冷能利用现状及发展前景

冷能利用现状及发展前景

摘要随着我国大量进口lng，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，综述了目前国内外对lng冷能利用的现状，对现有的lng冷能利用的主要利用方式：冷能发电、空气分离、液化二氧化碳等进行了分析和评价。指出了上述种种利用方法主要是只考虑了冷能的回收，而没有考虑品位的利用，造成大量火用损耗;并且大多是孤立地应用lng冷能，没有和lng的应用相集成。进而介绍了包括利用冷能的新型动力循环和分离c2+烃在内的lng冷能利用的研究进展;最后提出了与lng的综合利用相集成的冷能利用集成优化的思路———将lng接收站与冷能工业园区一体化建设，以逐级利用lng冷能提高其利用效率。

主题词液化天然气冷能利用分析评价集成优化

目前，全球lng贸易量超过1×108t，并在继续增长，在lng接收站，一般都将lng通过气化器气化后使用，气化时会放出很大的冷能，其值约为830kj/kg〔1〕。如何通过特定的工艺技术充分利用lng冷能，是专家们一直在研究的问题。

一、lng冷能利用技术现状与评述

目前全世界在11个国家和地区有38个lng接受站在运行，其中日本有23个〔2〕。lng冷能利用的问题已越来越受到关注，为此对lng冷能利用原理进行了研究〔3〕。现有的lng冷能利用有两种方式〔4〕：①直接利用：冷能发电、空气分离、冷冻仓库、液化二氧化碳;②间接利用：用空分得到的液氮、液氧来进行低温破碎、污水处理等。

1.利用lng冷能发电利用lng冷能发电较多，技术较为成熟。用lng冷能发电主要是利用lng的低温冷能使工质液化，然后工质经加热气化再在气轮机中膨胀做功带动发电机发电。主要有以下3种方式。

（1）直接膨胀发电lng储罐来的lng经低温泵加压后，在气化器受热气化为高压天然气，然后利用lng的物理火用在高压气化时转化成的压力火用，直接驱动透平膨胀机，带动发电机发电。其冷热能回收量取决于气轮机进出口气体的压力比。这种方法原理简单，但是效率不高，发电功率较小，冷能回收效率仅为24%。但该方法适合用于回收部分冷能，并可考虑与其他lng冷能利用的方法联合使用。

（2）降低蒸气动力循环的冷凝温度最基本的蒸气动力循环为朗肯循环，它由锅炉、气轮机、冷凝器和水泵组成。通常冷凝器采用冷却水作为冷源。其原理是：将lng通过冷凝器把冷能转化到某一冷媒上，利用lng与环境之间的温差，推动冷媒进行蒸气动力循环，从而对外做功。根据中间媒质的不同，存在单工质、混合工质的朗肯循环系统。单工质朗肯循环系统一般使用纯的甲烷或乙烯，其实用装置冷能回收量大约为18%混合工质朗肯循环系统工质为碳氢化合物的混合物，工质冷凝器采用多流体换热器，在换热器中lng利用工质自身的显热和潜热进行预热或部分气化，然后在蒸发器中全部气化进入输气管线。采用此系统只用了一级朗肯循环就可得到相当多的动力，整个系统的效率约为36%。目前采用最为广泛的是将以上2种方法联合使用。这可使冷热能的回收效率大大提高。即使天然气的输送压力提高也可回收相当多的冷热，能量的利用率比2个单独的系统要高，但冷热能的回收效率也只能达到36%。