LNG接收站冷能利用技术
浅谈LNG接收站冷能利用技术
2021年第2期2021年2月天然气经过脱硫和脱水处理后，经低温工艺冷冻液化而成的低温（-162℃）LNG 主要成分为CH 4。
在这个过程中，每生产1t LNG 所耗电量约850kW ·h ，这是因为液态天然气便于运输储存，而大部分天然气使用时是气态的。
一般LNG 气化发生在LNG 接收站内，在气化过程中释放出大量的冷量，其值大约为830kJ/kg ，这既包括LNG 的气化潜热，也包括气态天然气从储存温度升温到环境温度的显热。
目前，这部分冷量在大部分接收站被舍弃，被海水或空气带走了，造成了能源的极度浪费。
因此，对这部分浪费的冷能进行回收和利用，成为节能环保以及拓展LNG 产业链的目的[1]。
1LNG 冷能利用背景分析全球能源消费正在向绿色、低碳、清洁的方向转型，天然气已成为应对气候变化、推动能源转型的必然选择。
当前，全球天然气行业呈现出一系列新特点，从供需关系来看，卡塔尔、澳大利亚等传统天然气出口国和美国、俄罗斯等新兴供应国的液化能力持续提升，而亚洲特别是中国作为全球能源消费中心，正在引领全球LNG 需求持续快速增长。
截至2018年4月2日，中国LNG 接收站现有规模为8.110×107t/a ，约1.081×1011m 3/a ，其中，中国（未含港澳台）LNG 接收站现有规模为6.910×107t/a ，约9.21×1010m 3/a 。
截至2018年4月2日，中国LNG 接收站在建及扩建规模为3.305×107t/a ，约4.41×1010m 3/a ，其中，中国（未含港澳台）LNG 接收站在建及扩建规模为3.005×107t/a ，约4.01×1010m 3/a 。
中国LNG 接收站情况如表1所示。
表1中国LNG 接收站情况表中国《天然气发展“十三五”规划》（以下简称《规划》）指出，要扩大天然气供应利用规模，促进天然气产业有序、健康发展，推进LNG 接收站及分销设施建设，培育天然气市场并促进高效利用，加大LNG 冷能利用力度。
LNG冷能利用技术
技
国第一个成功工业运行的LNG冷能利用项目,福建LNG冷能低温橡胶粉碎项目 是我国第一个LNG冷能低温胶粉项目.2010年7月,中海油能源发展股份有限公
术
司石化分公司LNG冷能项目组牵头研究的利用LNG冷能进行空气分离方法学
环
在德国波恩召开的联合国方法学审核理事会第44会议上获得批准.这是国际 LNG冷能利用领域第一个获批的方法学,将为LNG冷能利用产业带来可观的二
营和市场销售,拥有冷能利用研发和工业化能力.
产 FOR天然气 业 政 策 环 境
根据国家发改委2012年10月31日颁布的天然气利用政策 （2012年第15号令）,天然气工业下游产业分为优先类、允许 类、限制类和禁止类,相关规定如表14—17所示.天然气利用政 策（2012年第15号令）已于2012年12月1日正式实施,天然气 利用项目管理均适用该政策,所有新建天然气利用项目（包括 优先类）申报核准时必须落实气源,并签订购气合同.其中,对优 先类用气项目,地方各级政府可在规划、用地、融资、收费等 方面出台扶持政策.鼓励天然气利用项目有关技术和装备自主 化,鼓励地方政府出台如财政、收费、热价等具体支持政策,鼓 励发展天然气分布式能源项目.根据我国天然气利用政策的相 关规定,城市燃气和工业燃料是国家鼓励支持的天然气利用方 向,天然气化工则是国家限制和禁止的天然气利用方向.
间接利用：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
冷能发电
利用 LNG 冷能发电是较为新颖的能源利用方式,技术相对比较成熟,能够大规模利用 LNG 冷能.利用LNG冷能发电的系统主要有:直接膨胀法、二次冷媒法、联合法等.
