液化天然气_LNG_冷能回收及其利用

2002年第4期

总第128期低　温　工　程CRYOGENICSNo14　2002Sum　No1128

液化天然气(LNG)冷能回收及其利用

王　强　厉彦忠　张朝昌

(西安交通大学制冷低温研究所　西安　710049)①

　　摘　要　LNG存储在110K的低温下,蕴藏着大量的冷能。将LNG冷能回收可用于空分、发电、制造干冰、低温冷库以及汽车冷藏、汽车空调等领域。效回收、利用了能源,,效益和社会效益。主题词　LNG　冷能回收及利用

,使得污染小、燃烧性能好、储量丰富,通常在低温下(110K以下)将(LNG),因而,在LNG汽化成常温气体供给用户的过程中将释放出大量的冷能。如果能将该冷能进行有效地回收利用,如用于空分、发电、制造干冰、低温冷库、汽车冷藏、汽车空调等领域,则可以节省大量的电能。LNG工业近几年的迅速发展(世界LNG的生产应用以年均20%的速度增长,年运输与贸易额达6000多万吨,占到了总贸易额的24%,预计2010年LNG年产量将达到2400亿立方米),为LNG冷能的回收利用奠定了良好的基础。

1　LNG冷能分析

LNG冷能主要是利用LNG与周围环境(如空气、海水)的温差以及压力差,在趋于平衡态过程中进行回收的。详细地分析LNG蕴藏的冷能,对提高LNG冷能回收率以及合理利用LNG冷能,具有非常重要的意义。火用分析法不但能从能量的数量上反映能量种类的转换,更重要的是能从质上清楚地揭示内部不可逆性造成的能量品质的贬值情况,

以及造成热力学损失的原因和部位。由卡诺循环可知:在热源T1冷源T2之间进行的一切热力循环,冷源从热源吸收热量q后,其可能得到的最大循环净功,即最大可用能为

Wmax=q(1-)=q-T2ΔsT1

　　其整个变温过程中的能量分析如图1所示。

工质在吸热的过程中,温度升高,由状态1变化到状态2,对每个微小的吸热过程来说,吸收δq的热量中的最大可用能为

),男,博士研究生。①教育部高等学校骨干教师基金资助;西安交通大学博士基金资助。王强(1971—本文于2002年5月25日收到。

第4期液化天然气(LNG)冷能回收及其利用29

δWmax=δq-δq

2

1T)δqT　　对整个过程1-2积分,则最大可用能Wmax为,Wmax=δWmax=∫∫(1-

　　若LNG从初态(T,p)经一系列的可逆过程,最终

达到与环境的平衡态(T0,p0),由系统稳定流动能量

δq=dh+δWmax方程

δWmax=δq-dh=T0ds-dh可得

:　　

此时LNG完成的最大有用功,即系统工质的火用ex

为

ex=(h-h0)+T0(s0-s)=cp(T-T0)+0图1　变温过程中的可用能TTT0-0p0　　可以看出,LNG的冷量火用包括温度火用和压力火exT=cp(T-T0)+cp压力火用为-p=TpT0=ppT0lnT0Rlnp0T0

,分离凝析油、重烃,并去除H2O,CO2,H2S以及有,因而LNG的主要成分是甲烷。LNG从110K的低温汽化成常温气体时,吸收(860～883)kJ/kg的热量,如果再进行一定的加压处理,依据以上LNG冷量火用的分析,对于大型的LNG接受站来说,其蕴含的冷能是相当大的。

2　LNG冷能的回收利用

211　LNG冷能回收在发电中的应

用

回收LNG冷能,依靠动力循

环进行发电是目前LNG冷能回收

利用的重要内容,且技术相对较为

成熟。通常以电能的形式回收LNG

冷量火用的方式有三种:一是利用温

图2　LNG冷能回收联合法发电流程图度火用的中间介质朗肯循环方式(每

吨LNG的发电量在20kWh左右);二是利用压力火用的直接膨胀法;三是综合了二者的联合法(每吨LNG的发电量在45kWh左右)。日本是利用LNG冷能发电最多的国家之一,其装机容量一般在(400～9400)kW之间。目前较为常见的联合法LNG冷能回收发电流程图如图2所示。

图中左半部分是靠LNG与海水或空气的温差驱动的二次冷媒动力循环;右半部分是利用LNG压力火用直接膨胀的动力系统。系统中二次冷媒的选取较为重要,其物性要达到一定的要求:必须在LNG范围内不凝固,且具有良好的流动和换热性能,临界温度要高于环境温度,比热大,使用安全。通常选丙烷、乙烯等烃类化合物或者R502等氟里昂类工质以及

30低　温　工　程2002年轻烃与氟里昂的混合物。为了提高LNG冷能的回收效率,二次冷媒动力循环系统中通常采用回热或再热循环,这种回收方式的冷能回收率通常保持在50%左右。

212　LNG冷能回收在空分中的应用

通常的低温环境都是由电力驱动的机械制冷产生的,由制冷原理可知,随着温度的降低其消耗的电能将急剧增加。在一定的低温蒸发范围内,蒸发温度降低1K,能耗要增加10%。利用回收的LNG冷能和两级压缩式制冷机冷却空气制取液氮、液氧,制冷机很容易实现小型化,电能消耗也可减少50%(原来生产1m3的液氧电耗为112kWh,采用LNG冷量回收的方法可使电耗减小015kWh),水耗减少30%,这样就会大大降低液氮、液氧的生产成本,具有可观的经济效益。低成本制造的液氮可以使LNG应用的温度领域扩展到更低

),如用于真空冷阱、生产半导体器件、食品速冻、低温破碎回收物料的温度带(-196℃

以及金属热处理等。利用制取的液氧还可以得到高纯度的臭氧,在污水处理方面用途很大。

此外,LNG作为空气分离装置的预冷剂,在生产液氩的空分装置中,液化由下塔抽出经过复热的循环氮,耗平均降低015Wh/Nm3,%～30%。213　LNG冷能回收在冷冻、LNG,实现的。,这样方便远洋捕获的的鱼类的冷冻加工。回收LNG。将LNG与冷媒(如R-12)

在低温换热,冷却后的冷媒经管道进入冷冻、冷藏库,通过冷 …… 此处隐藏：3462字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……