液化天然气冷能利用发电技术研究

液化天然气冷能利用发电技术研究

肖现科李军张月霞

肖现科李军张月霞

河南安彩高科股份有限公司河南省安阳市455000

摘要：液化天然气英文缩写为LNG，由于其成分简单、燃烧污染小，被公认为世界上最为干净的能源。通常采用先汽化再冷却的制作方式提供给人们使用，在这个过程中LNG温度从-162℃恢复到常温约20℃左右，并释放出蕴含的大量冷能。据不完全统计，2016年中国LNG进口量达337.6亿m3，比上年大幅增加79.2亿m3，增幅高达30.6%。随着中国清洁能源战略实施，“煤改气”政策不断深入，不难想象LNG及其相关领域在中国未来的发展趋势，与此同时也给LNG冷能回收利用研究创造了一个坚实可靠的平台，也因此成为了时下相关领域专家学者的重点关注对象。本文主要针对液化天然气冷能利用发电技术进行简要分析。

关键词：液化天然气；冷能利用；发电技术

1LNG冷能安全评价体系

由于超低温的LNG在转变为常温状态的过程中，会与周围的环境形成一个温度差和压力差，为了达到平衡就会进行冷能的释放，然后把这些能量进行回收贮存，以期于后续被利用的这一过程就叫做LNG的冷能利用。为了高效、完备地利用LNG中所蕴含的冷能，首先应对LNG及其冷能利用进行安全性评价。本文采用本质安全指标法对其进行研究，是基于其能充分将外界环境条件考虑在内，同时能合理地对各项安全因素做出定量评价。

本质安全指标法，是20世纪70年代Kletz教授提出的新的安全理念，是利用物质或过程本身所固有的属性消除或减少危害，其分析过程针对物质本身和过程添加相应指标，量化评分，从而对相关决策进行判断和优化改进。如表1所示LNG及冷能利用安全评价指标值，由评价结果可以看出LNG的反应热、过程高压性、易燃易爆性为冷能利用装备设计及使用过程中需要重点考虑的问题。

表1LNG及冷能利用的本质安全指标法体系评价

2LNG冷能利用的相关方法和分类

由于LNG冷能的重大利用价值，目前被广泛用于发电站发电、冷藏库冷冻、相关气体的分离、汽车内部空调制造等行业，其中已被利用于发电站最具有研究意义和应用前景。从LNG的相关研究数据表明，其在温度越低的环境下所蕴藏的冷能越大，与环境温度越是接近，其所消耗的冷能越是严重。值得欣喜的是，在对气体进行分离的环境中，其温度往往比LNG的温度还低，这就给冷能的利用提供了场所，所以应当充分利用这一特性，使冷能的利用率达到最大化。众所周知，冷冻库冷藏食物需要大量的冷能，因此在冷冻系统中利用冷能，不仅可以制冷为食物保险，还可以大大节约冷冻库的投资成本，更高层次地节约了电能的消耗。因而LNG冷能在冷冻、冷藏、造干冰，以及LNG汽车空调应用中仍具有较高的经济价值，市场利用前景广阔。当前LNG冷能利用的方式主要有如下几种。

2.1冷能在发电方面的应用

目前，冷能发电主要有中间介质郎肯循环和直接膨胀与中间介质循环两种方式，这两种方式各有千秋，但单从同等重量LNG发电量来说，前者优于后者。

2.2在液氧、液氮分离中的应用

对每立方米空气分离大致需要600千卡的冷却能量，然而通过对LNG的引入和利用，不仅使每立方米液氧生产所需的电量从以前的1.2kW•h降低到了现在的0.5kW•h，还使LNG的低温特性得到了充分的利用。

2.3在冷冻仓库方面的应用

氟利昂作为冷冻仓库的冷却介质在仓库内循环流转冷却，原理是利用LNG与氟利昂R-12进行热交换，实现介质冷却。不同于传统的冷却方式，这种冷却方法从根源上解决了以往冷冻库对大型冷冻设备的依赖，极大地减少了对电力的使用，很大程度上降低了贮存成本，节能效果明显。

2.4在液态二氧化碳制造上的应用

液态二氧化碳主要是用在焊接、铸造等生产工艺之中，并且需求量巨大。LNG冷能在二氧化碳制造中的应用，可谓是二氧化碳厂家的福音，因为这种制造方法的引用不仅使得液态二氧化碳具有很高的纯度，而且在建设费用和电力消耗这两方面分别降低了10%和50%。

2.5LNG间接利用开发

所谓的间接开发利用就是对LNG冷能所产生物质的一种衍生利用，即是对液态氧和液态氮的利用。比如液态氮可以在不同低温的情况下把在常温下不容易碎裂的一些物质甚至是成分极其复杂的混合物进行破碎，而且通过这种方式进行破碎的物质不仅颗粒微小，还能进行二次分离，并且没有任何微粒爆炸和空气污染的危险。此外，液态氧也常被用来进行污水处理，这是因为液态氧可以分离出纯度很高的臭氧，而臭氧又在污水的处理中具有很高的吸收效率，这种方法不仅减少了电能的消耗，治污效果异常显著。

3LNG冷量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：

3.1LNG接收站气化操作受限制

（下转第358页）

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。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。

3.2LNG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接收站在冷能利用项目上存在无法协调和不能衔接的问题。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。

3.3LNG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。

4结束语

综上所述，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

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