直接膨胀法原理为:经低温泵和蒸发器后 LNG 成为高压 常温气体,而后高压气化时物理㶲转
上海LNG 接收站冷能利用发电的研究
上海煤气2019年第4期〈〈25上海LNG接收站冷能利用发电的研究上海燃气工程设计研究有限公司章润远摘要：根据国家、上海浙江两级政府的节能减排政策，国家能源局对上海LNG储罐扩建项目的特别批示，上海LNG接收站进行了一期扩建工程，该项目同期建设了1套冷能利用发电装置。
通过对冷能利用的简介，结合上海LNG接收站的现状，确定该站冷能利用发电采用低温朗肯循环法。
介绍了低温朗肯循环法工艺路线的操作模式，对冷能发电装置的外输电量和丙烷循环量进行了模拟计算，得出了若干结论。
关键字：LNG接收站冷能利用发电低温朗肯循环1 引言随着上海天然气市场的快速扩容，“十三五”期间天然气消费量将达到100亿m3，其中城市燃气用户规模约54亿m3，约为2010年的2.2倍，“十四五”期间天然气消费量将达到140亿m3，其中城市燃气规模将达到80 亿m3。
届时，上海市天然气市场的不均匀性将更加显著，调峰需求量将进一步增加。
此外，燃机用气需求亦将随之提高，天然气市场波动对于气温等因素的敏感性将提高，市场不确定性相应增加，对上海LNG项目的供应和调峰提出了更高要求。
上海能源发展“十二五”规划和上海燃气发展“十二五”规划中，明确提出要建设上海LNG项目二期工程。
根据国家、上海浙江两级政府的节能减排政策，国家能源局对上海LNG储罐扩建项目的特别批示(“深入研究LNG冷能利用问题，做好冷能利用规划，同步建设冷能利用项目，提高能源综合利用效率”)，在上海LNG储罐扩建项目的前期设计中必须对冷能利用加以研究并在扩建工程实施时同步进行建设。
上海LNG接收站一期扩建工程项目中的冷能利用方式主要是冷能利用发电，同时按照扩建项目现有整体规划，冷能利用同其它所有设施均一次规划、分步实施。
2 LNG冷能利用2.1 冷能的定义冷能指的是在自然条件下，利用一定温差可以得到的能量。
根据工程热力学原理，利用这种温差可以获得有用的能量，这种能量称之为冷能。
液化天然气LNG由天然气经深冷加工液化后制得，属于一种超低温液体，主要成分是甲烷。
LNG接收站冷能发电技术发展现状
LNG接收站冷能发电技术发展现状摘要：冷能发电是LNG冷能利用的主要方式之一，在国外LNG接收站冷能利用项目中已广泛应用。
本文重点介绍了几种LNG冷能发电原理，包括直接膨胀法、二次媒体法、联合法以及布雷顿循环法等，介绍了国外LNG接收站冷能发电的工程化应用情况，对国内LNG冷能发电产业面临的挑战进行了剖析，提出了国内LNG接收站发展冷能发电产业的建议。
关键词： LNG接收站；LNG冷能；冷能利用；冷能发电中图分类号：TE64; TE09文献标识码：A在国内“双碳”目标加速实现的背景下，清洁能源行业大力发展。
LNG作为清洁能源其使用量逐年攀升。
2020年国内LNG接收站接卸LNG近7000万吨，蕴藏在LNG中的冷能巨大、利用前景广阔。
LNG接收站主要以开架式海水气化器（ORV）或浸没燃烧式气化器（SCV）等作为LNG气化设备。
ORV将LNG冷能换热至海水中同时导致局部海域海水温度降低，SCV则将冷能与燃烧天然气后加热的热水换热并将冷能释放，两种气化方式均未利用LNG冷能且同时消耗了电能和天然气资源。
冷能发电以其利用效率较高、可生产“绿电”的社会贡献较高、可综合配套其他冷能利用等优势，在国外LNG 接收站广泛使用。
一、LNG冷能利用的基本概念冷能指在常温环境中，存在的低温差低温热能。
LNG是天然气经过脱酸、脱水处理等低温工艺冷冻液化而成的低温液体混合物，其温度处于远离环境状态的深冷状态。
每生产1吨LNG大约需消耗电量850kWh。
在LNG接收站，需将LNG通过气化器气化后使用，1吨LNG气化时放出巨大冷量，其值大约230~240kWh。
LNG冷能利用，主要依靠LNG与周围环境（如空气、海水）之间存在的温度和压力差，将高压低温的LNG转化为常温天然气时，回收储存在LNG中的能量[1~3]。
LNG冷能利用以“高能高用、低能低用、温度对口、梯级利用”为原则。
冷能利用以冷量利用温度梯度分为深冷、中冷以及浅冷利用。
LNG冷能利用
1、 LNG冷能的概念所谓冷能,是指在常温环境中,自然存在的低温差低温热能,实际上指的是在自然条件下,可以利用一定温差所得到的能量。
根据工程热力学原理,利用这种温差就可以获得有用的能量,这种能量称之为冷能。
LNG冷能利用的重要意义天然气的主要成分是甲烷,在常压下将甲烷降至-162℃(甲烷的沸点)时,甲烷就被液化,每立方米的甲烷液化后体积变为0.0024m3,约为甲烷0℃常压下体积的1/600。
甲烷液化后，其体积显著变小。
LNG接收站就是利用甲烷的这一显著特点,在天然气的产地附近将天然气液化，然后利用其液化后体积变小、利于运输的特点,将天然气以LNG(液化天然气)的形式输送至接收站进行储存、气化和外输至用户。
LNG接收站需要将LNG气化后输送给用户。
