LNG冷能用于CO_2跨临界朗肯循环和CO_2液化回收

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LNG在船舶燃料方面的运用与LNG的制冷与运输

LNG在船舶燃料方面的运用与LNG的冷能运用油气储运11级2班周家奇[摘要] 现在的环境问题能源问题日益突出，有待我们进一步的研究新的燃料体系和节能办法。

对于繁忙的航运，船舶的燃料问题显得十分重要。

LNG作为清洁环保的新型燃料必定会取代柴油燃料。

船舶发动机也会随之有一次新的革命。

地球的资源并非取之不尽，我们现在就应该节约现有资源。

LNG气化过程的冷能就是一项可利用率很高的能量，利用它来液化分离空气﹑轻烃的分离、CO2的液化回收等，即充分利用能量又可以创造财富还保护环境。

[关键词] LNG；船舶燃料；LNG冷能；空气分离；轻烃分离；CO液化21. LNG航运运用航运背景介绍：随着人们环保意识的提高和排放法规的日益严格，航运界对环保型燃料的呼声也越来越高。

2009年6月初，lMO海事安全委员会(MSC)通过了MSC 285(86)号决议，即“有关船上天然气燃料发动机装置安全性的临时指南”，撤销了天然气不得用作船用燃料的禁令。

随着禁令的放开。

液化天然(LNG )气在环保和经济方面的优势显现出来。

LNG的主要成分为甲烷CH4，无味、无色、无毒、无腐蚀性。

与传统燃油相比，LNG 作为船用燃料，可使SO 和NO 排放降低约90％，CO 排放降低2O％～25％。

2010年的SMM展会上，一个突出的主题是LNG燃料。

在该会上，三家著名船级社（(1】挪威船级社(DNV) (2)必维国际检验集团法国船级社(BU reauVeritas，简称BV) (3)德国劳氏船级社(Germanischer Lloyd，简称GL)）介绍了正在建造的更大型深海远洋船项目。

在此其中Bureau Veritas在SMM的发言强调了天然气作为船用燃料的诸多优点。

除了环保方面的优势，天然气资源丰富，甲烷可通过可再生资源获得，并且其价格也很有竞争力：要达到相同的能量，LNG的现货价格仅为重油的一半。

三大船社对将来LNG运用前景十分看好，现在着力于燃料发动机的改进和LNG的船体罐装。

关于lng冷能利用的指导意见

8. 法规和政策支持：政府应出台相关法规和政策，支持LNG冷能利用的发展。包括鼓励投资、提供财政支持、优惠税收政策等，为LNG冷能利用提供良好的政策环境。
这些指导意见可以帮助促进LNG冷能的有效利用，实现能源的高效利用和可持续发展。同时，应根据具体情况进行调整和补充，以适应不同地区和行业的需求。
关LNG冷能利用中，应注重环境保护和可持续发展。采用清洁能源替代传统能源，减少碳排放和环境污染，推动可持续能源利用。
6. 安全管理和监测：LNG冷能利用涉及高压和低温等安全风险，应建立完善的安全管理和监测体系，确保系统运行安全可靠。
7. 技术创新和研发：在LNG冷能利用中，应鼓励技术创新和研发，推动新技术、新材料和新工艺的应用，提高系统性能和效率。
关于lng冷能利用的指导意见
关于LNG（液化天然气）冷能利用的指导意见如下： 1. 能源效率优先：在LNG冷能利用中，应优先考虑能源效率。通过合理设计和优化系统，最大限度地利用LNG的冷能，减少能源浪费。 2. 多元化利用方式：LNG冷能可以应用于多个领域，如制冷、空调、工业加工等。应根据具体需求，选择合适的利用方式，最大限度地发挥LNG冷能的潜力。 3. 系统集成和优化：在LNG冷能利用系统设计中，应考虑系统的整体集成和优化。通过合理的系统配置、流程优化和能量回收，提高系统的效率和性能。 4. 热力联合与综合利用：LNG冷能可以与其他能源形式（如余热、太阳能等）进行热力联合和综合利用。通过能源的互补和协同，提高能源利用效率和经济性。

