论文部分内容阅读
摘 要：在傳统的海水气化过程中，LNG所蕴含的巨大冷能却白白浪费了。使用LNG作为冷源，进行空气分离及冷热电联产等产业可以回收冷能，产生经济效益。本文就LNG的再气化过程中冷量的回收问题从国内外LNG的发展情况，并讨论说明我国的发展前景与方向。
关键词：LNG；冷能回收
1.前言
液化天然气（LNG）是天然气经过脱酸、脱水处理，再通过深度冷冻工艺液化而成的低温液体混合物。LNG中蕴含巨大冷能，主要是气化过程中的气化潜热，如果不加以利用是对能源的极大浪费。本文先介绍LNG冷能利用的意义，再介绍LNG冷能利用的发展概况，最后讨论我国冷能利用的发展方向，从而让更多人了解并重视冷能回收。
传统的LNG接受基站使用海水作为主要热源，用加热炉作为补充热源使之再气化。 LNG吸收海水的热量，即释放出冷量给海水，从而气化成为可以燃烧的天然气。在传统的气化过程中不但没有利用LNG的冷能资源而且对环境造成潜在的威胁。
如果对LNG的冷能进行回收，比如实施冷热电联产，那么与其热交换的工质就不会是海水，而是液氦或液氮。在这一过程中使用密闭的换热器。减少碳排放，这样可以减小对环境的威胁[1]。
另外，LNG冷能的利用可以产生更多的经济效益。目前经可行性研究表明，一个350万吨/年的LNG项目，如果其冷能能够达到充分利用，其总经济效益可达4亿元/年。
按预测，到本世纪中叶，若中国消耗天然气5000亿m3/年，其中进口LNG1000亿m3/年，可用冷能折电257亿kwh/年；相当于一个600万kw电站的年发电量[2]。可以大大节省电能。
2. LNG冷能回收国外发展现状
LNG作为新兴能源形式在能源市场逐渐占据主导地位。2005年和2006年国际能源机构（IEA）对世界能源展望预计，到2030年全球能源需求量将会进一步增长[3]。
当前国际油价的持续上涨导致越来越多的国家开始寻求新型替代能源，而LNG是很好的替代品。在未来，全球液化天然气市场将有一个大的变化。美国加利福尼亚能源委员会的一份研究表明[4]，在2005年8月全球低温LNG再气化站储存能力为22.7 × 106 m3。这为LNG广泛利用提供可靠的支持。在日本、美国及欧洲一些发达国家，对LNG冷能的回收利用非常重视。日本政府规定，进口的LNG必须充分利用好冷能，然后才能作为燃料使用。
用回收的冷能发电，比如用LNG再气化时的低温做为冷源，是一个很早就有的想法。为了提高蒸气涡轮机发电的整体效率，必须使用冷却水降低冷凝器的温度。这样就可以将发电厂建在LNG气化厂的附近，利用LNG再气化时释放的冷能提供冷却水。其实这种做法在日本已经得到了应用。还是在日本，LNG的冷能回收在其他方面也有应用。
在20年前，有人提出了一种更新型的冷热电联产过程理论，这种理论已经在意大利La Spezia的工程现场得到应用。这种理论包括两个布雷顿循环（Brayton cycle）：一级循环是一个使用传统燃气轮机工作的开循环；二级循环是用氦气为工质的闭循环。具体模块见图2.1[5]。
在意大利西西里岛，LNG冷能回收主要有两个应用：一个是淡化海水，一个是作为冷库冷源。使用冷冻方法淡化海水过程比蒸馏更复杂（图2.2），但是冷冻方法在能耗方面变现出更好的经济性。利用低温LNG气化时的冷能液化CO2作为第二工作介质，在LNG气化厂与冷库之间建立管道网络，将液态CO2输送到冷库，为冷库提供冷量（图2.3）。而选择输送第二工质比直接输送LNG更经济也更安全[5]。
由此可见，在欧美的一些发达国家以及邻国日本，LNG冷能利用已经步入工程实践阶段。并且在某些地区已经产生经济效益。相比之下我国的冷能利用则刚刚起步。
3.LNG冷能回收国内发展现状
在我国，在过去的几年中有许多人致力于提高LNG冷能利用效率的工作。由邓等人提出的新型冷热电联产系统结合了燃料的化学能与LNG的冷能发电和制造冷源[6]。在由王等人提出的基于LNG冷能作为冷源和有一个低品位热源的天然气直接膨胀热力循环中，低品位热源温度，中间介质冷凝温度以及涡轮机的进气压力被认为是提高冷能利用效率的关键因素[7]。
目前，我国LNG进口量已达1000万吨/年，可利用冷能折合为电能约为33亿kWh/年，如果将这些冷能加以利用，相当于减少二氧化碳排放34万吨，按照国际一级市场每吨8欧元售价计算，每年能额外获得二氧化碳减排资金约272万欧元。
国内走在LNG冷能利用前列的是中海油旗下的海油发展石化分公司，由该公司LNG冷能项目组牵头研究的利用LNG冷能进行空气分离的方法学，在德国波恩召开的联合国CDM方法学理事会第44会议上获得审议通过，接下来将由联合国CDM执行理事会（EB）批准执行。这将进一步促进我国正在规划建设的十几个大型LNG接受站和数百个LNG卫星气化站同步规划和建设冷能利用设施，提高LNG冷能回收利用率。
在工程建设上，国内首个LNG冷能综合利用项目——中海石油空气化工产品有限公司冷能空气分离项目已经在福建莆田建成投产。该项目以空气为原料，以LNG冷能为主要能源，设计能力为每天生产液氧300吨、液氮300吨、液氩10吨。
目前，在我国LNG冷能利用在技术上还存在两个关健问题。一是LNG气化进入下游管网与同时利用冷能存在空间和时间不同步的问题。二是制造更高效的换热器，真正实现LNG冷能的分级利用。
