是降低空气分离装置的压力，以求减少装置的投资和运行费用，各有优势和特点，针对不同项目应选取何种流程方式，需要对具体情况进行实际的探讨和研究2：制取碳和干冰液态二氧化碳可利用与食品冷藏，焊接和铸造等领域，同时也是苏打汽水的主要原料，固态二氧化碳同样可以应用于冷藏运输以及众多的工业流程。液态二氧化碳和固态二氧化碳低二氧化碳通过压缩，提纯等工艺获得的，传统的工艺流程是将二氧化碳首先压缩到2.5至3.0兆帕，再利用制冷设备将其冷却和液化，如果在制冷设备的制冷过程中利用LNG在转化过程中释放的冷量的话，则将非常容易获得冷却和液化二氧化碳所需要的低温环境，因此，新型的LNG冷能利用技术叫传统的液化工艺相比，制冷设备的负荷会大幅度减少，初步估算，整个艺流程所消耗的电能将降为原来的百分之30到百分之40左右，节能效果明显。3：冷库中的应用：食品的腐坏主要是由于其自身发生了生物的化学反应，如果将食品放置于低温环境中在，则可大大缓解生物化学反应的速度，使新鲜的食品能够保存相对较长的时间，低温冷藏室当前世界范围内应用食品保鲜的主要方法，同事也广泛应用于生物制药保存，弹药储存的众多领域。目前绝大多数的冷库是采用多级压缩机和螺杆式制冷装置维持冷库较低温环境，此类工艺流程消耗电力较大，涉及装置设备繁多，如果我们采用LNG的冷量作为冷库的冷源，则可通过较为简易的工艺很容易的将载冷剂氟利昂冷却至-65度及其以下温度，然后再通过氟利昂制冷循环系统将冷能送至冷库之中，将冷库温度维持在-50~-55度的范围内，整个工艺流程所消耗的电能也将降低百分之六十五。4：低温破碎和粉碎:绝大多数的物质在一定的低温下会失去延展性，瞬间变得比较脆弱，如外部实施相对较小的作用力，很容易将其破碎或是粉碎，根据以上原理，目前低温破碎和粉碎工艺就是利用了物质的低温脆性，采用液态氮气作为外部施力物。美国ＵＣＣ粉碎法美国ＵＣＣ公司是世界上最早开发冷冻粉碎工艺的生产商之一，１９７１年完成了废橡胶的冷冻粉碎方法。ＵＣＣ冷冻粉碎法可生产０．０３ｍｍ（３２５目）以下的胶粉，工艺过程基本上分为有预冷处理和无预冷处理两条线。有预冷处理的整个工艺过程都在冷冻状态下进行。首先在液氮冷冻装置中将废橡胶冷冻到－４０℃以下，接着进行冲击破碎，然后用分离装置筛除金属和纤维，在粉碎装置中粉碎废胶块，再进入流体粉碎机，从粗碎机出来的胶粉粒通过低温筛分装置，筛出的粗粒返回粗碎机继续粉碎。无预冷处理粉碎工艺过程中的一部分在常温下进行。首先将去除胎圈的废轮胎送入破碎机中粗碎，经磁选器除去金属后，送入冷却装置或直接送入细碎机实行冷冻粉碎，再经过磁选器和筛分装置，分离出金属和纤维，最后送入旋风分离器通常应用的低温破碎和粉碎具有以下特点（1）室温下具有延展性和弹性的物质，在低温下都会变得易脆，可以很容易地被粉碎（2）低温粉碎后的微粒有着极佳的尺寸分布和流动性（3）食品和调料的味道和香味并不会因此损失根据以上特点，LNG冷能在轮胎废料的资源回收系统，塑料的低温粉碎系统等方面已经取得了深入的研究和初步应用5：潜艇废气处理：在军用前厅的动力系统中，热机的废气排放是需要谨慎解决的问题，针对此类问题，归类于两大方面，第一，潜艇一般处于水下航行，平时整个潜艇承受着较大的水压。对于有时需要潜水到水下几千米以及深水作业和航行的潜艇更为如此，在这么高压状态下，交于常压情况下热机燃烧后排放废气这一司空见惯的操作，将变得及其困难和复杂，甚者，排放气体所可能消耗的能量可占到整个热机输出能量的百分之三十，第二点，对于承担军事任务且不能够采用空气推进技术的军用潜艇而言，是绝对不可以排放会暴露自身行踪的废气的。要解决这一问题，目前主要有两大方案，第一是“减排”通过设备和技术的改进，尽可能提高热机效率，使得燃料充分燃烧，减少废气中某些成分的产生量，第二是“储能”在潜艇的动力系统后面建立一套技术可行的储存系统，将那些通过减排后实在不能消除的废气进行分解和储存，然而对于要求轻装设备工艺的潜艇而言，这将会使抢听的负载增加，能好提高。对于上述看似无法解决的矛盾，液化天然气作为供给燃料的优越性则将体现出来了，液化天然气除了自身有着较高热值的燃烧性能之外，更是一种超低温燃料，我们完全可以通过其在气化时所散发的冷量使废气中的部分成分液化，缩小二氧化碳的体积，便于在较低的压力环境下储存，这样，二氧化碳液化储存系统只需要消耗相对较小的压缩功，同时达到了节能的目的。