天然气冷能利用技术路线

LNG冷能利用技术路线徐敬玉环境优化与系统集成事业部日期：2012年6月9日健康、舒适环境的引领者健康、舒适环境的引领者盾安冷能利用商业模式冷能利用技术选择国内外冷能利用现状LNG冷能利用原理及方式目录2健康、舒适环境的引领者液化天然气（liquefiednaturalgas，简称LNG）主要成分：甲烷（CH4）临界温度：190.58K在常温下，不能通过加压将其液化，而是经过预处理，脱除重烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，深冷到-162℃，实现液化.LNG冷能利用原理及方式含量较少不可燃爆炸范围不可燃0%5%，爆炸下限15%，爆炸上限100%健康、舒适环境的引领者LNG冷能利用潜力LNG使用时，需重新转化为常温气体，温度由-162℃复温至常温，大量的可用冷能释放出来，其值大约是837kJ/kgLNG。1吨LNG经换热重新气化在理论上可利用的冷量约为250kWh。对于一座年接收能力为300万吨LNG的接收终端，年可利用冷能达7.5亿kWh。4200万吨（2015年进口预测）105亿度/年冷能利用7个300万MW电站LNG冷能利用原理及方式健康、舒适环境的引领者数据来源：规划总院在建LNG接收站地下储气库已建管线规划LNG接收站中国LNG分部图LNG冷能利用原理及方式健康、舒适环境的引领者6LNG冷能利用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及干冰储备海水淡化汽车冷藏及空调空调制冷蓄冷建造人工滑雪场其他低温粉碎污水处理冷冻干燥低温医疗冷冻食品其他直接利用间接利用LNG冷能利用原理及方式LNG冷能利用方式健康、舒适环境的引领者7液化天然气产业链分析LNG气化冷能利用方式LNG冷能用于发电是最具有实际可行性、利用彻底性，同时也最可能大规模利用优点：产业链短，基本不受其它外界因素干扰缺点:能量损失较大。空气分离利用LNG冷能是技术上最合理的方式优点：能量损失较小，可梯级利用缺点：产业链较长健康、舒适环境的引领者温度(℃)100-20-40-60-80-100-120-140-160LNG冷能利用原理及方式LNG冷能利用方式间接应用储存及运输冷冻食品（干冰温度）食品冷冻冷冻—粉碎食品粉碎塑料和橡胶粉碎废弃的汽车和家电直接应用低温饲养和培育低温除盐冷库低温发电生产液态CO2生产干冰（LNG）健康、舒适环境的引领者国内外冷能利用现状国外冷能利用现状国家LNG接收站数量日本27美国9西班牙6韩国4法国2中国24（含规划中）印度2土耳其2台湾1比利时1希腊1意大利1健康、舒适环境的引领者国内外冷能利用现状国外冷能利用现状-----日本日本正在运营的低温发电厂健康、舒适环境的引领者国内外冷能利用现状国外冷能利用现状----日本日本LNG接收站冷能用于空分情况LNG接收站液氮产量（m3/h）液氧产量（m3/h）液氩产量（m3/h）LNG流量（t/h）电力消耗（kWh/m3）传统电力消耗（kWh/m3）袖浦60006000100340.541知多60004000100260.57泉北75007500150230.60根案7000305015080.8•利用LNG接收站冷能建立的发电装置、空气分离装置等相对于传统装置，节约能源约50%。而且，CO2接近零排放健康、舒适环境的引领者12韩国LNG冷能利用状况韩国自1986年开始进口LNG，主要用于发电及民用燃料。韩国仅次于日本，是世界上第二大的LNG进口国。韩国主要利用LNG冷能于空气液化分离以及食品冷冻库两个方面。但目前在韩国，LNG冷能利用不够广泛，LNG的利用率很低，还不到20%。印度LNG冷能利用状况LNG冷能在印度主要利用方式是低温发电。LNG冷能用于燃气电厂，提高了电厂的大型燃气轮机出力。但这个国家对于此技术的利用主要依靠美国安然公司，即印度的LNG电厂均由美国安然公司投资。与此相似还有波多黎各。