跨临界CO_2制冷系统中绝热毛细管性能模拟研究

量流量影响很小，即使发生壅塞，壅塞质量流量和未壅塞时的质量流量差别也不大．
关键词：跨临界；０２冷系统；细管；Ｃ制毛模拟
中图分类号：Ｔ６文献标志码：Ａ文章编号：２３９７２１）１０１— ６Ｂ２０５ —８Ｘ（０１１ —０６０
ＷＡＮＧｉｇ，ＺＪｎＨＡＯａｙｎＬａｇｈｎＹｕｎａｇ，ＩＬｉｎｓｅｇ，ＷＡＮＧｈｚｏｇＺｉｈｎ
（．ｔｎＥｇｎｅｉｇＲｓａｃｅｔｒｏｌｉｃｉｅｙａｄ．ｏｒｓｏ，ＸｉｎＪａｔｎｉｅｓｙＸｉｎ７０４，ｈｎ；１ＮａｉｎｉｅｒｅｅｒｈＣｎｅｆｕｄＭａｈｎｒｎＣｍｐｅｓｒｏｎＦｉｏｇＵｎｖｒｉ，１０９Ｃｉａａｏｔａ
式）进行模拟和比较，究了Ｃ毛细管内的温度、力、、研Ｏ在压焓熵及干度等的沿程分布规律．分析了管径、口压力、口温度和背压等４个参数对毛细管质量流量的影响，考虑了壅塞现象．入入并结果表明：用Ｃｕｃｉ采ｈｒｈｌｌ和Ｃｌｒｏ关联式的效果较好，２的计算值误差在１以内，ｏｅｏｋｂ９Ｏ而Ｂｔｌ＆Ｐｔｉｅａｅ关联式不适用于Ｃ绝热毛细管计算，ｔＯ２因为它未考虑毛细管内壁的粗糙度；背压对质

（ｈｒｈｌＣｌｒｏ，Ｂｔｌ＆Ｐｔ）ｗｅｅｃｍｐｒｄｗｉａｈｏｈｒｈｉｔｂｔｎｆｔｒ— Ｃｕｃｉ，ｏｅｏｋｉｅａｅｌｂｔｒｏａｅｔｅｃｔｅ．Ｔｅｄｓｒｕｉｓｏｅｈｉｏｎ

浅谈我国LNG冷能利用技术的应用与发展

浅谈我国LNG冷能利用技术的应用与发展摘要：LNG是液态低温液体，在气化转变过程中释放大量能量（冷能），具有很高的利用价值，随着我国经济快速发展，能源需求越来越大，LNG冷能技术的运用越来越受到人们关注，本文就我国LNG冷能利用技术应用及发展进行了分析及论述。

关键词：LNG冷能利用技术应用发展随着我国经济发展，能源结构的调整，天然气已成为和煤炭及石油相提并论主要能源，并且将成为未来主要能源之一，LNG是继煤炭、石油之后的又一新兴绿色清洁能源，LNG在制造过程当中需要消耗大量的能量，而在气化过程当中又要将这些能量进行释放，这些能量的回收成为当今社会各行各业非常稀缺的一种特殊资源-冷能利用，对这些冷能进行回收利用，将产生巨大的经济效益、社会效益。

一、LNG概述及其冷能技术的应用1.LNG概述LNG是液化天然气英文简称，天然气所指的是在气田里进行自然开采的可燃气体，其主要成分为甲烷，，在常温常压状态下是气体，通常天然气产地和用户相隔比较远，为了运输及储存方便，就把气田开采出的天然气通过脱水、脱硫、脱酸、压缩等工艺处理，使其液化为-162℃低温液体，也就称为液化天然气LNG 了，LNG具有节省运输储存空间及成本特点，并且还有性能高及热值大等特点，LNG进行终端使用时，需要把LNG进行气化，在这个过程里大约会放出830-860kJ/kg的冷能，这些冷能的利用价值、潜力巨大，并且各国均在进行冷能利用技术研究及提高。