LNG气化后被还原为初始的气体状态,可以作为热力发电的燃料和城市居民用气。
在LNG气化过程中,约能产生920.502kJ/kg的低温能量。
目前,这种冷能大部分被释放到海水中,造成了能源的极大浪费。
通过特定工艺技术，将其气化过程中释放的冷能重新利用，不但可以节省能源，大大降低运行成本，同时又能提高经济效益，而且符合现今社会低碳经济的发展模式。
因此,从节约能源的角度,积极寻求和高效利用冷能量有着重要意义。
LNG冷能性质及特点LNG( 液化天然气) 是常温的天然气经过脱酸、脱水处理，通过冷冻工艺液化而成低温(-162℃)的液体，其密度大大增加(约600 倍)，有利于长距离运输。
纯净的LNG是无色、无味、无毒且透明的液体，LNG比水轻，不溶于水。
LNG蒸汽温度高于-110℃，比空气轻，货物泄漏时蒸汽往上升，易于扩散，因此发生爆炸的危险性相对要小[31]。
LNG化学性质稳定，与空气、水及其它液化气物品在化学性质上相容，不会起危险反应(与氯可能有危险反应)。
由于LNG的临界温度远低于环境温度，所以只能采用全冷冻的条件运输和贮存。
LNG冷能利用LNG冷能利用一般分为直接、间接两种方式。
中石化LNG接收站冷能梯级利用初探
1591 LNG接收站冷能梯级利用工艺概况1.1 冷能发电世界上已有多套商业化运行的LNG冷能发电装置，在日本柏克德、三菱重工等公司得到了广泛应用，技术成熟，易于实现工业化生产。
LNG冷能低温发电是一种新兴的节能环保的发电方式，产业链最短，不受诸如市场、资源环境、运输等因素的干扰。
冷能利用效率约30％～50%，低于其它利用方式，要求大量稳定供应的冷量。
中石化天津LNG接收站外石油化工装置输出的循环热水送至 LNG 接收站作热源，利用 LNG 冷能进行发电，循环热水所携带的热能经冷能发电装置利用被冷却后返回站外石油化工装置进行再次利用。
主要工艺流程为：发电所需LNG自高压泵出口引出，返回至气化器出口，与站内外输气汇合后进行计量、再经管道实现外输。
为了兼顾LNG气化安全平稳和冷能利用，利用中间介质建立闭式朗肯循环发电系统，工质在中间介质蒸发器中被热水加热、气化为高压过热蒸汽，驱动透平作功，带动发电机发电，透平排出的低压低温气体在中间介质冷凝器中被界区来的LNG冷凝成液体，开始新的循环。
LNG被加热气化，然后在NG过热器中进一步加热到温度不低于 0.5℃，并入天然气长输管线。
当系统不需要发电仅气化LNG时，关闭工质泵撬块阀门和透平机组撬块阀门，此时只有LNG气化撬块独立工作。
中间介质在中间介质冷凝器加热LNG后，被冷凝成饱和液体，在重力作用下进入蒸发器进行蒸发换热，蒸汽再上升回到冷凝器气化LNG，中间介质只在LNG气化撬块内循环。
经中间介质冷凝器换热后LNG再进入NG加热器加热至不低于 0.5℃外输至燃气长输管网。
1.2 冷能空分通过对空分工艺流程的改造和优化，利用冷能制备充足的液氮、液氧和液氩产品，满足南港工业园区内各企业需求的同时，节约企业的生产成本，构建冷能产业链，推动南港工业园区规划建设。
改进后的具体工艺包括以下内容。
原料空气在压缩机入口过滤器中去除去灰尘和机械杂质后，进入空气压缩机中，借助级间冷却器进行中间冷却，将空气压缩，然后进入后冷却器中冷却。
LNG冷能利用技术探讨 预交
LNG冷能利用技术探讨摘要：液化天然气(LNG)中含有大量的冷能，具有很高的经济价值。
随着LNG用量的迅速增长以及全球性能源供应紧张形势的加剧，合理利用这些冷能显得尤为重要。
本文介绍了LNG冷能利用的几个方法,对各种冷能利用技术的优缺点及技术成熟性进行了比较。
并提出一个LNG冷能梯级利用的方案，以达到合理利用LNG冷能，减少损失的目的。
关键词：冷能；利用；LNG1 概述随着我国对LNG需求大量的增加，在沿海地区将兴建起越来越多的LNG接收站。
据中国石油和化学工业协会统计的数字表明，2005年，中国进口液化天然气483t，而2006年进口67.75万t,增幅高达1400余倍。
到2010年，中国每年进口液化天然气已经到了1000万t。
LNG经气化后输送给用户作为城市居民用气、工业燃料以及化工原料。
当使用时,LNG 仍需转化为常温气体,其中大量的可用冷能释放出来。
回收这部分可用冷能,不仅有效利用了能源,而且减少了机械制冷大量的电能消耗,具有可观的经济效益和社会效益。
若LNG拥有的冷能能以100%的效率转化为电力,那么1tLNG的冷能相当于240kW・h2 LNG冷能利用技术LNG冷能的利用过程可分为直接利用、间接利用两种。
直接利用包括空气液化分离、发电、轻烃分离、液态乙烯储存、冷库、制液化CO2和干冰、海水淡化、空调、低温养殖等间接利用包括低温破碎、冷冻食品、水和污染物处理等。
2.1 液化分离空气常用的空气分离法是将空气液化通过氟里昂冷冻机、膨胀透平制冷来进行空气的液化分离制成液态的氮气、氧气、氩气等。
而LNG冷能用于空气分离则是通过循环氮气的冷却来实现的。