国内外冷能利用现状国外冷能利用现状----其他国家健康、舒适环境的引领者13国内外冷能利用现状国内冷能利用现状24个LNG接收站项目已运营LNG项目在建LNG项目获批LNG项目规划中LNG项目深圳大鹏湾福建莆田上海小洋山浙江宁波江苏如东辽宁大连广东珠海山东青岛广东深圳河北唐山天津滨海13个待批准健康、舒适环境的引领者14国内外冷能利用现状国内冷能利用现状广东深圳LNG接收站对LNG冷能的利用情况广东深圳大鹏湾LNG接收站的冷能利用的项目在策划中，主要包括空气分离、建设人造滑雪场、海水淡化/制冰等。空气分离：该项目当初就决定与美国化学产品公司和法国港氧集团合作，但因市场原因该项目未能落实。目前，中海油基地集团石化公司正在进行此项目的前期准备工作。建设滑雪场：深圳市当地政府计划在LNG接收站附近建设人造滑雪场。海水淡化：利用LNG冷能采取冷冻法淡化海水，这种方法制成的淡水质量高而且成本较低，此项目能够解决海边城市淡水资源匮乏的问题。健康、舒适环境的引领者15国内外冷能利用现状国内冷能利用现状福建莆田LNG接收站LNG冷能利用状况福建莆田LNG接收站一期每年将接收260万吨的LNG，LNG槽车每年外运约70万吨，其余用于LNG冷能利用项目。已经进行的莆田LNG冷能利用项目集成了空气分离、深冷粉碎、轻烃分离、制取干冰、低温冷库、淡化海水和低温发电等七个项目。其中，约50～70万吨/年的LNG的冷能用于空气分离，这是我国第一个利用LNG冷能进行空气分离的项目，日耗LNG冷能约100万兆焦耳，此项目于2010年8月进入调试阶段；其余的LNG的冷量用于粉碎废旧橡胶、低温冷库、低温发电以及燃气轮机的进气冷却，这些项目将于2015年前完成。健康、舒适环境的引领者16国内外冷能利用现状国内冷能利用现状上海小洋山LNG接收站LNG冷能利用状况在上海，LNG被规划主要用做民用燃料和工业燃料，因此LNG的气化量会随着用户用气需求波动，所以在进行LNG冷能利用时要留有调峰余量，其中30%作为调峰，其余的70%都用于LNG冷能利用项目。考虑了上海的诸多因素后专家一致认为上海小洋山LNG接收站的LNG冷能适用于空气分离、合成氨、联合燃气循环发电、深冷粉碎废旧橡胶、制取液化二氧化碳以及冷冻库。因为沿海城市的淡水资源比较短缺，以后会考虑将LNG冷能用于海水淡化。健康、舒适环境的引领者17LNG冷能利用技术选择LNG气化特性分析每种压力下的T-s曲线按不同的变化趋势划分为4个特征温度区段：•液相L区，•气相V区，•近似常温潜热区(R1)，•变温潜热区(较陡的斜线R2)。而当气化压力为7MPa时，LNG进入超临界蒸发阶段，潜热段消失，此时只包括液相L区和气相V区两个区段。健康、舒适环境的引领者18压力(MPa)物理量L区R1区R2区V区全部温度区间(℃)-162/-133.16-133.16/-122.7-122.71/-69.82-69.82/20-162/200.6释放冷YONG(kJ/kg)124.64375.01162.4135.99692.27释放冷YONG/总冷YONG18.00%54.17%22.62%5.21%100%2.5释放冷YONG(kJ/kg)236.49160.8693.5420.75511.64释放冷YONG/总冷YONG46.22%31.44%18.28%4.06%100%3释放冷YONG(kJ/kg)244.43143.1583.0119.71490.30释放冷YONG/总冷YONG49.85%29.20%16.93%4.02%100%7释放冷YONG(kJ/kg)324.05--77.72401.77释放冷YONG/总冷YONG80.66%--19.34%100%LNG冷能利用技术选择LNG气化特性分析健康、舒适环境的引领者19LNG冷能利用技术选择LNG气化特性分析0100200300400500600700800L区R1区R2区V区总量不同阶段LNG释放冷Yong(kJ/kg)0.6MPa2.5MPa3MPa7MPa•随着蒸发压力的升高，LNG释放的冷Yong总量在减小。