2.LNG冷能利用应用发展LNG冷能利用潜力巨大，不同温度冷能价值是不同，如建筑物空调中，7～12℃冷量制取，其COP耗电效率要在5以上，而-160℃的低温冷能中的COP仅需要0.156，当位于-100℃之下的低温冷能时，其经济价值是比较高的，可节省大量低温冷能电力。

现在LNG冷能的利用项目均是单一用户，多用户集成项目是比较少的，在现有冷能利用技术里，除了空分利用位于-150℃和-70℃之间，很多用户的冷温位和LNG气化冷能温度的分布是不匹配的，其利用率比较低，使得经济效益不是很高，韩国、日本及中国台湾等地方冷能利用项目仅有20%左右的LNG冷能获得了利用，而我国LNG进口都要比世界要晚，随着我国能源需要不断增加，LNG进口量的日益加大，如何加强提高LNG冷能利用技术，显得尤为重要。

中间完全冷却CO_2跨临界双级压缩节流循环

ｏｒｎｓｃｉｉａｅｒｇｒｔｏｙｃｅｏｆｔａ — ｒｔｃｌｒｆｉｅａｉｎｃｌｆＣＯ２，ａｎｄＣＯＰｆａｃｍｐｅｅｉｅ — ｏｏｉｇｍｏｓｈｇｒｔａｈａｏｏｌｔｎｔｒｃｌｎｄｅｉｉｈｅｈｎｔｔｏｆ
第６１卷第３期２１ＯＯ年３月
．．３Ｍａｒｈ２０ｃ１０
Ｃ１ＥＳＣＪｕｎ１ｏｒａ
中间完全冷却ＣＯ２跨临界双级压缩节流循环
谢英柏，刘迎福，汤建成，孙刚磊
（北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，河北保定０１０）华７０３
ＥｄｕａｉｎＮｏｔｉａＥｌｃｒｃＰｏｒＵｎｖｒｉｙ，Ｂａｄｉｇ０１０，Ｈｅｅ，Ｃｈｎ）ｃｔ，ｏｒｈＣｈｎｅｔｉｗｅｉｅｓｔｏｎ７０３ｂｉｉａ
ＡｂｔａｔＴｗｏｓａｅｃｍｐｅｓｏｓａｆｅｔｅｍｅｈｄｔｍｐｏｅｔｅｃｅｆｉｎｆｐｒｏｍａｃ（ｓｒｃ： — ｔｇｏｒｓｉｎｉｎｅｆｃｉｔｏｏｉｒｖｈｏｆｉｅｔｏｅｆｒｎｅＣＯＰｖｃ）
ａｎｏｌｔｄ．ｏｈｒｎ — ｒｔａｈｏｔｉｇｃｃｅｏｎｉｃｍｐｅｅｍｏｅＦｒｔｅｔａｓｃｉｉｌｒｔｌｙｌｆＣＯ２ｎａｔ — ｔｇｏｒｓｉｎｗｉｈｃｍｐｅｅｃｔｎｗｏｓａｅｃｍｐｅｓｏｔｏｌｔｉｉｔｒｃｏｉｇｔｅｔｒｔｌｇｃｃｅｃｎｂｉｉｅｎｏｔｙｅ，ｓｎｌ— ｈｏｔｉｇ（ＴＤＣ）ｃｃｅａｄｎｅ — ｏｌ，ｈｈｏｔｉｙｌａｅｄｖｄｄｉｔｗｏｔｐｓｎｎｉｇｅｔｒｔｌｎＳｙｌｎｄｕｌ— ｈｏｔｎ（ｏｂｅｔｒｔｌｇＤＴＤＣ）ｃｃｅＦｏｈｓｗｏｃｃｅ，ｔｅｅｆｃｓｏｕｌｔｔｍｐｒｔｒｆｇｓｃｏｅｎｉｙｌ．ｒｔｅｅｔｙｌｓｈｆｅｔｆｏｔｅｅｅａｕｅｏａ — ｏｌｒａｄ