传统方式生产1m，的液化空气大约需要0.756kWh的冷却能而利用LNG的低温特性不但可减少建设费用，而且每生产1m3的液化氧气需要的电力消耗也可从1.2kWh减少到0.5kWh。
由于可减少大量的电力消耗，利用LNG冷能进行空气分离得到充分的应用。
LNG冷能利用介绍
综合考虑实际工艺系统的效费关系，是一个工艺与设备费用平衡的论题，“ 技术经济
优化是评价一切节能措施的判据”。㶲经济学在适应于能量系统分析的学科，为解决价格
估算、工厂设计优化、故障诊断等领域问题提供了不同方法。㶲经济学的特点是依据㶲含
量而赋予能量流一定的价值, 结合价值平衡思想, 估算能量在转换与传递过程中价值的变化,
LNG电厂与燃煤电厂性能比较
2021/4/14
- 15 -
二、LNG冷能利用的方式（直接利用）
LNG冷能在IGCC电站中的阶梯利用
IGCC（整体煤气化联合循环）电站由化工岛和联合循环发电岛组成。化工岛包括空分 、 煤气化、煤气净化等系统；联合循环发电岛包括燃机、余热锅炉和汽轮机。IGCC电站的工 作原理是: 煤在气化炉中气化产生以CO和H2为主要成分的粗煤气，粗煤气通过除尘、水洗、 脱硫后称为净煤气。净煤气送入燃机发电，燃气透平排气再直接送入余热锅炉，产生过热 蒸汽并送到汽轮发电机组做功输出电能。LNG冷能在IGCC电站中有3种用途。
LNG冷能㶲随系统压力的变化
LNG冷能㶲随甲烷摩尔分数的变化
-5-
一、LNG冷能利用原理及分析
3、 LNG冷能利用的概念及意义
冷能利用主要是依靠LNG与周围环境（如空气、海水）之间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时，回收储存在LNG中的能量。
LNG工业近几年的发展非常迅速，世界上 LNG的生产应用以年均20%的速度增长，探索 LNG冷能利用意义重大、前景广阔。从节能环保 和经济效益角度出发，冷能利用也具有重大意义。
制在0℃以上, 以防止水蒸气冻结在冷却器表面。
（6）混合动力循环 以氨水为工质的朗肯循环、燃气动力循环和液化天然气循环组成的混合动力循环系
大型LNG接收站冷能利用技术分析与运行分析
大型LNG接收站冷能利用技术分析与运行分析发布时间：2022-08-08T08:34:53.626Z 来源：《工程管理前沿》2022年第8卷3月6期作者：李雄豪张会君[导读] LNG在气化过程中会释放约830kJ/kg高品位冷量，即每吨LNG常压下的冷能相当于230kW·h的李雄豪张会君中国石化青岛液化天然气有限责任公司266400摘要：LNG在气化过程中会释放约830kJ/kg高品位冷量，即每吨LNG常压下的冷能相当于230kW·h的电能，按600万吨/年规模的LNG接收站测算，相当于1台460MW燃气蒸汽联合循环发电机组的年发电量。
通过对该部分冷能的有效利用，可满足相应用户的用冷需求，并可进一步降低LNG成本、实现节能减排，是典型的循环经济模式。
我国产业政策鼓励发展LNG冷能利用项目，国家发改委在《天然气发展“十三五”规划》中明确要求“加大LNG冷能利用力度”。
2021年，我国进口LNG7805万吨，其中约6000万吨的LNG气化进入管网，初步测算LNG 接收站冷能投运项目的利用规模仅约500万吨，远低于日韩约20%～30%的冷能利用率水平。
鉴于“十四五”末我国进口LNG量将超过1亿吨，开展LNG冷能利用的技术研究和工程实践，对进一步加快发展LNG冷能利用项目，实现绿色低碳发展和节能减排具有重大意义。
本文主要分析大型LNG接收站冷能利用技术分析与运行。
关键词：LNG接收站；冷能利用；方案比选；工程实践引言在LNG贸易流通过程中，大型LNG接收站是一个非常重要的组成部分，但也可以大量收集冷能，而对于我国的能源结构工作来说，大型LNG接收站内的大量冷能，如何做到高效合理利用，也成为工作的主要内容之一。
目前，我国LNG冷能利用技术仍处于起步阶段，虽然已经取得了一定程度的发展，但受制于我国的政策、自身技术和能源结构，导致冷能利用效率在我国大型LNG接收站，这些都不是很客观，并对我国整体节能减排工作的发展产生了一定的负面影响。
lng接收站冷能综合利用研究
2020年01月LNG 接收站冷能综合利用研究于海丽1娄庆2（1.中海油石化工程有限公司，山东济南266101；2.青岛安燃工程咨询有限公司，山东青岛266000）摘要：随着国内LNG 接收站项目越来越多，规模不断增大，冷能利用就显得更为重要。
冷能利用的方式很多，如冷能空分、发电、冷库、制冰、冰雪小镇、低温粉碎、轻烃分离等，但在方案选择时应充分考虑接收站周边企业情况，建立循环经济，促进节能减排，提高冷能利用率。
目前国内常用的方式有低温空分、冷库、制冰等。
文章主要以某接收站为例，进行冷能综合利用方案研究分析。
关键词：LNG 冷能；低温空分；燃机联合发电1项目概况该接收站位于北方的港口物流园区，周边有炼油厂和钢厂等企业。
冬季是供气高峰，可提供的日最大外输量为0.8亿方（一阶段）/1.6亿方（二阶段），小时需最大外输量按2500t/h （一阶段）/5000t/h （二阶段）；春夏秋季最大小时外输量为715t/h （一阶段)/1400t/h （二阶段)。
