液化天然氣（LNG）冷能回收及其利用

張金枝

【摘 要】隨著天然氣利用技術的不斷發展，液化天然氣（LNG）的產業也取得了突破性的發展，由于LNG中蘊藏著極大的冷量，因此在當前社會的生產生活中都能夠發揮重要的作用。由于全球能源儲量較為緊張，隨著LNG銷量不斷的上升，合理的LNG冷能使用顯得尤為重要。文章分析了LNG冷能的實際應用情況，具體有利用冷能發電、液化分析空氣、干冰和液態二氧化碳的制取、倉庫冷凍和儲糧等，同時對LNG冷量利用中存在的問題和對策進行了分析。

【關鍵詞】液化天然氣；冷能回收；利用

LNG的使用范圍非常的廣泛，主要通過輸氣管網將氣化后的LNG向各類用戶進行輸送，在我國的汽車燃料、工業燃料、化工原料、燃氣空調以及城市燃氣中都得到了大量利用。LNG的氣化過程大約有830kL/kg的低溫能量產生。利用天然氣氣化器可以使這些冷量被海水、蒸汽、空氣乙二醇以及導熱油進行吸收，但是其中的冷量火用并沒有完全得到利用，因此導致了大量冷量火用被浪費。所以加強LNG冷能的高效利用具有十分重要的現實意義。

一、LNG冷能利用分析

（一）利用冷能發電

（1）膨脹發電。當LNG從管道或者低溫儲罐出來的時候，利用低溫泵將LNG加壓，再通過汽化器將LNG氣化成高壓天然氣，從而對膨脹機進行驅動繼而使發電機發電。整個發電過程中使用的主要是LNG的壓力能，汽輪機進出口氣體的壓力比決定了冷量回收量[1]。雖然膨脹發電能夠利用LNG冷能發電，并且對設備的要求要低且循環過程較為簡單，但存在著一定的缺陷。膨脹發電沒有較高的發電效率，發電功率比較低、僅能回收24%的冷能膨脹發電需要配合其他LNG冷能利用方法共同使用。

（2）將蒸汽動力循環的冷凝溫度降低。利用低溫的LNG來作為冷凝劑來使用，將冷量通過冷凝器向另一介質上進行轉移，由于環境和介質之間存在溫差，使介質在蒸汽動力循環中做功，以促使發電機發電。低溫介質的不同對冷能的利用效率有著較大的影響，因此一定要選擇合適的工作介質來進行發電。工作介質的選擇對象主要有甲烷、乙烷、丙烷、乙烯或者這些單組份的混合物。使用單組份的工作介質只有18%的冷能回收率，而碳氫化合物的工作介質能夠達到前者兩倍的冷能回收率。在當前的生產中，通過都是將膨脹發電和此方法結合使用，通過提高天然氣輸送壓力就能夠使更多冷能被回收，從而使冷能的回收率得到進一步提升。

（3）降低氣體動力循環的吸氣溫度。氣體動力循環的形式之一就是燃氣輪機循環。在燃氣輪機中，通過將燃汽輪機的吸氣溫度降低，明顯提高循環效率和循環做功。為了提高機組的工作效率通常都是使用LNG來對空氣進行預冷，增加發電量。但由于LNG氣化溫度太低的原因，在中間載冷劑的選擇上要使用比較容易會發的介質，順利的向空氣傳遞冷能。冷能傳遞的溫度一定要控制好，必須要超過0℃，從而避免冷卻裝置上的水蒸氣發生凍結，造成冰堵情況的發生。

（二）液化分離空氣

分離空氣的常規方法就是液化空氣法，通過氟利昂冷凍機將工質膨脹透平制冷來實現液化分離空氣，將氧氣、氬氣、氮氣提取出來。利用LNG冷能分離空氣的過程，使利用工質氮氣換冷，通過氮氣冷卻來進行的。

利用LNG的冷能來實現空氣的液化分離，不但有效降低設備建設的費用，也降低了液氧和液氮的單位耗能。傳統的空氣液化分離需要消耗大量的電能，而通過LNG冷能來進行空氣的液化分離則能夠使制冷的電力消耗得到有效減少，因此，使用LNG冷能來分離空氣獲得了廣泛的應用。