LNG冷能利用方式简介

LNG冷能利用方式LNG冷能利用可分为直接和间接利用两种方式。

其中，直接利用包括冷能、深冷空气分离、冷冻仓库、制造液态CO2(干冰)、汽车冷藏、汽车空调、海水淡化、空调制冷以及低温养殖和栽培等；间接利用包括低温粉碎、水和污染物处理等。

目前LNG冷能主要应用领域如表1所示。

LNC冷能在空气分离、深冷粉碎、冷能发电和深度冷冻等方面已经达到实用化程度，经济效益和社会效益非常明显；小型冷能发电在LNC接收站也有运行，可供应ING接收站部分用电需求；海水淡化等项目尚需要对技术进行进一步的开发和集成。

基于种种条件的限制，LNC冷能不可能全部转化利用，目前世界LNG冷能平均利用率约20%。

世界主要国家或地区LNC冷能利用情况如表2所示。

由于我国进口LNG处于起步阶段，国内冷能项目的建设要本着实事求是的原则进行合理规划。

根据世界LNC冷能利用的经验，我国LNC冷能利用可以通过以下两个主要途径进行。

第一，建设大型空分装置，生产商品液氧、液氮和液氩。

部分液氮作为生产冷冻粉碎胶粉和液体二氧化碳等项目的冷媒，气化后的氮气作为合成氨原料；氧气作为大型装置的原料，生产的合成气经精制后进一步延伸加工，作为合成氨的原料和的，合成气精制过程中副产的高纯度二氧化碳作为液体二氧化碳的原料。

第二，LNG与制冷剂换热，绿色制冷剂进一步作为冷藏库和合成气精制过程的冷媒。

总之，在LNG冷能利用过程中要贯彻循环经济的理念，积极探索我国LNG 冷能利用技术，实现LNG冷能的安全利用，形成生态工业网络。

2LNG冷能利用技术进展2.1LNG冷能空分技术空分技术经过100多年的不断发展，现在已步入大型、全低压流程的阶段，工艺流程由空气压缩、空气预冷、空气净化、空气分离、产品输送等操作单元组成。

空分设备较高，能源消耗占空分产品成本的70%-80%。

例如，一套72000m3／h空分设备的主空压机电机容量达31000kW，相当于一个小城镇的民。

因此，如何降低单位制氧耗电一直是空分行业关注的主要问题。

液化天然气（LNG）冷能利用途径一览

液化天然⽓（LNG）冷能利⽤途径⼀览⽂/王⽅付⼀珂范晓伟朱彩霞，中原⼯学院能源与环境学院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。

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，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。

电动汽车CO_(2)热泵空调系统优化及制冷性能分析

电动汽车CO_(2)热泵空调系统优化及制冷性能分析李江峰;李帅旗;宋文吉;冯自平【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2024(42)5【摘要】为提升电动汽车CO_(2)热泵空调系统的制冷性能,文章构建了中间补气+回热器的跨临界CO_(2)系统,通过仿真研究了气体冷却器出口温度(T_(go))、气体冷却器压力(P_(g))、中间补气压力(P_(m))、相对补气量(β)、回热器过热度(ΔT)对系统制冷系数(EER)、制冷量(Q_(e))和压缩机排气温度(Tco)的影响及中间补气对回热器优化能力的提升。

研究表明:存在最佳气体冷却器压力和最佳中间补气压力使得EER达到最大值,并得到两者与气体冷却器出口温度的关系式;气体冷却器出口温度上升会使系统性能下降,中间补气量和回热器过热度的增加能提升系统性能,EER 提升了15.64%和6.07%,制冷量提升了27.88%和4.78%;回热器过热度的增加会导致压缩机排气温度上升,中间补气可降低压缩机排气温度,当限定压缩机排气温度时,中间补气可使回热器对EER和制冷量的优化能力分别提升了203%和173.87%;相对于基础跨临界CO_(2)系统,文章构建的优化系统在所研究工况内可使系统EER 和制冷量分别提升18.38%和35.03%。

