液化天然气(LNG)冷能利用研究进展

冷能利用方式提供了帮助[3]。
2 国内外 LNG 冷能利用研究进展
不管是直接还是间接利用 LNG 冷能的方式， 都是通过单一途径对 LNG 冷能进行回收利用，从 热力学㶲的角度分析，单一的途径不能对 LNG 冷 能充分利用，㶲损耗较大。目前很多业内专家建议 应将多种回收方式进行综合利用，以提高 LNG 冷 能的利用率。 2.1 LNG 冷能用于冰蓄冷
表 3 LNG 主要利用方案比选
利用方式
优点
缺点
冷能需求
建议
空气分离
㶲利用效率高、压缩机尺寸小、能耗低 投资多，占地大
高、多且要求工艺平稳 适用于大型气化站
冷能发电
技术成熟，易大规模实现
投资多，占地大
高、多且要求工艺平稳 适用于大型气化站
低温粉碎
实用性强，能耗低
设备复杂，占地大
中等，要求工艺平稳
处于产业链下游
技术要求高，占地较大，增加投资 较高
加大研发力度
空调
便于低品位冷能利用
冷能输送距离较远
较低
需结合周边用户，适合各 类 LNG 气化站
低温养殖/栽培 利用低品位冷能，可养殖/栽培需要低温 占地大 的动植物
较低
养殖技术要求高
滑冰场
利用低品位冷能，可养殖/栽培需要低温 占地大 的动植物
中等且要求工艺平稳
需与周边市场匹配，适合 中型以上气化站
表 3 总结了几种 LNG 冷能的主要利用方式， 并分析了各自优缺点及冷能需求，对因地制宜选择
表 2 我国 LNG 冷能利用相关项目
接收站
规模/万吨·年−1 深冷空分 轮胎粉碎 丁基橡胶 海水淡化 冷能发电 冷冻冷藏 液态二氧化碳 轻炔分离 冷能利
项目所在地
站线状态
投产时间百度文库
一期 二期 /吨·天−1 /万吨·年−1 /万吨·年−1 /吨·天−1 /兆瓦
proposed. The choice of cold energy projects should be based on the availability of local conditions and
new forms of cold energy utilization need to be developed. Key words：liquefied natural gas (LNG); cold energy utilization; exergy; phase change; recovery
天然气作为一种清洁、高效的能源，其利用对 我国大气污染防治具有重要意义。近年来，我国天 然气消费量快速增长，液化天然气（liquefied natural gas，LNG）作为天然气的液态形式，是天然气经过 净化处理、降温至−162℃时形成的液体，体积变为 原来的 1/600，其存在增加了天然气储运和利用的 灵活性，扩大了天然气的应用范围。生产 1 吨液化 天然气的设施及动力耗电量约 850kWh，而 LNG 汽
A review on liquefied natural gas (LNG) cold energy utilization
WANG Fang，FU Yike，FAN Xiaowei，ZHU Caixia
（School of Energy and Environment，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007，Henan，China）
冷冻仓库
能耗低，占地少，投资省，维护方便 产业链要求较高
中等、多且要求工艺平稳 技术相对简单，需要与下 游市场匹配
冷能制冰
工艺流程简单，技术成熟，能耗低，占 冷能利用率低
低
地少，投资低
适合各类 LNG 气化站
干冰生产
操作压力低，能耗低
设备多，占地大，产业链要求高 较低
需要与下游市场匹配
蓄冷装置
便于冷能储放
·748·
综述与专论
化工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2016 年第 35 卷第 3 期
液化天然气（LNG）冷能利用研究进展
王方，付一珂，范晓伟，朱彩霞
（中原工学院能源与环境学院，河南 郑州 450007）
摘要：液化天然气（LNG）作为一种清洁、高效的优质能源，其汽化释放的大量冷量具有极大的经济价值及环
夏鸿雁等[6]提出将 LNG 冷能用于空分设备，主 要是利用液化天然气的冷量来取代膨胀机制冷循
图 1 冰蓄冷空调工艺流程
环。将 LNG 低温级冷量用于液化高压氮气，LNG 常温级冷量则提供给乙二醇冷却水系统。该 LNG 冷能空分设备比常规空分设备节能 50%，且配套循 环冷却水系统有明显节电、节水效果。图 2 为 LNG
保价值，但却存在 LNG 冷能利用率不高的普遍问题。本文阐述了 LNG 冷能利用的各种方式，比较了各种方式
的优缺点及冷能需求，分析了其利用前景及环保价值。介绍了国内外液化天然气冷能利用技术的开发与研究进
展，指出了其冷能利用率普遍不高的原因。在此基础上强调了 LNG 冷能“温度对口，梯级利用”原则的重要性，
5
114
—
—
2
30
浙江 宁波 2012 运营投产 300 300 620
2
5
1200
—
4.5
—
唐山 曹妃甸 2014 在建 350 650 820
5
—
—
—
15
30
海南 八所港 2014.8 在建 200 100 410
2
—
—
—
—
—
—
约 10
—
25.2
—
17.5
—
—
—
—
64
—
—
—
·750·
化工进展
2016 年第 35 卷
化时放出大量的冷量，其值约为 830～860kJ/kg， LNG 汽化过程伴随大量可用冷能的释放，1 吨 LNG 经换热汽化在理论上可利用的冷量约为 230kWh。 但正常情况下，这部分冷量通常在 LNG 汽化器中
收稿日期：2015-08-01；修改稿日期：2015-08-31。 基金项目：河南省重点科技攻关项目（152102210363）。 第一作者及联系人：王方（1976—），男，博士，副教授，主要从事建 筑能源新技术、热泵空调节能技术及 LNG 冷能利用技术研究。E-mail wfzzti@126.com。