项目自用电负荷为：一阶段：4.4万KW ；二阶段：9.5万KW （含一阶段）。
接收站规划一阶段：建设4台海水开架式气化器（ORV ）、16（14+2）台浸没燃烧式气化器（SCV ）。
二阶段：3台海水开架式气化器（ORV ）、16（14+2）台浸没燃烧式气化器（SCV ）。
两种气化器规模均为200t/h 。
2冷能利用方案该物流园区炼油厂有500t/h 的80℃低温热水，回水温度按照20℃考虑，可利用并气化LNG 约150t/h ，但距离较远，需要增加中间介质管气化器（IFV ）或冷能发电装置、增压泵及管道等投资较大，且需考虑双方开停工问题及一方紧急停车时的应急问题等，实施相对困难。
钢厂低温余热基本内部利用。
因此，暂不考虑联合经济。
根据周边情况，也不适合建冷库、冰雪世界等项目，所以考虑按照下面方式进行接收站内部消耗利用。
2.1冷能空分冷能空分工艺结合专利的优点，采用高效LNG 冷能利用的空分技术。
液化天然气(LNG)冷能分析及利用初步研究
液化天然气(LNG)冷能分析及利用初步研究摘要：随着我国液化天然气（LNG）产业的蓬勃发展,LNG本身蕴藏的冷能具有很大的利用价值。
目前我国主要是单一方式的利用和回收,利用效率低下,从冷能的热力学性质方面入手,可以对LNG的冷能进行阶级利用,从而提高冷能的利用效率。
关键词：液化天然气；冷能分析；利用1LNG冷量利用途径1.1利用LNG冷能发电将液化天然气的冷量经过回收、转化生成电能，是目前比较常用且技术成熟的一种利用方式。
根据冷量利用形式的不同，又可以将其分为两种方式：（1）膨胀发电。
液化天然气在汽化时由于体积会急剧的膨大，在狭小、密闭的容器中会释放出巨大的能量，进而推动发电机发电。
这种发电方式的冷能利用率通常在20%-30%之间。
（2）把液化天然气当作一种冷凝剂，把冷凝机加入到冷凝器中，通过实现冷量转移，利用介质与环境的温度差带动蒸汽动力循环，完成发电。
在这种发电方式中，介质的选择十分关键，例如使用丙烷作为介质，冷量利用率只有25%左右；而选择碳氢化合物作为介质，利用率可以提升至40%以上。
1.2利用LNG冷能液化分离空气低温液化是分离空气的常用方法。
根据空气中各类气体成分也液化温度的不同，可以分别分离提取到液氧、液氮、液氩等具有重要工业价值的产品。
利用液化天然气冷量，可以比较方便地实现气体液化。
目前已经比较成熟的技术是利用两级压缩式制冷机，先进行液化天然气冷能的回收，然后再利用冷能完成空气液化，得到液氧和液氮。
从成本上来看，选用液化天然气冷量进行空气液化分离，在电能消耗、水能消耗等方面都有一定的优势，相比于传统工艺可以节约20%-40%的成本。
另外，将获得的液氧收集起来利用特定的设备进行加工，还能够获得臭氧，在处理化工企业排放污水方面也具有重要作用。
1.3利用LNG冷能制取干冰二氧化碳的液态及固态（干冰）形式，在多个领域有着重要利用。
例如可以作为灭火器的主要材料；作为制冷剂或是用于人工降雨等。
1-LNG冷能利用方式
LNG冷能利用方式液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)是在温度约-162°C、以液态形式存在的天然气。
通常LNG需要重新气化为气态天然气才能获得利用。
LNG气化时释放的冷能大约为840kJ/kg。
一座300万吨/年的LNG接收站，如果LNG连续均匀气化，释放的冷能大约为80MW。
因此，LNG蕴涵的冷能是十分巨大的，回收这部分能量具有可观的经济、社会和环境效益。
一、LNG 冷能利用方式所谓冷能，实际上指的是在自然条件下，可以利用一定温差所得到的能量。
根据工程热力学原理，利用这种温差就可以获得有用的能量，这种能量称之为冷能。
LNG 冷能利用方式主要有冷能发电、冷能空分、制取液态CO2或干冰、冷藏仓库或制冰、轻烃分离、空调、海水淡化、低温粉碎等。
(一)冷能发电利用LNG 冷能发电是较为新颖的能源利用方式，技术相对比较成熟，能够大规模利用LNG 冷能。
利用LNG冷能发电的系统主要有:直接膨胀法、二次冷媒法、联合法等。
1、直接膨胀法。
将储罐内的LNG抽出并加压，然后以海水为热源使之受热气化，再送至膨胀机中做功，从而产生电能。
从膨胀机出来的天然气再根据要求调整其温度和压力，最终送至天然气用户。
直接膨胀法原理简单、投资少，但是LNG 冷能利用率很低，只有24%左右。
因此，该方法主要与其他冷能利用方案综合使用。
2、二次冷媒法。
二次冷媒法利用中间冷媒的朗肯循环回收LNG冷能进行发电。
将低温LNG 的冷量转移到冷媒上，冷媒在温差的作用下进行蒸汽动力循环，从而做功产生电能。
应用二次冷媒法进行冷能发电的关键是冷媒的选择。
常用的冷媒主要有甲烷、乙烷、丙烷等单组分，也可以采用它们的混合物。
这种方法对LNG 冷能的利用效率要优于直接膨胀法。
3、联合法。