【总页数】8页(P612-619)【作者】李江峰;李帅旗;宋文吉;冯自平【作者单位】中国科学院广州能源研究所;中国科学院大学;淄博能源研究院【正文语种】中文【中图分类】TB657【相关文献】1.纯电动汽车热泵空调系统优化2.纯电动汽车CO_(2)热泵空调及整车热管理概述3.电动汽车CO_(2)热泵空调应用与优化综述4.电动汽车CO_(2)热泵空调系统振动与噪声问题解决方法概述5.电动汽车CO_(2)热泵空调制热性能分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

跨临界CO_2双级压缩制冷循环的热力学分析与比较_张振迎

（ 3）
以上各式中 hi 表示 i 点的焓值，kJ / kg。
压缩机的等熵效率采用下面表达式［17 － 20］：
ηcom = 1． 003 － 0． 121p2 / p1
（ 4）
对于双级压缩制冷循环，一般存在一最佳中
间压力，使得循环性能系数达到最大，而且最佳中
间压力往往在高低压的几何平均值附近。本文为
图 6 循环 COP 随 PＲ值的变化
图 7 示出了不同蒸发温度和气体冷却器出口温度下，TCFI 循环和 TCEI 循环的最佳中间压力的变化情况。可以看出，随蒸发温度的升高，两循环的最佳中间压力都逐渐上升；随气体冷却器出口温度的升高，TCFI 循环的最佳中间压力逐渐下降，而 TCEI 循环的最佳中间压力逐渐升高。两循环的最佳中间压力进行对比可以看出，TCEI 循环的最佳中间压力要高于 TCFI，而且蒸发温度和气体冷却器出口温度越高，差别越大。
1 引言
制冷剂替代和系统节能已成为制冷空调领域的前沿课题。自然工质 CO2 以其环境友好性、安全性和良好的热物理性质，被认为是最具潜力的替代工质，得到了广泛关注［1，2］。但是与常规工质制冷循环相比，跨临界 CO2 制冷循环的节流损失较大，使其基本循环的能效比较低。采用双级压缩可以减小压缩机耗功和制冷剂泄露［3 ～ 6］，采用膨胀机取代节流阀可以减小节流损失［7 ～ 9］，这两项措施都能提高跨临界 CO2 制冷循环的性能。
ZHANG Zhen-ying1 ，TONG Li-rui1 ，WANG Hong-li2 ，MA Yi-tai3
（ 1． North China University of science and technology，Tangshan 063009，China； 2． Key Laboratory of Medium-Low Temperature Energy Efficient Utilization of Ministry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

LNG冷能利用介绍

低温冻干生产线 2019/12/20
抗生素等高效药物低温合成、脱水食品生产
我国首个LNG冷能空分项目（莆田）
-163℃的LNG蕴含大量的高品位冷能，用途极广
-6-
一、LNG冷能利用原理及分析
4、 LNG冷能利用过程
LNG冷能利用示意图
5、㶲经济学分析方法——LNG冷能利用规划基础

LNG接收站工艺流程
二次媒介法
太阳能作为高温热源
- 10 -
二、LNG冷能利用的方式（直接利用）
2019/12/20
- 11 -
二、LNG冷能利用的方式（直接利用）
（4）布雷敦循环（气体动力循环）利用冷能来冷却压缩机进口气体, 可使装置热效率显著提高。
（5）燃气轮机利用方法（冷却介质）降低燃气轮机入口空气温度，显著提高循环做功和做工效率。注意冷却温度须严格控
热量/冷量与温度的关系
在LNG气化过程中，约能产生870kJ/kg的低温能量。目前，这种冷能大部分被释放到海水中。
可惜
-4-
一、LNG冷能利用原理及分析
2、 LNG冷能的特点
低温和产生低温所需要动力的关系
温度与LNG 冷能的关系曲线
冷却温度与设备资金投入的关系曲线
LNG冷能㶲随环境温度的变化 2019/12/20
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
统，用于液化天然气冷能回收。
2019/12/20
- 12 -
二、LNG冷能利用的方式（直接利用）
（7）温差发电和动力装置联合回收系统利用LNG与海水的温差或与工业废气之间的温差，设置动力循环系统，将冷能转化为