4.LNG在我国的发展前景
按照科学用能的原则，-162℃的LNG冷能应当依照轻烃分离、空气分离、废轮胎低温粉碎、干冰、冷库、制冰、燃气轮机近气冷却等各种冷用户所需温位的高低，实行“温度对口、梯级利用”。只有这样，才能获得最大的能量利用和经济效益。
为了解决冷能需求的错峰问题，可以将LNG气化厂与天然气液化厂以及下游企业集中规划，这样既可以节省LNG的运输成本也可以将剩余天然气用作生产氮肥等其他原料。假以时日，我国大规模利用LNG冷能的产业链必将蓬勃发展。
参考文献
[1]Celidonio·Dispenza，Giorgio·Dispenza，Vincenzo·La·Rocca，Giuseppe·Panno.Exergy recovery during LNG regasification： Electric energy production – Part one[J]，Applied Thermal Engineering， 2009，29 ：380-387.
[2]《中国能源报》2010年8月2号，第14版.
[3] World Energy Outlook 2005 （WEO 2005）， International Energy Agency， IEA..
[4] California Energy Commission， US， Existing LNG regasification import terminals worldwide..
[5] Snamprogetti， More Energy from LNG， Electric Energy from LNG Regasification SP/BBC Process 2， Snamprogetti ENI Group， AMSEL， Linate， Italy，1978.
[6] S. Deng， H.J. Ruixian Cai， R. Lin.Novel cogeneration power system with liquefied natural gas （LNG） cryogenic exergy utilization[J]，Energy 2004， 29：497-512.
[7] Q. Wang， Y. Li， J. Wang.Analysis of power cycle based on cold energy of liquefied natural gas and low-grade heat source[J]，Applied Thermal Engineering，2004，24：539-548.
关键词：LNG；冷能回收
1.前言
液化天然气（LNG）是天然气经过脱酸、脱水处理，再通过深度冷冻工艺液化而成的低温液体混合物。LNG中蕴含巨大冷能，主要是气化过程中的气化潜热，如果不加以利用是对能源的极大浪费。本文先介绍LNG冷能利用的意义，再介绍LNG冷能利用的发展概况，最后讨论我国冷能利用的发展方向，从而让更多人了解并重视冷能回收。
传统的LNG接受基站使用海水作为主要热源，用加热炉作为补充热源使之再气化。 LNG吸收海水的热量，即释放出冷量给海水，从而气化成为可以燃烧的天然气。在传统的气化过程中不但没有利用LNG的冷能资源而且对环境造成潜在的威胁。
如果对LNG的冷能进行回收，比如实施冷热电联产，那么与其热交换的工质就不会是海水，而是液氦或液氮。在这一过程中使用密闭的换热器。减少碳排放，这样可以减小对环境的威胁[1]。
另外，LNG冷能的利用可以产生更多的经济效益。目前经可行性研究表明，一个350万吨/年的LNG项目，如果其冷能能够达到充分利用，其总经济效益可达4亿元/年。
按预测，到本世纪中叶，若中国消耗天然气5000亿m3/年，其中进口LNG1000亿m3/年，可用冷能折电257亿kwh/年；相当于一个600万kw电站的年发电量[2]。可以大大节省电能。
2. LNG冷能回收国外发展现状
LNG作为新兴能源形式在能源市场逐渐占据主导地位。2005年和2006年国际能源机构（IEA）对世界能源展望预计，到2030年全球能源需求量将会进一步增长[3]。
当前国际油价的持续上涨导致越来越多的国家开始寻求新型替代能源，而LNG是很好的替代品。在未来，全球液化天然气市场将有一个大的变化。美国加利福尼亚能源委员会的一份研究表明[4]，在2005年8月全球低温LNG再气化站储存能力为22.7 × 106 m3。这为LNG广泛利用提供可靠的支持。在日本、美国及欧洲一些发达国家，对LNG冷能的回收利用非常重视。日本政府规定，进口的LNG必须充分利用好冷能，然后才能作为燃料使用。
用回收的冷能发电，比如用LNG再气化时的低温做为冷源，是一个很早就有的想法。为了提高蒸气涡轮机发电的整体效率，必须使用冷却水降低冷凝器的温度。这样就可以将发电厂建在LNG气化厂的附近，利用LNG再气化时释放的冷能提供冷却水。其实这种做法在日本已经得到了应用。还是在日本，LNG的冷能回收在其他方面也有应用。