•压力在0.6~3MPa区间段内，液相区L、常温两相区R1，变温两相区R2，冷YONG占95%•压力为7MPa时，液相区L冷YONG占80%为制定LNG冷Yong回收方案提供理论基础。健康、舒适环境的引领者20LNG冷能利用技术选择LNG冷能利用--------空气分离1、空气过滤器，2、空压缩机3、空气预冷器，4、电加热器5、空气净化器，6、低温换热器7、高压分馏塔，8、低压分馏塔9、氢罐，10、氩净化器11、氩气提纯塔，12、氮节流阀13、循环氮压缩机，14、主换热器15、天然气加热器，16、液氩储罐17、液氮储罐，18.液氧储罐利用LNG冷能的空气分离典型流程健康、舒适环境的引领者21此类项目在日本成功运营近20年，因为此工艺省去了高压氮气压缩机、氮透平膨胀机以及氟利昂制冷机组，简化了工艺流程，减少了初始投资。利用LNG冷能和少量电能使空气低温液化并分离出液氧、液氮、液氩等工业气体产品的空分项目，能够实现在较低的能耗下得到同样多的液态空气产品，运行耗电降低50%以上，耗水降低70%，节能效果显著，因而被认为最有效的应用方式。利用LNG冷能进行空气分离，由于LNG冷能能够在瞬间释放出来，所以可以缩短空分流程的启动时间，这点非常有利于空分系统的稳定性，这个优势是传统空分系统无法达到的LNG冷能利用技术选择LNG冷能利用--------空气分离优势健康、舒适环境的引领者22LNG冷能利用技术选择LNG冷能利用--------制造液态CO2或干冰1、2压缩机3、除臭器4、干燥器5、液化设备6、液态CO2加热器7、液态CO2储罐8、液态CO2泵9、储罐，10、干冰机11、收集器12、天然气加热器13、LNG/丙烷换热器14、丙烷储罐15、丙烷泵16、干冰运输车17、液态CO2储运车健康、舒适环境的引领者23LNG冷能利用技术选择LNG冷能利用--------制造液态CO2或干冰CO2原料气2.5~3MPa传统方法冷却CO2压缩液态CO2或干冰机械制冷液化0.9MPaLNG液化冷却CO2压缩液态CO2或干冰LNG液化经济性比较•LNG液化耗电量节约30~40%•LNG液化CO2纯度较高，达99.99%•LNG液化投资费用减少10%生产液化二氧化碳或干冰的前提是有充足的气态二氧化碳作为原料；利用LNG的冷能制造液态二氧化碳或干冰通常是以化工厂的副产品二氧化碳为原料，可以实现化工厂等高二氧化碳排放的企业实现二氧化碳零排放。健康、舒适环境的引领者24LNG冷能利用技术选择LNG冷能利用--------冷冻冷藏库•冷库可分为低温冻结库、低温冷冻库、冷藏库以及果蔬预冷库，以上冷库的温度分别控制在-60℃、-35℃、0℃、0~10℃。•传统的冷库采用多级或复叠式压缩机制冷装置维持冷库所要求的低温，耗电巨大，LNG冷库可节约30%以上的电力。•LNG冷库省去制冷机，减少了大量的初始投资，还具有有效利用占地面积、噪音震动小、故障少、易维修、冷库内温度回升快等优点健康、舒适环境的引领者25LNG冷能利用技术选择LNG冷能利用--------冷库利用经济性分析某LNG接收站年供气量4000万m3，每吨LNG气化释放出830MJ的冷量，冷库LNG冷能利用效率为33%。项目数量释放冷量（MJ/d）724963.3回收冷量（MJ/d）239237.8冷量价格（元/MJ）0.07冷量收益（万元/年）611.3冷能利用投资费用277.1年折旧费用（万元/年）8.31冷能利用系统运行费用（万元/年）55.42投资回收期（年）0.44年健康、舒适环境的引领者26LNG冷能利用技术选择LNG冷能利用--------低温发电直接膨胀法中间介质郎肯循环法联合法混合媒体法布雷顿循环燃气轮机利用方法LNG冷能发电健康、舒适环境的引领者27LNG冷能利用技术选择LNG冷能利用--------直接膨胀法发电循环过程简单，所需设备少。LNG的低温冷能没有充分利用此种方式回收LNG的冷能效率低，仅有24%，每