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LNG冷能利用技术一、LNG冷能利用原理及分析二、LNG冷能利用的方式三、国内外LNG冷能利用的现状四、LNG冷能利用的前景五、山东LNG冷能利用浅析一、LNG冷能利用原理及分析1、LNG冷能的概念2、LNG冷能的特点3、LNG冷能利用的概念及意义4、LNG冷能利用过程5、㶲经济学分析方法-4-2020/9/23一、LNG冷能利用原理及分析1、LNG冷能的概念冷能，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。能量守恒热量/冷量与温度的关系LNG可用冷能分布（P=9.5MPa）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-5-2020/9/23一、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冷却温度与设备资金投入的关系曲线温度与LNG冷能的关系曲线LNG冷能㶲随环境温度的变化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-6-2020/9/23一、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。我国首个LNG冷能空分项目（莆田）低温冻干生产线抗生素等高效药物低温合成、脱水食品生产-163℃的LNG蕴含大量的高品位冷能，用途极广-7-2020/9/23一、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LNG接收站工艺流程5、㶲经济学分析方法——LNG冷能利用规划基础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,最终以经济效益为尺度科学地评价过程用能的热力学完善性及现实合理性。㶲平衡方程与费用平衡方程构成了㶲经济学分析优化的基础,优化目标函数的烟经济化,可兼顾能量利用的经济性和合理性,亦即通过能耗费用与设备投资费用的权衡,可以使得总费用最小。二、LNG冷能利用的方式LNG冷能利用的两种方式按利用LNG冷能的过程可分为：直接利用（低温发电、低温空分、轻烃回收、冷冻仓库、制造液化CO2、海水淡化、空调和低温养殖、栽培等）间接利用（用空分后的液氮、液氧、液氩来低温破碎,冷冻干燥、低温干燥、低温制药、水和污染物处理及冷冻食品等）二、LNG冷能利用的方式（直接利用）1、利用LNG冷能发电2、空气分离3、制取液态CO2或干冰4、冷冻或冷藏仓库5、海水淡化6、汽车空调和汽车冷藏车7、制冰及中央空调冷源-10-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）1、利用LNG冷能发电（1）直接膨胀法将LNG压缩为高压液体，然后通过换热器被海水加热到常温状态，再通过透平膨胀对外做功。特点：原理简单，效率低，冷能回收率仅24%，仅利用压利㶲。（2）二次媒体法(中间载热体的朗肯循环)将LNG通过冷凝器把冷能转化到某一冷媒上，利用LNG与环境之间的温差，推动冷媒进行蒸汽动力循环，从而对外做功。特点：单一工质（纯甲烷或乙烯）：冷能回收效率18%。混合工质（碳氢化合物混合物）：冷能回收效率36%（因LNG温度变，混合工质可覆盖更大温度范围，但不稳定）。（3）联合法日本普遍采用，冷能回收效率50%左右。（日本LNG约70％发电，30％民用）二次媒介法直接膨胀法太阳能作为高温热源-11-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）-12-2020/9/23二、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。-13-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）国内首个使用LNG的发电机组——深圳美视电力LNG发电机组已于2006年正式投入商业运行（配套大鹏LNG）国内首座全天然气发电厂——深圳市东部电厂2008年初建成投产（配套大鹏LNG）大鹏LNG配套惠州、前湾、珠江、美视、东部五座电厂（燃气—蒸汽联合循环机组）（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，将冷能转化为电能。将温差发电器与LNG的动力装置联合应用，其设备简单、运行稳定，转化效率较好。温差发电换热器原理：当不同的导电或半导体材料相连，两接点处于不同的温度时，如果是开路会产生电动势，如果是闭路则会有电流通过，这种现象即塞贝克效应。仅实验室可行，大规模商业化实现尚有难度！-14-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）惠州LNG电厂（大鹏LNG配套项目）-15-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）LNG电厂与燃煤电厂性能比较-16-2020/9/23二、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。大气温度为15℃和30℃时IGCC电站有、无LNG冷能梯级利用方案的计算结果比较①空分系统中液化空气（-150℃~-190℃）②煤气变换系统中产生的CO2液化（-100℃~-60℃）③冷却燃机入口空气（-10℃~0℃）LNG冷能使IGCC电站净效率增加3.86%，且获得空分产品和干冰产品；而LNG冷能利用效率约70%-17-2020/9/23利用LNG冷能的CO2零排放动力系统该系统由空气分离系统和动力系统两部分组成。