LNG冷能利用方式探讨

2021-02-18张雷

智能城市 2021年23期

张雷

（中海浙江宁波液化天然气有限公司，浙江宁波 315800）

LNG冷能依靠LNG与周围环境（如空气、海水）存在的温度和压力差，将高压低温的LNG变为常压常温的天然气，回收储存在LNG中的能量，在LNG气化转化为常温气态的过程中，可以释放最多约860MJ/t的冷能。对LNG冷能进行充分合理回收利用，可以极大地提高接收站能源利用效率，提高经济效益。

1 冷能利用技术发展现状

1.1 冷能空分

空分技术现已进入大型全低压流程的阶段，能耗不断降低。采用低温精馏法空气液化或精馏的温度均低于-153℃，普通低温精馏空分技术耗能高，将LNG的再气化过程与空气分离过程相融合。利用LNG的冷能可以减少空气分离技术中，用于维持低温环境和生产液体产品需要的大量冷能，简化空气分离的流程，减少建设的费用，缩短空分设备的启动时间，提高空分的生产效率。经空气分离装置换冷后，LNG的温度约-100℃，仍含有高品质的冷量，应考虑继续利用剩余的冷能。

1.2 冷能发电

冷能发电是与LNG汽化器集合在一起的发电系统。在降低LNG接收站的运行成本、减少二氧化碳排放、冷能发电中具有独特的亮点。冷能发电可以分为四大类，分别为直接膨胀法、蒸汽动力循环、燃气动力循环、联合法。冷能发电相关设备价格较高，工程造价昂贵，国产化率低，LNG用量大，对接收站的外输量和外输负荷波动具有较高要求。

1.3 燃气轮机冷能利用

燃气电厂利用LNG冷能的方式主要有两种，将LNG用于燃气轮机入口空气的冷却和蒸汽轮机排汽的冷却，提高机组出力和效率。汽机排汽冷却方案是将加热的LNG获得的冷海水掺入电厂循环水，降低电厂循环水的温度，获得额外的汽机出力。

该方法适合在常年高温、干燥的地区使用，可以将进口空气从30℃冷却至5℃，增加电厂出力约15%。大型燃气轮机对LNG冷能的利用适用于炎热干燥地区带基本负荷的运行电厂。但在我国的北方地区，该方法提高机组出力的效果十分有限。

1.4 低温粉碎废旧橡胶

橡胶在冷却至-180℃时脆化、易粉碎。利用LNG冷能将冷能空分生产的-196℃液氮用于废旧橡胶的粉碎，得到比常温粉碎更细微的粉末，该过程不存在微粒爆炸和气味污染问题，能耗更低。

1.5 冷冻冷藏

将LNG的冷能作为冷冻冷库的冷源，利用载冷剂冷却至一定温度，通过管道进入冷库、冷藏库，利用冷却盘管释放冷能，实现对物品的冷冻冷藏。冷库使用可以减少LNG的冷能浪费，节约大量的投资和使用费用，节省1/3以上的电耗。一般冷库只需要保持温度为-50～-65℃，不必将约-160℃的冷能都用在冷库。

1.6 液态二氧化碳和干冰的制取

使用LNG冷能制取液体二氧化碳和干冰时，液化二氧化碳需要的温度（-60～-50℃）与LNG冷能品位相差过大，仅适合与其他回收利用项目联合使用。

1.7 制造冰雪世界

冷能制造冰雪世界在技术上可行，但需要综合考量其经济性。制造冰雪需要的温度约-70～-10℃。直接将-162℃的高品质的LNG冷能全部用于制造冰雪是深冷能量的降质利用，利用效率不高。

1.8 轻烃分离

LNG中含有C2以上组分，利用LNG的冷量能够以较低的成本将天然气中的轻烃资源分离出来。进口LNG中所含的C2以上组分的比例具有回收价值，且LNG组分波动不大。轻烃分离装置能够获得稳定的进料量，维持较高的运行负荷。