在20年前，有人提出了一种更新型的冷热电联产过程理论，这种理论已经在意大利La Spezia的工程现场得到应用。这种理论包括两个布雷顿循环（Brayton cycle）：一级循环是一个使用传统燃气轮机工作的开循环；二级循环是用氦气为工质的闭循环。具体模块见图2.1[5]。
在意大利西西里岛，LNG冷能回收主要有两个应用：一个是淡化海水，一个是作为冷库冷源。使用冷冻方法淡化海水过程比蒸馏更复杂（图2.2），但是冷冻方法在能耗方面变现出更好的经济性。利用低温LNG气化时的冷能液化CO2作为第二工作介质，在LNG气化厂与冷库之间建立管道网络，将液态CO2输送到冷库，为冷库提供冷量（图2.3）。而选择输送第二工质比直接输送LNG更经济也更安全[5]。
由此可见，在欧美的一些发达国家以及邻国日本，LNG冷能利用已经步入工程实践阶段。并且在某些地区已经产生经济效益。相比之下我国的冷能利用则刚刚起步。
3.LNG冷能回收国内发展现状
在我国，在过去的几年中有许多人致力于提高LNG冷能利用效率的工作。由邓等人提出的新型冷热电联产系统结合了燃料的化学能与LNG的冷能发电和制造冷源[6]。在由王等人提出的基于LNG冷能作为冷源和有一个低品位热源的天然气直接膨胀热力循环中，低品位热源温度，中间介质冷凝温度以及涡轮机的进气压力被认为是提高冷能利用效率的关键因素[7]。
目前，我国LNG进口量已达1000万吨/年，可利用冷能折合为电能约为33亿kWh/年，如果将这些冷能加以利用，相当于减少二氧化碳排放34万吨，按照国际一级市场每吨8欧元售价计算，每年能额外获得二氧化碳减排资金约272万欧元。
国内走在LNG冷能利用前列的是中海油旗下的海油发展石化分公司，由该公司LNG冷能项目组牵头研究的利用LNG冷能进行空气分离的方法学，在德国波恩召开的联合国CDM方法学理事会第44会议上获得审议通过，接下来将由联合国CDM执行理事会（EB）批准执行。这将进一步促进我国正在规划建设的十几个大型LNG接受站和数百个LNG卫星气化站同步规划和建设冷能利用设施，提高LNG冷能回收利用率。
在工程建设上，国内首个LNG冷能综合利用项目——中海石油空气化工产品有限公司冷能空气分离项目已经在福建莆田建成投产。该项目以空气为原料，以LNG冷能为主要能源，设计能力为每天生产液氧300吨、液氮300吨、液氩10吨。
目前，在我国LNG冷能利用在技术上还存在两个关健问题。一是LNG气化进入下游管网与同时利用冷能存在空间和时间不同步的问题。二是制造更高效的换热器，真正实现LNG冷能的分级利用。
4.LNG在我国的发展前景
按照科学用能的原则，-162℃的LNG冷能应当依照轻烃分离、空气分离、废轮胎低温粉碎、干冰、冷库、制冰、燃气轮机近气冷却等各种冷用户所需温位的高低，实行“温度对口、梯级利用”。只有这样，才能获得最大的能量利用和经济效益。
为了解决冷能需求的错峰问题，可以将LNG气化厂与天然气液化厂以及下游企业集中规划，这样既可以节省LNG的运输成本也可以将剩余天然气用作生产氮肥等其他原料。假以时日，我国大规模利用LNG冷能的产业链必将蓬勃发展。
参考文献
[1]Celidonio·Dispenza，Giorgio·Dispenza，Vincenzo·La·Rocca，Giuseppe·Panno.Exergy recovery during LNG regasification： Electric energy production – Part one[J]，Applied Thermal Engineering， 2009，29 ：380-387.
[2]《中国能源报》2010年8月2号，第14版.
[3] World Energy Outlook 2005 （WEO 2005）， International Energy Agency， IEA.
[4] California Energy Commission， US， Existing LNG regasification import terminals worldwide.
[5] Snamprogetti， More Energy from LNG， Electric Energy from LNG Regasification SP/BBC Process 2， Snamprogetti ENI Group， AMSEL， Linate， Italy，1978.
[6] S. Deng， H.J. Ruixian Cai， R. Lin.Novel cogeneration power system with liquefied natural gas （LNG） cryogenic exergy utilization[J]，Energy 2004， 29：497-512.
[7] Q. Wang， Y. Li， J. Wang.Analysis of power cycle based on cold energy of liquefied natural gas and low-grade heat source[J]，Applied Thermal Engineering，2004，24：539-548.