空分系统利用LNG冷能使生产液氧的耗能降低60%左右，同时使LNG汽化为NG。动力系统中NG为燃料，氧气作为氧化剂，燃烧产物仅为CO2和水，CO2利用冷能液化回收，从而实现系统有害气体的零排放。利用LNG冷能的零排放能量系统空分系统在不同工况下的对比对不同能量系统的计算与比较系统效率随温度的变化系统效率随压缩机效率的变化关系年经济效益约2.19亿元二、LNG冷能利用的方式（直接利用）注意尽可能不选氟里昂为载冷剂！-18-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）利用LNG冷能发电技术总结LNG的冷能发电是一项新兴的无污染发电方式,虽然这不失为一种节能的好方法,但它只考虑到对冷能的回收利用,并未注意到对冷能品位的利用。这种方法对冷能的回收效率是非常低的！所以在发电装置中利用冷能虽然是最可能大规模实现的方式，但却不是利用LNG冷能最科学的方式！利用LNG的冷能发电虽然节能效果相对较差,但具有流程和产业链短、占地少、投资省、易于实施等优点。在其他冷能利用产业链尚难决策或这些产业链仍不能完全利用LNG冷能的情况下，可优先考虑冷能发电。据统计，日本的LNG接收站共配备了15台独立的冷能发电装置，一些接收站可解决包括各种冷能利用产业链在内的大部分自用电力。热电联产冷热电三联产-19-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）2、空气分离LNG冷能用于空分，是通过循环氮气的冷却来实现的。省去了氮气透平膨胀机和氟利昂制冷机组，装置实现小型化，电耗、水耗大大降低，降低了液氮、液氧的生产成本。空气分离需求冷能分布该方法在所有的LNG冷能利用系统中被认为是最有效的，这是因为它的节能率高,也很少受到地点条件的限制,而且LNG巨大的冷能产出的液体氮量和液体氧量都很大。空气分离流程-20-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）法国FOS-SUR-MER接收站空分装置-22-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）福建LNG空分装置（与空气化工公司合资）国内首个LNG冷能空分项目，投资3.1亿，2010年10月投产。该装置日产液氧300吨、液氮300吨、液氩10吨。科技含量极高，整个装置只有８名操作工，全程实现自动化。液氧800元/吨液氮800元/吨液氩4000元/吨经营收入50万/天-23-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）空分主要设备国外一些已建成的LNG冷能空分装置-24-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）3、制取液态CO2或干冰以化工厂的副产品CO2为原料,利用回收LNG的冷能制造液态CO2或干冰，不但电耗小，且其产品的纯度高(可达99.99%)，比传统方法节约50%以上的电耗和10%的建设费。近几年，我国液体CO2和干冰需求量以15%的年增长速度发展。干冰的用途极为广泛，目前干冰市场价格为5000元/吨。干冰冷量随温度的变化分布-25-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）4、冷冻或冷藏仓库LNG可以提供较高品位的冷能,对该冷能回收可用于各种低温环境。由于冷库多选择建在农渔牧或食物生产区附近,因此,这种利用方法的前提是LNG附近有农作物储藏需求或冷冻食品加工区或消费区。冷库冷量随温度变化一般的冷库只需维持在-50到-65℃即可,而将-162℃LNG的冷能全部用于冷库制冷是不必要的。世界范围内LNG利用于冷库比较多的国家是日本，日本神奈川县根岸基地的金枪鱼超低温冷库（-60~-70℃）,自1976年至今运营效果良好。-26-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）一般采用管路行程用串联的方式。这种方式是按液化天然气的不同温度带，用不同的冷媒进行热交换后分别送入超低温冷藏库（-60℃）、低温冷藏库（-35℃）、中温冷藏库（-18~0℃以下）以及高温冷藏库（0-10℃）。这样可以使LNG的冷能几乎无浪费的得以利用，其冷能的利用效率将大大提高。LNG冷能用于冷库的关键点在于载冷剂的选择，主要的载冷剂有R410A、R23、酒精、氨、丙烷等，各种载冷剂都有优缺点，合理选择至关重要！LNG冷量巨大，中小冷库利用在经济上不合算，只有依托兼具冷物流集散枢纽功能的临港工业区，才具有市场竞争力！-27-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）冷库设计温度和相对湿度（GB50072-2001）-28-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）海水淡化冷能需求分布水的三相点理论5、海水淡化我国淡水资源缺乏。海水淡化尤为重要。LNG接受站建在海边,回收LNG冷能进行海水淡化具有得天独厚的优势。LNG冷能也可应用于制取淡水——真空冷冻法海水淡化,该技术是依据水的三相点理论,使海水同时蒸发与结冰的一种低能耗、轻腐蚀结垢的海水淡化新方法。-29-2020/9/23二、LNG冷能利用的方式（直接利用）6、汽车空调和汽车冷藏车LNG汽化后产生的冷能直接进入车厢，与蓄冷系统同时供冷以。按冷藏车每小时消耗12~15kg的LNG，其制冷能力为2.8~3.6kW,足以提供预冷货物中短途冷藏运输所需冷能。7、制冰及中央空调冷源制冰有很大市场，主要用途有：a)制造大块的冰用于渔船中b)食用冰（