联合法将直接膨胀法与二次冷媒法相结合，可以大大提高冷能利用率，一般可保持在50%左右。
日本投入实际使用的LNG冷能发电项目大多采用这种方式。
大型LNG接收站冷能利用技术分析与工程实践
大型LNG接收站冷能利用技术分析与工程实践摘要：随着能源的紧缺和环保意识的不断提高，LNG作为一种清洁、高效、环保的能源得到了越来越广泛的应用。
LNG在运输过程中需要通过大型LNG接收站进行再加工和转运，而大型LNG接收站在加热天然气的同时也会产生大量的冷能。
对于大型LNG接收站而言，充分利用这些冷能不仅可以提高能源利用效率，还可以降低生产成本，同时也有助于减少对环境的影响，因此冷能利用成为了大型LNG接收站中的一个热点问题。
关键词：LNG接收站；冷能技术；工程；实践随着全球天然气需求的增加，越来越多的国家和地区开始使用LNG作为替代能源。
LNG接收站是LNG产业链的重要环节，大型LNG接收站的冷能利用对于提高能源效率和降低成本具有重要意义。
一、大型LNG接收站冷能利用的背景和意义LNG是液态天然气的缩写，它是一种通过冷却和压缩使天然气变成液态的过程而获得的能源。
与传统的天然气相比，LNG在储运、转运和应用等方面具有更好的性能和优势，因此越来越多的国家和地区开始采用LNG作为替代能源。
LNG 的储存和转运需要依靠大型LNG接收站进行处理和加工[1]。
在LNG接收站的运作中，液化天然气会在各个处理过程中产生大量的冷能，包括LNG气化过程中释放的热量以及LNG储存和输送过程中产生的低温液氮和液氧等。
这些冷能的利用，不仅可以降低LNG接收站的能耗和运营成本，还可以提高其能源利用效率，降低对环境的影响。
因此，大型LNG接收站冷能利用的研究和应用，具有重要的背景和意义。
二、大型LNG接收站冷能利用技术分析（一）低温液氮的利用在LNG接收站的运作过程中，LNG在储存和输送过程中需要保持在极低的温度下，通常在-160℃至-170℃之间。
为了保证LNG的稳定和安全，需要使用低温液氮进行冷却和维持LNG的温度。
而这些低温液氮在LNG接收站中的应用中，也可以用于冷却其他设备和过程中产生的高温废气和废水，从而实现废热的回收利用。
LNG冷能利用技术
——ORC发电系统/多温段换热系统
高文忠
教授/博导
上海海事大学 清洁能源利用实验室
2021年4月17日
01
02
03
04
液化天然气的发展
CCHP系统设备运行性能及整体评价
LNG冷能利用的方式
利用LNG冷能的发电技术
CCHP负荷预测研究
LNG 冷能利用多温段换热系统
忠信笃敬
一、课题研究背景及研究内容
• 若该冷能完全转化为动力，则一吨LNG可释放的冷能相当于240kW·h。
一、课题研究背景及研究内容
二、LNG冷能利用的方式
可利用LNG冷能：
根据2020年LNG前景报告显示，2019年中国LNG进
口增加4000万吨，仍是全国前三大LNG增量市场之一，
并且预计2040年中国天然气需求将翻一番。
而根据能源咨询公司伍德麦肯兹的预测，我国LNG进
冷藏以保持低温状态，在运输过程中
保持食品新鲜。
• 冷链物流所需的重卡运输及制冷需求，
与 LNG 汽车的冷能利用相契合，降低
能耗的同时，带来经济效益，是 LNG
冷能利用的新领域。
20
一、课题研究背景及研究内容
四、LNG 冷能利用多温段换热系统
冷冻冷藏：
采用 LNG 冷能作为冷库的冷源，
将载冷剂冷却到-20~-65 ℃，然后
公司
LNG基地
启用年
发电量(kW)
发电方式
大阪瓦斯
泉北NO.2
1979
1450
朗肯循环
东邦瓦斯
知多
1981
1000
朗肯循环
大阪瓦斯
泉北NO.4
1982
LNG接收站冷能发电工艺参数优化设计
LNG是在低温常压（鄄162.3℃、101.3kPa）状态下储存的液化天然气，接收站的主要功能是接收存储液化天然气，并将其气化后输送至下游用户。
LNG的气化过程会释放大量冷能，主要包括两部分：一部分是LNG在等温等压情况下发生相态变化所释放的冷能，即汽化潜热；另一部分是LNG由于温度升高释放的冷能，即LNG显热。
单位质量LNG包含830～860kJ/kg的冷能，这些宝贵的冷能通常损失在海水或空气中，造成能源浪费，如果能充分利用这部分冷能，则能达到节能和环保的目的。
LNG冷能利用方式可分为直接利用和间接利用。
直接利用方式主要有冷能发电、空气液化分离、液态乙烯储存、冷库、制造干冰等；间接利用方式有低温破碎、冷冻食品、水和污染物处理等。
上述各种冷能利用方式，除用于发电，其他利用方式都因其产业链较长，受到市场、资源、环境、运输等诸多因素的影响。
如冷库模式，从冷能梯级利用的角度上考虑，可能是比较匹配的项目，但在其他因素上却存在诸多困难，难以直接和LNG接收站配套实施。
常用的LNG冷能发电技术有直接膨胀法、低温朗肯循环法、联合法等[1]。