6：ＩＧＣＣ整体煤气化联合循环发电（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＧａｓｉｆｉｃａ－ｔｉｏｎＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅ，简称ＩＧＣＣ）技术是以煤气化为上游，结合高效的燃气－蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术。在ＬＮＧ冷能利用产业链上，ＩＧＣＣ属于利用空分产品的下游装置。ＩＧＣＣ煤气化部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置）；燃气－蒸汽联合循环发电部分的主要设有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。ＩＧＣＣ的工艺流程简述如下：原料煤在气化装置中转变为中低热值煤气，在净化装置中除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。7：利用ＬＮＧ冷能进行海水淡化利用冷冻法进行海水淡化具有其他海水淡化工艺不具备的优点。（１）用蒸馏法得到的几乎是蒸馏水，即所谓的纯水。用冷冻法除了重离子被沉淀外，一些人体需要的有益微量元素仍然保留在水中。（２）因为水的汽化热在１００℃时为２２５７．２ｋＪ／ｋｇ，水的融化热仅为３３４．４ｋＪ／ｋｇ，冷冻法与其他淡化方法相比能耗较低。（３）由于冷冻法是在低温条件下操作，对设备的腐蚀和结垢问题相对缓和。（４）不需对海水进行预处理，降低了成本（５）特别适用于低附加值的产业，如农业灌溉等。目前将冷冻法与其他方法相结合，不仅减少浓盐水排放带来的环境污染问题，而且可以综合利用海水资源，开发副产品，如蒸馏－冷冻、反渗透－冷冻、太阳能－冷冻等。利用ＬＮＧ冷能，把液态海水固化，先驱除了海水中的大量盐分，然后在经过反渗透法得到淡水，这种方法可以比上面的方法节约能源４０％左右。综合考虑各种因素，冷冻法在经济上和技术上都具有一定的优势。此外，以上方法的组合也日益受到重视。在实际选用中，究竟哪种方法最好，也不是绝对的，要根据规模大小、能源费用、海水水质、气候条件以及技术与安全性等实际条件而定。实际上，一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。其中，预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加必要的药剂等；脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分。这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回收措施；后处理则是对不同淡化方法的产品水，针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等。海水淡化过程无论采水的冰点附近，再进入压力和温度低于海水三相点温度和压力的蒸发结晶器，使蒸发与结晶同时进行。根据水的三相图，降低蒸发结晶器内产生的低压水蒸汽的温度使之低于其平衡温度以下，能使蒸汽冷凝成冰。8：蓄冷装置：LNG作为一次能源，主要应用于城市和发电厂需求，同时LNG在变相为气态天然气的气化过程中释放的气化负荷也将会伴随着时间和季节变化而发生波动，在一般情况下对天然气的需求不均匀性主要表现在白昼和冬季时用气量较大，LNG在气化过程当中所提供的冷能也较多，在夜晚和夏季对天然气的需求量减少，则可以利用的LNG冷量也随之减少MLNG冷凉的持续波动会对冷量利用设备的运行产生不利的影响，如在冷量供应和冷量利用设备之间设计一种可以储蓄和储存冷能的装置，则可以有效解决兑取利用设备的影响。目前全世界范围内多数研究机构主要致力于一种特殊的相变物质的潜热来储存LNG冷能，大致的原理如下，白天LNG冷量充足的时候，相变物质吸收冷量二凝固，达到蓄冷的目的，夜间LNG供求量不足的时候，相变物质此时开始进行溶解，释放冷量供给冷量利用设备，以此达到平稳持续供冷的目的，变相物质的选择可以说是LNG蓄冷装置的关键，在充分考虑相变物质的熔点，沸点等物质属性的前提下，需要兼顾使用过程中的安全性问题，当前此类技术尚处于研究阶段。以上对LNG冷能的应用分析是比较初步和片面的除以上利用方式外，LNG冷能还可以运用发电，汽车空调和汽车冷藏等领域，LNG冷能利用的各个领域中仍然涉及很多更细，更复杂的设备流程和工艺流程原理，以求真正建立属于我们国家的LNG冷能应用产业链，需要相关专业人士的共同努力结论和展望：合理的工艺技术方案是ＬＮＧ冷能利用竞争力的核心因素。和常规的生产