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1 引言
作为三大主要能源之一的天然气由于其高效率和清洁而被广泛使用 ,但考虑到地理条件的原因 ,不宜用管道进行气态的远洋运输 ,一般采用液化天然气 (LNG) 的形式来进行远洋贸易。这意味着 LNG在用户使用前必须再次气化 ,而由于液化天然气 (LNG)和大气环境之间存在极大的温差 , LNG气化的过程中有大量的冷量释放出来。据理论估算 ,释放的冷能约为 850kJ / kg。如果回收这部分的冷能用来发电 ,可获得 240 kW h / t的
电力输出。因此充分利用 LNG的冷能越来越受到重视。
将 LNG冷能用于发电有很多种方法 [ 1 ] , 例如 :高压天然气的直接膨胀做功 ,冷却燃气轮机进口空气 ,冷却联合循环中的蒸汽冷凝器 ,以及朗肯循环等等。传统的低温朗肯循环是在 LNG的储存温度 (约为 111K) 和环境温度之间运行 [ 2 - 4 ] 。从卡诺循环可知 ,热力循环的效率是与高低温热源的温差成比例的。而如果循环是在 LNG的储存温度和燃气轮机排放的废气温度下进行时则能获得更大的温差 ,由此而来的输出功也将随之增大。
1. 00
L2
3000. 00
- 160. 59
1. 00
L3
2910. 00
- 100. 00
1. 00
L4
2822. 70
- 98. 25
1. 00
L5
2738. 00
37. 17
1. 00
R1
101. 50
- 92. 00
0. 596
R2
15000. 0
- 87. 42
0. 596
R3
14550. 0
- excold, out ) - excold, out )
(5)
根据这些公式可以算出各换热器中的火用和效
率 ,结果列在表 2中。从表 2中可以看出 ,换热器
表 1 系统各点参数 Tab. 1 System parameters
N
P, kPa
t, °C
qm , kg / h
L1Βιβλιοθήκη 169. 68- 162. 00
系统或设备的火用效率表示为 :
η ex
= EXpay EX ga in
(1)
第 4期低温技术 C ryogenics
·19·
在讨论换热器的火用效率时有 :
EXpay = qm, hot ( exhot, in - excold, out )
0. 273
C5
101. 5
- 87. 33
0. 273
water
104. 6
4. 941
0. 222
表 2 系统循环特性 Tab. 2 Summary of cycle performance
P - 100 pump work (W )
2. 392
P - 101 pump work (W )
收稿日期 : 2009 - 03 - 19 作者简介 :黄美斌 (1985 - ) ,男 ,硕士研究生 ,现主要从事液化天然气冷能利用研究。
·18·
低温技术 C ryogenics 第 4期
近年来 ,化石燃料的加快消耗已经导致了越来越多的环境问题。控制温室气体 CO2的排放正在引起全球的关注。在各种工业用途排放的废气中 , CO2的含量相当高 ,更为重要的是 ,废气的温度一般不高 ,采用常规的方式利用效率低下 ,而且不能有效减少 CO2 的排放。因此近年来对 CO2 减排的研究工作也开始受到重视。除了直接减少 CO2 的发生量外 ,也在探索将过程中产生的 CO2 回收利用的方法。CO2 的回收方法主要有物理化学吸收、低温分馏和膜分离等 ,其能量消耗可能导致整个动力循环效率下降 10%左右 [ 5, 6 ] 。Zhang 等人提出了结合甲烷燃烧的超临界朗肯循环来回收 CO2 , 能量效率和火用效率分别超过 65% 和 50% [ 7 ] 。M athieu 等人提出了一种称作零排放 MATIANT的循环 ,它由超临界循环和布雷顿循环组成 ,效率可达 45% [ 8 - 10 ] 。 Yam aguchi 等人提出了结合太阳能利用冷能和实现供热循环的流程 , 并分析了发电效率和供热效率 [ 11 ] 。 Chen 等人则对比研究了使用跨临界 CO2 和 R123为工质的回收工业余热的朗肯循环的出功及效率的问题 [ 12 ] 。本文构建了结合回收 LNG物理火用和实现 CO2 减排的朗肯循环 ,工质采用 CO2 ,并且利用的是含有 CO2 和 H2 O 的温度不高的废热 ,它可以是燃气轮机乏气、也可以是其它热力过程的燃烧产物。
CO2 的循环 , C1 - C2 - C3 - C4 - C5 为废热流体的流通路线 ,其中的分离器 ( Separator)下部分离出水分。LNG被泵 P - 101加压至 3M Pa后 ,依次经过换热器 HEX1、HEX2、HEX4,从 L5流出。朗肯循环采用了回热 ,目的是为了提高工质 CO2平均吸热温度 ,增加最后出功。而 CO2 和 H2 O 的混合物 ,在换热器 HEX3中被一次冷却 ,接着被气化后的天然气 NG冷却后进入气液分离器 ( Separa2 tor) ,分离出来的水从底部流出 , CO2则被 LNG进一步冷却至液态 ,从 C5流出。流程中 CO2 的 R2