1.9 海水淡化

海水淡化技术主要有膜法、蒸馏法、冷冻法，方法的耗能决定其成本。LNG冷能海水淡化采用冷冻法的技术路线，利用LNG再气化过程释放的冷能替代传统的制冷机，在没有其他能耗的基础上，额外提供低品位冷量用于预冷和控温。理论测算每吨LNG能够产出超过2t的淡水。

1.10 污水处理

污染物在冷冻过程中会被排斥到冰下水体中，对水体中的污染物起到一定浓缩作用，将LNG冷能用于污水处理，有利于降低电耗和处理成本。

2 冷能利用新技术和新理念

2.1 接收站、卫星站、加注站（罐箱点）和冷链物流融合

从接收站、卫星站、加注站全产业链角度考虑冷能资源利用，结合国内火热的冷链物流体系，从原来由单点接收站冷能的利用扩展到和卫星站、加注站形成冷能供应线，形成网络。

2.2 卫星站、加注站内橇装冷能发电或制冰

橇装化冷能利用设施具有移动方便、建设周期短等优势，更适用于卫星站、加注站小型化利用冷能。

2.3 LNG冷能用于乙烯工业中的深冷分离

乙烯生产工艺流程需要深冷分离工段，需要约-100℃的低温。将LNG冷能作为深冷分离冷源特别是作为深冷段的冷剂，可以节省制冷设备投资，降低乙烯生产成本。

2.4 LNG冷能用于天然气制氢后的氢气液化

利用LNG冷能预冷氢气，制液化氢气，在天然气制氢过程中会副产热量（蒸汽），最终形成气、氢、热、冷联供的能源系统。

3 LNG冷能利用项目规划建议

3.1 冷能空分+冰雪大世界/低温冷库/干冰制造

冷能空分项目主要利用LNG低温段冷能，经空气分离装置换冷后的LNG温度约-100℃，仍具有大量可利用的高品质冷量。

冰雪制造需要的温度约-70～-10℃，低温冷库的运行维持温度为-50～-65℃，干冰制造的温度需求为-60～-50℃，将冷能空分项目与上述三种利用方式结合，是充分利用LNG冷能的理想方式。

冷能空分与冰雪大世界/低温冷库/干冰制造方案工艺流程如图1～图3所示。

图1 冷能空分+冰雪大世界方案工艺流程

图2 冷能空分+集中式冷库方案工艺流程

图3 冷能空分+干冰制造方案工艺流程

3.2 丁基橡胶项目

丁基橡胶的生产基本采用淤浆聚合工艺，严格控制聚合温度为-102～-95℃，属于典型的低温反应。在丁基橡胶生产工艺中利用LNG冷能，替换现有丙烯乙烯工艺制冷系统负荷，可以降低工艺中压缩机制冷负荷的能耗，降低约87%。

LNG冷能丁基橡胶方案工艺流程如图4所示。

图4 LNG冷能丁基橡胶方案工艺流程

3.3 冷能发电

冷能发电技术是一种能够就地消化且受外部条件限制较小的冷能利用形式，可以将LNG气化过程中蕴含的约10%～20%的冷能转化为电能，冷能与电能的供需匹配度较高。冷能发电技术中，单工质朗肯循环法的技术经济成熟度最高，不损失LNG压力，可以与接收站项目匹配。

3.4 数据中心

作为信息资源集散的数据中心正在发展成一个具有战略意义的新兴产业。制冷系统是数据中心的耗能大户，数据中心能耗的30%～45%被制冷系统使用。以LNG的冷能作为数据中心的冷源，替代现有制冷系统，将大幅度降低数据中心电耗，提高经济效益。数据中心的安全、可靠性要求较高，采用中间介质作为冷媒、完成冷能传递的方案可行性较高。

LNG冷能数据中心制冷方案工艺流程如图5所示。

图5 LNG冷能数据中心制冷方案工艺流程

4 效果

从冷能剩余利用量考虑，冷能空分配套集中冷库、干冰制造具备资源利用可行性，可以提高资源配置效率，具备技术先进性。丁基橡胶项目占地面积小、具备市场需求，将获得可观的经济效益，数据中心方案具备冷能资源的可行性。冷能发电项目的技术成熟，对下游市场依赖度低，已具备工程化推广经验，是具备开发前景的冷能利用项目。