接收站天然气输送至管网，需要稳定的压力和流量，若采用直接膨胀法，经过冷能利用装置，天然气压力及流量波动较大，不适合实际的生产情况；而采用低温朗肯循环法，天然气本身只是被气化，不牵涉进入发电部分，能保证稳LNG接收站冷能发电工艺参数优化设计黄峰，周亚洲，李雅娴（浙江浙能温州液化天然气有限公司，浙江温州325000）摘要：工艺参数对LNG接收站冷能发电效率有较大影响，运用HYSYS软件，对低温朗肯循环冷能发电的工艺参数进行了优化研究，重点分析了中间工质组分、膨胀机工作压力、工质循环量对净发电量的影响。
结果表明，混合工质的净发电量高于纯工质，当乙烷与丙烷的质量比为2:3时，相应的净发电量最大；同时，在满足换热器中冷热流体最小温差的前提下，当膨胀机入口工作压力为1600kPa，工质循环量为195t/h时，LNG冷能利用率最高，净发电量达到4942kW。
LNG接收站冷能利用方法
ＬＮＧ接收站冷能利用方法李战杰，何建明（中石化广州工程有限公司，广东省广州市５１０６２０）摘要：液化天然气（ＬＮＧ）气源依据Ｃ２含量分富液和贫液两种，其中富液ＬＮＧ热值高于管网天然气。
ＬＮＧ接收站设置轻烃回收装置，采用无压缩机流程，利用ＬＮＧ冷能将富液ＬＮＧ中的Ｃ＋２分离出来作为乙烯原料，可增加经济效益；乙烷装车工艺也充分利用外输ＬＮＧ的富余冷能；轻烃回收装置和乙烷装车每年可利用冷能２１０．４ＴＪ，实现了冷能的回收利用，增加了经济效益。
文中从轻烃回收、轻烃产品储存及运输等方面分析冷能利用情况。
关键词：ＬＮＧ 储存 轻烃回收 冷能利用 富液 无压缩机流程 液化天然气（ＬＮＧ）是安全性高的新型燃料，与汽油、柴油和液化石油气（ＬＰＧ）相比，ＬＮＧ的燃点高，难以点燃；爆炸下限高，爆炸几率低。
近年来，国内天然气行业发展势头强劲，工业和发电拉动天然气消费增长再创新高，进口量突破千亿立方米跃居全球首位。
近五年，国内ＬＮＧ进口量增长近２倍。
预计２０２２年前后国内ＬＮＧ接收站总能力将超过１３０Ｍｔ／ａ。
全球ＬＮＧ资源供应宽松，国内天然气需求旺盛，国家鼓励ＬＮＧ进口。
截至２０１９年底，国内已建成ＬＮＧ接收站２３座，接收能力９０．４５Ｍｔ／ａ。
其中中国石油、中国石化、中国海油建有接收站１８座，接收能力８２．３０Ｍｔ／ａ，占比９１％；地方企业和民营企业建有接收站５座，接收能力８．１５Ｍｔ／ａ。
国内某ＬＮＧ接收站与巴布亚新几内亚签订了２．０Ｍｔ／ａ富液ＬＮＧ的长期供气协议。
该接收站除具有ＬＮＧ接卸、存储、增压气化、计量外输及ＬＮＧ装车外，还有轻烃回收、轻烃产品储存及装车等功能，在国内已建成的２３座接收站中，是唯一具有富液轻烃分离功能的接收站。
文中着重介绍在富液ＬＮＧ储存、轻烃回收及产品装车工程设计中如何利用ＬＮＧ的冷能，以实现优化节能的效果。
１ ＬＮＧ接收站ＬＮＧ接收站一般包括码头工程、接收站工程、输气干线工程３部分。
接收站工程主要包含ＬＮＧ卸船、ＬＮＧ储存、闪蒸气回收处理、ＬＮＧ装车外输和天然气气化外输等功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可提供LNG冷能利 用总量依冷 能利用种类不同而不同
LNG冷能利用温度范围与效率比较表
冷能利用难点 影响主流程的担心
主流程气化能力的大幅波动
经济性的制约 梯级利用？- 看上去不错.
谢 谢！
• 全年释放LNG冷能总量约70万MWh，或7亿kWh • 以㶲表达，约36MW，或3亿kWh
如果冷能发电㶲效率50%
• 发电功率为18MW • 发电量（即节能）1.5亿kWh/a • 考虑常规电厂效率50%，可减排CO20.36亿t/a 日本几个LNG接收站，㶲利用率50~60%，回收㶲率5~25% 按0.4kWh/kg计算，一座3Mt/a的LNG液化厂耗电12亿kWh/a
大阪煤气公司的天然气冷能利用发电
LNG冷量用于液化CO2和制取干冰
LNG冷量回收用于冷库
利用LNG冷能进行食品冷冻储存
间接利用LNG冷能的低温粉碎工厂
三、中国LNG冷能利用
1.大型接收站冷能利用 所有接收站都作了冷能利用的规划、方案或可行 性研究 但目前实际建成的冷能利用项目只有2个
福建LNG冷能空分项目 2010年11月12日，中国首个液化天然气冷能空 气分离装置（ASU）正式投产。作为空气产品公 司与中海油能源发展股份有限公司的合资工厂， 该工厂座落于福建莆田，以空气为原料，以LNG 能冷为主要能源，总产能日产600余吨液氧、液 氮和液氩，设计能力为每天生产液氧300吨、液 氮300吨、液氩10吨。可满足福建省尤其是厦门 、莆田和福州三角洲地区高速发展的工业气体市 场的需求。
饮用水纯 化 废水处理 炼 钢 业 金属加工 业 造 船业
制铁工业 焊 接业
间接利用
餐饮 业
低温 粹 化 电化学业
日本的Hitachi 空分厂
墨西哥的Monclova 空分厂
日本空气液化和分离工厂
LNG冷能用于发电
发电方案 （1）直接膨胀法
（2）二次媒体法（中间载热体的朗肯循环）
（3）联合法 （4）混合媒体法 （5）布雷敦循环（气体动力循环） （6）燃气轮机利用方式
二、LNG冷能利用途径
ORV - No
SCV - No
AAV - No
IFV – No / Yes
STV – Yes!