关键词 :跨临界 CO2 朗肯循环 ; LNG冷能利用 ; CO2 液化回收 ; 效率
L NG cold energy utilized in a tran scr itica l CO2 Rank ine cycle and CO2 recovery by liquefaction
Huang M eibin, L in W ensheng, He Hongm ing, Gu Anzhong ( Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shanghai J iaotong University, Shanghai 200240, China) Abstract: A new scheme of utilizing LNG cold energy was p resented in this paper. A CO2 transcritical Rankine cycle was suggested, w ith em ission from a gas turbine as its heat source and LNG as its cold sink. W ith CO2 working transcritically, large temperature difference for the Rankine cycle was realized. Moreover, the CO2 in the gas turbine em ission was further cooled and liquefied by LNG after transferring heat to the Rankine cycle. In this way, the cold energy is not only utilized, but also a large part of the CO2 from burning of the vaporized LNG was recovered. In this paper, the system performance of this transcritical cycle was calculated. The influences of the highest cycle temperature and p ressure to system specific work, exergy efficiency and lique2 fied CO2 mass flow rate were analyzed. The exergy loss in each of the heat exchangers was also discussed. It turns out that this novel cycle is energy - efficient and environment - friendly. Keywords: Transcritical CO2 Rankine cycle, LNG cold energy utilization, CO2 recovery by liquefaction, Exergy efficiency
(2)
EXgain = qm, cold ( excold, in - excold, out )
(3)
ex = ( h - h0 ) - T0 ( s - s0 )
(4)
所以换热器中的效率也可以表示成以下形
式:
ηex
=
qm, ho t qm, cold
( exhot, in ( excold, in
图中 L1 - L2 - L3 - L4 - L5为 LNG的流通路线 , R1 - R2 - R3 - R4 - R5 - R6 为朗肯循环工质
3. 1 模拟结果
本文采用 HYSYS软件对该流程进行模拟。为了简化流程 ,假设系统稳定运行 , LNG处在 162°C的饱和液体状态 ,其组分摩尔分数为甲烷 : 0. 95, 乙烷 : 0. 02, 氮 : 0. 03,质量流量为 1. 00kg / h。透平膨胀机的绝热效率为 90% ,泵的绝热效率为 80% ,换热器中的压力损失为 3% ,燃气轮机在本文分析中考虑为纯氧燃烧 ,废气中水蒸汽和 CO2 的摩尔比为 1 ∶2。各点参数计算结果见表 1。
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