environmental value. But it is a common problem that LNG cold energy utilization rate is low. This paper presents various ways of the LNG cold energy utilization，compares the advantages and disadvantages and cooling energy requirements among them，and dicusses the prospects for their
口量也成递增趋势，2007—2012 年天然气净进口量 年均增长速率约为 94.2%。其中，LNG 进口占据相 当大的比重，2012 年我国 LNG 进口量为 1496.0 万 吨，约占同期天然气进口量的 48.2%。预计 2020 年， 我国天然气市场供需缺口将达 1415.0 万吨[1]，为了 弥补这一缺口，可以预见我国 LNG 进口量将进一 步加大，由此催生的 LNG 冷能利用技术将具有光 明前景。
/万吨
/万吨·年−1 /万吨·年−1 用率/%
深圳 大鹏 2006.5 运营投产 370 300 820
8
—
1200
—
—
—
福建 莆田 2008.4 运营投产 260 260 610
2
—
1000
10
5
—
上海 洋山港 2009.1 运营投产 300 300 1240
8
—
1200
5
5
—
辽宁 大连 2011.11 运营投产 300 300 600
utilization and environmental values. LNG cold energy utilization technology development and the research progress are also introduced. To solve the problem of low utilization rate，suggestions of taking advantage of the principle of temperature counterpart and cascade utilization，developing accumulation and cold energy storage device as well as developing new refrigerating medium，are
目前，LNG 冷能回收技术得到了各国政府和企 业的广泛关注，全球大型 LNG 接收站逐步增多， LNG 进入高速发展阶段，这为 LNG 冷能利用技术 的快速发展提供了可能。日本的 LNG 冷能利用技 术走在世界前列，其低温发电、空气分离、液态二 氧化碳及干冰制造和低温冷库技术均达到国际先进 水平，LNG 冷能利用率约为 20%～30%。我国 LNG 冷能利用技术起步较晚，发展尚不成熟，总体利用 程度不高。中国海洋石油集团公司作为我国 LNG 冷能利用的领军企业，目前已在冷能空分、冷冻胶 粉、丁基橡胶等多项技术领域取得了重大进展，冷 能空分装置已投入商业运行，冷冻胶粉和丁基橡胶 等项目也已进入工业应用的实质性推进阶段，具有 丰富的冷能项目建设运行经验，在国际同类企业中 具备一定的竞争力。中国石油天然气集团公司和中 国石化集团公司目前也在加紧研发 LNG 冷能利用 技术，具有一定的后发优势。未来几十年内，发展 LNG 冷能利用技术对我国能源的综合利用具有重 要意义。我国 LNG 冷能利用相关项目[2]见表 2。 1.3 冷能利用方式比选
两种方式。其中，直接利用主要集中于低温发电、 空气分离、干冰制造、轻烃分离、超低温冷冻、海 水淡化、汽车空调和低温养殖、栽培等方面，间接 利用主要是通过 LNG 冷能生产液氮或液氧，再利 用液氮、液氧分别进行低温粉碎、低温生物工程、 污水处理等工艺。其利用方式及利用温度如表 1 所示。
表 1 LNG 冷能利用方式及温度
第3期
王方等：液化天然气（LNG）冷能利用研究进展
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被舍弃了，不仅造成了大量的能源浪费，甚至还会 造成环境污染。回收这部分冷能不仅有效利用了能 源，还减少了机械制冷的大量电能消耗，具有可观 的经济与社会效益。为此，LNG 冷能利用引起了国 内外学者的广泛关注。
1 LNG 冷能利用技术应用
1.1 LNG 冷能主要利用方式 LNG 冷能利用一般分为直接利用和间接利用
Abstract：As an energy source，liquefied natural gas (LNG) has the advantages of clean and efficient. The vaporization of LNG releases a large number of cold energy，which has great economic value and
开发蓄积和储存冷能的装置以及研发新型载冷剂的迫切性，并提出因地制宜选择冷能利用项目，拓展新的冷能
利用形式。
关键词：液化天然气；冷能利用；㶲；相变；回收
中图分类号：TE 642
文献标志码：A
文章编号：1000–6613（2016）03–0748–06
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.015
陈秋雄等[4]开发了一种将 LNG 冷能与冰蓄冷 系统供冷相结合的技术。通过冰蓄冷的形式将 LNG 气化所释放的冷量储存起来，再经过换热将冷量提 供给空调循环水，起到“削峰填谷”、平衡电力负荷 的作用，明显节约用户电费。图 1 为冰蓄冷空调工 艺流程[4]。林苑[5]确定了一套将 LNG 冷能用于冰蓄 冷空调的两级冷媒冷量传递工艺设计方案。分别采 用 R404a 和 30%乙二醇溶液为一、二级冷媒，得到 两台换热器的㶲效率分别为 30.88%和 43.86%。经 分析，可知引起㶲损的主要原因是换热过程中存在 高温差，作者又从减小换热温差的角度对工艺方案 进行了进一步优化。 2.2 LNG 冷能用于空气分离
直接应用
温度/℃
间接应用
低温饲养和培育
10
低温除盐
0
冷库
−20
储存及运输冷冻食品
低温发电
−40
生产液态 CO2
−60
生产干冰
−80
−100
食品冷冻
−120
冷冻-粉碎食品
−140
粉碎塑料和橡胶
−160
粉碎废弃家电
空气分离
−180
−200
高温超导
1.2 LNG 冷能利用前景 随着天然气消费需求量的增加，我国天然气进