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。

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。

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。

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。

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。

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。