（三）干冰和液態二氧化碳的制取

工業生產會排放大量的二氧化碳，因此二氧化碳的處理一直是社會各界密切關注的問題。二氧化碳的傳統液化方式是將二氧化碳壓縮之后再通過制冷設備來實現二氧化碳的液化。通過LNG冷能則非常容易能夠冷卻二氧化碳以及達營造二氧化碳液化的環境溫度，降低了制冷設備的工作壓力。利用LNG冷能能夠使工廠副產品二氧化碳制造出干冰以及液態二氧化碳，在明顯降低耗電量的同時還能夠進一步的提升產品純度。

二、LNG冷能回收利用中存在的問題和對策

國內在LNG冷能的項目投入和建設上起步較晚，并且發展的時間比較短，LNG冷能的利用率也不是很高。國際上，除了日本根岸基地以及大阪燃氣的LNG接收站具有較高的冷能利用率之外，其他的LNG接收站利用率都在20%～30%，利用率都處于較低的水平。影響LNG冷能利用率較低的因素主要由以下兩個方面：

（一）LNG接收站氣化操作受限制

LNG的冷能利用項目通常都需要保證項目的穩定性和持續性，然而由于隨著不同季節和不同時段以及下游用戶的消耗量影響，接收站LNG的氣化量會經常的發生變化，白天的時候LNG的氣化量保持正常，到了夜晚，用戶用氣量較少，而LNG的氣化量也非常的少，甚至不會繼續氣化，導致LNG的冷能利用裝置無法保持穩定性和連續性[4]。因此，在LNG冷能利用的項目上通常按照最低的LNG冷能利用量來進行設計，進而導致LNG冷能利用規模受到限制，使利用率得不到提升。這也是影響LNG冷能利用的重大難題和挑戰。

為了解決上述問題，可以采取以下對策：在進行LNG接收站的地址選擇時要進行統籌規劃，綜合考慮冷能利用產業的布局和配置，可以在LNG接收站附近設置發電廠、化工廠、石油廠等能夠較大程度利用到冷能的企業，促進LNG冷能利用的工業集群式發展。部分地區由于沒有工業集群發展模式的基本條件，可以通過對不同的LNG冷能進行集成發展，以提升LNG的冷能利用效率，增加LNG冷能梯級利用。

（二）LNG冷能利用項目的投資管理模式矛盾

當前國內LNG接收站利用LNG冷能的項目非常少，大部分都是由其他公司負責投資和建設的，由于其他公司的主體與LNG接收站投資主體存在較大的差異，所以LNG接收站在冷能利用項目上存在無法協調和不能銜接的問題[5]。并且由于國內天然氣定價機制的影響，LNG接收站的業主主要以巨額投資項目安全穩定運行為重心，防止冷能的利用干擾LNG氣化的供應，因此在一定程度上對LNG冷能利用造成影響。可以從改革國內投資管理機制方面著手，將冷能的利用與接收站進行充分結合成為有機整體，讓接收站成立子公司，而冷能利用項目作為子公司的項目，也可以通過將接收站和冷能利用合并到一個母公司下，從而為冷能的有效利用提供條件。

（三）LNG冷能接收站地址選擇受到限制

LNG冷能利用項目沒有綜合考慮產業布局，同時冷能利用產業建設時缺乏足夠的工業用地，導致冷能用戶和需求非常的少。在LNG冷能項目選址的過程中一定要進行充分的考慮，為LNG接收站附近預留出發展冷能利用產業的必要土地資源，促進LNG冷能利用產業的擴張和發展。

三、結束語

由于我國LNG冷能利用產業處于較為基礎的階段，發展的時間并不是很長，因此如何提高LNG冷能利用率上還需要很長的一段路要走。作為我國節能減排的重要課題之一，LNG冷能的高效對促進我國工業發展以及生產生活資源的節約具有十分重要的意義，相信隨著國內經濟和科學技術的不斷進步，LNG冷量利用產業會逐漸的壯大下去。

【參考文獻】

[1]王方，付一珂，范曉偉，等.液化天然氣（LNG）冷能利用研究進展[J].化工進展，2016，35（3）：748-753.

[2]郭永昌，胡暉.LNG冷能空分裝置節能分析及問題探討[J].制冷，2017，36（2）：89-92.

[3]王昊，馬貴陽，王錫鈺，等.液化天然氣冷能構成與有效利用方式分析[J].當代化工，2015，（10）：2357-2359.