LNG冷能利用技术
LNG冷能利用相关行业示意图
空气液化分离 直接利用 液 氮 液 氧 液氩
冷能发电 CO2液化及干冰
冷冻仓储
冷冻 干 燥 冷冻 食 品
空调冰水
低温养殖及植栽 丁基橡胶合成业 乙烯工厂 氢气液化
气化器
压能发电厂
高压泵
冷能空分厂
冷能发电厂
卸料臂 燃烧塔
海 排放塔管
陆 管
L
N
G
BOG压缩机
兴 达 电 厂
计量站
储槽 LNG流程 NG流程 BOG流程
再凝器
气化器
压能发电厂
高压泵
冷能空分厂
冷能发电厂
永安厂LNG冷能利用现状
超低温冷库
空气液化分离
LNG 冷能利用
重烃分离
冰水空调系统
目的：LNG冷能回收利用，供应全厂空调 （冷气）及冷却设备等需用冰水。 效益： 1. 节省全厂冷气电费及LNG气化所需海水泵 电费。
BOG再液化预冷流 程
加入BOG预冷器
M
BOG壓縮機
BOG預冷器
BOG回氣管線
氣液分離槽
輸氣幹線
再凝器
BOG管線
LNG卸料管線
LNG船
開架式氣化器(ORV)
LNG
LNG低壓泵
高壓泵
LNG儲槽
回收高压泵送往ORV气化前之LNG冷能，用于预冷BOG压缩后 之气体，将BOG之温度降到-110℃后再进入再凝器液化
• 理论上，任何能量利用都可以达到100%效率 • 电厂： 煤的化学能 =燃烧热+损失1 =电能+热能+损失1+损失2
热力学第二定律 热力学第二定律：热过程的不可逆性
• 表述1：不可能把热量从低温物体传至高温物体而不 引起其他变化
• 表述2：不可能从单一热源取热，使之完全变成有用 功而不引起其他变化 Q1 Q2 =W (Q-热量，W-功)
利用ＬＮＧ冷能的海水淡化流程图
2）LNG冷能用于电厂CO2回收 Statoil ASA(挪威国家石油公司)，Initial assessment of the high-efficiency fossil-fueled power generation system that separates and liquefies the CO2 using the LNG coldness during its re-vaporization
2. CO2减量，环保效益 。 3. 设备资源回收再利用。
NG-OUTPUT 9℃
NG
CHWS 14 ℃
大楼冷气
CHWS 8℃
冰水槽
LNG-FEED -150 ℃
CHWS 8℃
LNG
冷能冰水系统外观
天然气
ORV上水槽
海水入口
海水加氯灭 藻类杀菌
ORV管板
LNG
ORV下水槽
海水出口
低温海水养殖
依高市海洋局估算，第六期引水工程完工，供应养殖面积 可达750公顷来估算
dEx =Qa = dWmax =
• 低于环境温度热源做功
dEx = dQa = dWmax = T 1 Q T0
T Q 1 0 T
T ,dEx Q;T T0,dEx 0
T 0,dEx Q;T T0,dEx 0
• 制取低温耗功
dEx = dQa = dWmin =
Air
27
ASU
28
Intercooling N2,Ar, 30 … HE7
reheat
29 26 16’ 5
CO2 O2 CH4
B1
6
HE3
7 4
14 25 17
6’
B2 LT1
LC HE5
13 22 21
HC PL
HT
LT2
~
G
CH4
24
23
13 ’ 18 PC
20
HE4
LNG
15 8
16
3
1
LNG冷能基本数据 LNG：低温液态天然气，沸点为-162℃（111K）
LNG蕴含巨大的冷能，约830MJ/t
一座3Mt/a的LNG接收站
• LNG连续均匀气化释放的冷量约80MW • 全年释放LNG冷能总量约70万MWh，或7亿kWh
热力学第一定律 热力学第一定律：能量守恒
• 任何过程：能量守恒 • 任何能量形式的转换：能量守恒
冷能发电厂
LNG：100 t/h 发电量：2,000 kW
NG 丙烷冷凝器 LNG
海水出口
膨胀 发电机 丙烷液体 丙烷气化器 丙烷气
海水出口
海水入口
NG加热器 天然气
丙烷泵
海水入口
压能发电厂
NG：120 t/h 发电量：3,000 kW
空气分离厂
1988年建厂，工程经费约16亿台币 LNG设计量：40 t/h 液氮产量330 t/d 液氧产量220 t/d 液氩产量17.4 t/d
项目
节省电费 节省设施 设置维修 费 节省用电 （节能）
单位
元 元
估算基准
一公顷年省电费约2万 以平均每户养殖面积2公顷，每3年须 耗资15万元重置维修费估算，平均每 公顷年省2.5万。 以一般工业用电计，平均一度电费以 2.2元计，一公顷年节省电费2万元， 反推为每年每公顷节省用电约9090度 根据台电统计100年度电力排放系数＝ 0.621公斤COe/度，年节省用电681.8
LNG接收站冷能利用技术
2014-03-01
目录
一、LNG冷能
二、LNG冷能利用途径 三、中国LNG接收站冷能利用
一、LNG冷能
中国已建成LNG接收站 截至2013，中国已建成10座LNG接收站
项目 台湾高雄永 安 广东深圳大 鹏 福建莆田 台湾台中 上海 江苏如东 辽宁大连 投产年 1990 2006 2008 2009 2009 2011 2012 处理能力 (万吨/年) 744 670 260 300 300 350 300 储存容积 (万立方米) 3×10 3×13 3×16 4×16 3×16 3×16.5 3×16 3×16 中油 中海油33%，BP30% 中海油60% 中油 申能55%，中海油45% 中石油55% 中石油75% 主要股东
浙江宁波
广东珠海 天津FSRU
2013
2013 2013
300
300 220
3×16
3×16
中海油51%
中海油 中海油
中国进口LNG将持续增长
中国天然气消费量超过生产量越来越多
2015年将进口935亿立方米，LNG比重日益增大
300
250 200 150 100 50 0 2000 2005 2010 2015 Production Consumption
第三期扩建：1996~2002年，规划产能744万吨/年。
第四期扩建：2000~2006年，年营运量不变，卸收能 力增为1200万吨/年。
第五期：2009年完成扩建可行性评估。
流程概述
卸料臂 燃烧塔
海 排放塔管
陆 管
L
N
G
BOG压缩机
兴 达 电 厂
计量站
储槽 LNG流程 N 0(可逆=0，不可逆>0) (T-温度，S-熵) • 热转换功的过程：永远熵增 • 传热过程只有无温差才可逆
能量=㶲(有效能)+火无 (无效能)