LNG冷能利用方式简介浅析内容

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1、LNG冷能利用方式LNG冷能利用可分为直接和间接利用两种方式。其中，直接利用包括冷能、深冷空气分离、冷冻仓库、制造液态CO2(干冰)、汽车冷藏、汽车空调、海水淡化、空调制冷以及低温养殖和栽培等；间接利用包括低温粉碎、水和污染物处理等。目前LNG冷能主要应用领域如表1所示。 LNC冷能在空气分离、深冷粉碎、冷能发电和深度冷冻等方面已经达到实用化程度，经济效益和社会效益非常明显；小型冷能发电在LNC接收站也有运行，可供应ING接收站部分用电需求；海水淡化等项目尚需要对技术进行进一步的开发和集成。 基于种种条件的限制，LNC冷能不可能全部转化利用，目前世界LNG冷能平均利用率约20%。世界主要国家或

2、地区LNC冷能利用情况如表2所示。 由于我国进口LNG处于起步阶段，国内冷能项目的建设要本着实事求是的原则进行合理规划。根据世界LNC冷能利用的经验，我国LNC冷能利用可以通过以下两个主要途径进行。 第一，建设大型空分装置，生产商品液氧、液氮和液氩。部分液氮作为生产冷冻粉碎胶粉和液体二氧化碳等项目的冷媒，气化后的氮气作为合成氨原料；氧气作为大型装置的原料，生产的合成气经精制后进一步延伸加工，作为合成氨的原料和的，合成气精制过程中副产的高纯度二氧化碳作为液体二氧化碳的原料。第二，LNG与制冷剂换热，绿色制冷剂进一步作为冷藏库和合成气精制过程的冷媒。 总之，在LNG冷能利用过程中要贯彻循环经济的理

3、念，积极探索我国LNG冷能利用技术，实现LNG冷能的安全利用，形成生态工业网络。2LNG冷能利用技术进展2.1LNG冷能空分技术 空分技术经过100多年的不断发展，现在已步入大型、全低压流程的阶段，工艺流程由空气压缩、空气预冷、空气净化、空气分离、产品输送等操作单元组成。空分设备较高，能源消耗占空分产品成本的70%-80%。例如，一套72000m3h空分设备的主空压机电机容量达31000kW，相当于一个小城镇的民。因此，如何降低单位制氧耗电一直是空分行业关注的主要问题。 利用LNG高品质的低温冷能是有效降低空分单位制氧耗电的途径之一。 在常规空分装置中的主冷却器、废氮循环冷却器、后冷却器以及空

4、压机中间冷却器等换热装置中引入LNG冷能，降低单位能耗，同时减少了空气压缩中间冷却的用水环节，可以提高空分产品的产量和质量。 总之，LNG冷能用于生产液体空分产品不仅可以充分利用LNG高压气化过程的能谱特点，按能量品质合理地分配利用冷能，而且工艺技术成熟可行，节能节水效果显著有利于空分系统液化率的提高，缩短装置启动时间，能够生产更多的液态产品，适用于生产液体产品较多的场合。2.2IGCC 整体化联合循环发电(Integrated Gasification Combined Cycle，简称IGCC)技术是以煤气化为上游，结合高效的燃气蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术。在LNG冷能利用产业

5、链上，IGCC属于利用空分产品的下游装置。 IGCC煤气化部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置)；燃气蒸汽联合循环发电部分的主要设备有发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。 IGCC的工艺流程简述如下：原料煤在气化装置中转变为中低热值煤气，在净化装置中除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。2.2.1煤气化及热回收 IGCC及大型化工采用的煤气化技术主要有鲁奇固定床碎煤加压气化技术、荷兰Shell公司的粉煤气化技术、Tex

6、aco公司的水煤浆加压气化技术、德国西门子公司的GSP煤气化技术等。 鲁奇气化炉技术较为成熟，采用块煤进料，流程较为复杂。2.2.1.1Shell粉煤气化技术 Shell气化技术代表新一代的气化技术，采用纯氧气化，干粉进料，气化温度达1400-1600，碳转化率达99%，有效气体(CO+H2)达90%以上，液态排渣。Shell技术的主要优点为：(1)水冷壁气化炉，使用寿命可达25年；(2)喷嘴设计寿命达8000h以上；(3)气化采用废锅流程，副产高压蒸汽；(4)采用于粉气化，氧耗量较低。Shell气化系统需要氮气密封，气化压力不能太高。关键设备气化炉(带废锅、导气管)结构复杂庞大，关键技术较多

