液化天然气(LNG)冷量利用技术

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。

液化天然气（LNG）冷能利用研究文章介绍液化天然气冷能利用的原理，介绍目前国内外的发展概况，并重点介绍液化天然气冷能的几种常用的应用方式。

标签：液化天然气；冷能利用1引言近年来随着全球经济和社会的快速发展，能源的需求量呈逐年递增的发展趋势，而且世界能源结构也正在由煤炭、石油向天然气转变。

天然气的主要成分为甲烷，其在常温常压下为气体状态，由于储存和运输的需求，通常在将其开采出之后要经过压缩和液化处理，将其转化为-162℃的低温高压液体，也就是液化天然气（LNG，Liquefied Natural Gas），其体积为常温常压状态下的1/600，不仅有利于天然气的远距离运输，而且有利于降低其储存成本，还利于其民用负荷的调峰。

虽然将其也液化为LNG需要消耗较多的能量，但是相较于储存和远距离运输的成本消耗仍然具有良好的经济性。

但是在LNG的使用时需要将其进行气化使用，此过程会释放大量的冷量，其中有大量可用冷能的存在，据统计，每吨LNG经换热气化时的理论可用冷量为230kWh左右，但是这部分冷量的利用却没有引起该有的重视，造成了能量的浪费，甚至还会造成环境污染，所以研究LNG冷能的利用具有客观的经济和社会效益[1]。

2 LNG冷能利用技术天然气在储存和运输过程中，需要将其进行液化处理，使其转化为-162℃的高压低温液体，其与周围环境有着较大的压力差和温度差，所以在其转换为与外界平衡的状态时，需要释放出大量的冷能，通常生产1吨的LNG所需的动力和耗电量约为850kWh，而在将LNG运输到目的地进行使用时，需要将其通过汽化器进行气化之后接入天然气管网，在此过程中1kg的LNG释放出的冷能约为830KJ，而架设将此能量全部转化为电能，则相当吨每吨LNG所释放的冷能折合约230kWh的电能。

而以我国每年进口4500万吨LNG为例，其蕴含的冷能约105亿kWh，相当于7个30万kW装机容量电厂每年生产的电能总和。

3 LNG冷能利用技术的发展LNG冷能利用的方式主要有直接利用和简介利用两种，前者的主要形式有低温发电、空气分离、轻烃回收、液态乙烯储存、冷冻仓库、液态CO2和肝病植被、海水淡化、汽车冷藏及空调、蓄冷、建造人工滑雪场等，而后者的主要形式有低温粉碎、污水处理、冷冻干燥、低温医疗、冷冻食品等。

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。

液化循环中lng冷量利用的热力学研究液化循环中LNG冷量的利用是一项热力学研究的重要内容，其目的是
在LNG液化过程中充分利用LNG的冷量，最大程度地降低液化过程中的能
耗和成本。

在LNG液化过程中，LNG的冷量主要来自于蒸发过程中的蒸发潜热。

通常情况下，这种冷量是通过空气或水冷却器散发掉的。

但是，在液化循
环中，这个冷量可以被用来制冷或产生低温蒸汽等热能。

能够实现这种LNG冷量的最大利用，既可以提高液化过程的能效，也可以减少对外部能
源的依赖。

液化循环中LNG冷量利用的关键是热力学过程的控制和优化。

一方面，需要通过恰当的换热器设计和流体控制等手段将LNG的冷量转化为需要的
热能形式。

另一方面，还需要考虑如何将热能应用于各个环节，如加热、
产生低温蒸汽等，从而实现系统高效运转和LNG资源的最大价值。

总的来说，液化循环中LNG冷量利用的热力学研究是一个系统性的工
程问题，需要综合考虑流体力学、热传递、能量转换等方面的因素，提高
液化过程的能效和资源利用率，为可持续发展做出贡献。

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。

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。

液化天然气冷量回收分析摘要：在传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。