7、(例如，粗煤气除尘)，设备费及专利费都相对较高。目前，Shell气化技术只有一套大型装置在运行，用于联合循环发电，国内工业化的经验不多，技术主要依赖进口，国内技术支撑率低，有一定风险，国产化有一定的难度。 2.2.1.2Texaco水煤浆气化工艺水煤浆加压气化是美国德士古公司(Texaco)在20世纪70年代开发的工艺。工艺流程简述如下：煤粒(粒度325目，0.044mm)以及少量添加剂和水在磨煤机中磨成可以用泵输送的非牛顿流体，再与氧气在加压高温状态下发生部分氧化反应制得高温合成气，高温合成气可以经辐射锅炉与对流锅炉间接换热回收热量(废锅流程)，或直接用激冷水冷却(激冷流程)，气化合成气再经

8、过除尘后制得洁净水煤气送往下游装置。Texaco水煤浆气化工艺技术在我国有多套装置运行，具备国产化条件，投资省，技术成熟可靠度高。华东理工大学等科研单位也开发了四喷嘴对置水煤浆气化炉，气化条件得到改善，碳转化率、氧化等消耗指标有所下降，单炉气化能力得到很大提升(目前四喷嘴对置气化炉单炉煤处理能力达到1800-2000t/d)。 2.2.1.3西门子公司GSP粉煤气化技术 GSP气化技术的开发始于1979年，在德国Freiberg先后建成了3MW和5MW的小试装置。1984年在Schwarze Pumpe建成了一套130MW，气化压力为2.8MPa，产气量(标准状态)50000m3/h，煤处理量

9、720td的工业化装置。 GSP气化炉为燃烧室和激冷室两段设计。气化炉下段为气化激冷室，采用高压激冷水冷却高温气化气体。气化炉上段为气化燃烧室，以冷却盘管制成水冷壁。燃烧室操作温度比煤的灰熔点约高50-80。冷却盘管外侧装有密集的销钉，用以固定碳化涂层，其表面温度低于液渣的流动温度。冷却水压力高于气化压力，燃烧室采用了以渣抗渣的方式，液渣在气化炉的燃烧室起到了耐火材料的作用。 粉煤(粒度100m、水分2%)和高压氧气以及少量水蒸汽一起进入气化炉，在燃烧室进行气化反应。气化产生的粗煤气和熔渣并流从燃烧室下部进入激冷室，在激冷室高温气体被循环的高压灰水激冷后进入气体洗涤冷却系统。 GSP粉煤气化技

10、术核心主要为粉煤的流化态稳定输送和气化炉的连续运行。目前GSP气化技术工业化装置少，缺乏生产运行经验。 2.2.2脱酸性气 IGCC装置脱酸性气主要是指化物和二氧化碳。对于大规模气体脱硫，宜采用湿法工艺。常用的湿法脱硫工艺有低温洗、MDEA法和NHD法。 2.2.2.1低温甲醇洗 低温甲醇洗是20世纪50年代初德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化工艺。第一个低温甲醇洗装置由鲁奇公司于1954年建在南非Sasol的合成燃料工厂，目前世界上有一百多套工业化装置，工艺技术成熟，在工业上拥有很好的应用业绩，被广泛应用于合成氨、合成甲醇及其他羰基合成、城市煤气、工业制氢和天然气脱硫等气体净化装置

11、中。在国内以煤、渣油为原料建成的大型合成氨装置中也大多采用这一技术。 低温甲醇洗工艺是典型的物理吸收法，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的特性，以冷甲醇为吸收溶剂，脱除酸性气体。由于甲醇的蒸汽压较高，所以低温甲醇洗工艺在低温(-35-55)下操作。在低温下，C02与H2S的溶解度随温度下降而显著地上升。在-30下，H2S在甲醇中的溶解度为CO2的6.1倍，因此能选择性脱除H2S，因而所需的溶剂量较少，装置的设备也较小。 低温甲醇洗工艺气体净化度高，可将变换气中CO2脱至小于20L/L，H2S小于0.11L/L，气体脱硫和脱碳可在同一个塔内，分段、选择性地进行。2.2.2.2MDEAMDEA

12、(N甲基二胺)为叔胺，在水溶液中会与H+结合而生成R3NH+，从而呈弱碱性，能够从气体中选择性吸收H2S和C02等酸性气体。目前，美国TampaIGCC装置采用MDEA工艺。MDEA脱硫、脱碳技术特点如下：(1)MDEA对H2S和CO2的反应速率相差若干个数量级，MDEA对H2S具有良好的选择性，吸收能力很大，动力消耗较小；(2)经过活化的MDEA水溶液对C02也有较好的吸收效果，兼有物理与化学吸收的特点；(3)MDEA与酸性气体溶解热最小，吸收和再生过程的温差较小，再生温度较低；(4)MDEA稳定性好、蒸汽压较低，在使用过程中基本无降解产物生成，溶剂损失小，对碳钢设备基本无腐蚀；(5)MDE

13、A溶液对有机硫的吸收能力较差，需增加有机硫水解及脱除装置。2.2.3硫回收对酸气脱除工段脱除的大量H2S馏份进行硫磺回收，最佳的方法是采用超级克劳斯硫回收系统，其工艺及设计可立足国内。生产的固体硫磺可送入硫磺切片机制成片状硫磺产品外销。2.2.4联合循环燃气蒸汽联合循环系统包括燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉和辅机。目前生产大型燃气轮机的厂商有美国GE公司、德国西门子公司和日本三菱重工。联合循环有单轴和多轴两种形式，前者主要用于带基本负荷，后者主要用于分期安装的项目。单轴系统占地小，征地费用低，安装工作量少，可靠性和可利用率高，投资省。2.3冷冻再生精细胶粉胶粉的制造技术从总体上可以分为常温粉碎和

14、冷冻粉碎两大类。其中，冷冻粉碎是伴随着低温工艺的问世而逐渐被人们认识、发现并发展的。冷冻粉碎一般采用制冷剂制冷，可以作为制冷剂的物质有液氧、液氢、液氦、液体甲烷、液体二氧化碳、干冰、液氮等。考虑到各种限制因素，一般采用液体二氧化碳、干冰和液氮。1927年，美国一家公司提出了干冰为制冷剂粉碎橡胶、糊状物和黏性物的方法，其做法是将被粉物料与干冰混合在一起投入球磨机或削磨机进行粉碎。1964年，日本出现了用液体二氧化碳进行粉碎的方法，使用冲击式粉碎机粉碎低压聚乙烯。干冰的升华点为-75，因此二氧化碳不论是液态还是干冰，制冷效果都不理想。由于设备、冷冻介质及技术、工艺组合等的不同，造成胶粉制造中胶粉的

15、质量、产量、生产效率的不同。2.3.1液氮粉碎法液氮粉碎是以液氮为冷却剂，促使橡胶经超低温冷却而变脆后，再进行粉碎，所得粉粒为50-200目(0.074-0.295mm)，但由于液氮价格昂贵，生产成本较高。其中，一种方法是废胎经分割切块后进行冷冻粉碎；另一种是直接将整胎冷冻粉碎。液氮利用形式也分为预冷处理粉碎和无预冷处理粉碎。2.3.1.1美国UCC粉碎法美国UCC公司是世界上最早开发冷冻粉碎工艺的生产商之一，1971年完成了废橡胶的冷冻粉碎方法。UCC冷冻粉碎法可生产0.03mm(325目)以下的胶粉，工艺过程基本上分为有预冷处理和无预冷处理两条线。有预冷处理的整个工艺过程都在冷冻状态下进行

16、。首先在液氮冷冻装置中将废橡胶冷冻到-40以下，接着进行冲击破碎，然后用分离装置筛除金属和纤维，在粉碎装置中粉碎废胶块，再进入流体粉碎机，从粗碎机出来的胶粉粒通过低温筛分装置，筛出的粗粒返回粗碎机继续粉碎。无预冷处理粉碎工艺过程中的一部分在常温下进行。首先将去除胎圈的废轮胎送入破碎机中粗碎，经磁选器除去金属后，送入冷却装置或直接送入细碎机实行冷冻粉碎，再经过磁选器和筛分装置，分离出金属和纤维，最后送入旋风分离器。2.3.1.2日本关西环境开发株式会社粉碎法1977年，日本关西环境开发株式会社在大坂的实验工厂成功投产年产7000t胶粉的工业化粉碎装置。其工艺特点是常温粉碎和冷冻粉碎并用，产品胶粉

17、细度均在50目以上(约0.29mm)(100目以上，即0.147mm以下占13)。其中，常温粉碎采用日本CTC工艺，采用辊式粉碎机，生产能力为1500kg/h冷冻粉碎采用高速冲击式锤磨机，生产能力为980kgh。日本关西环境开发株式会社粉碎法采用了一系列最新技术，和机械化程度很高，对噪音、震动、粉尘和气味采取了充分的防治措施。2.3.1.3乌克兰LN2冷冻粉碎技术乌克兰国家科学院低温物理工程研究所开发的液氮冷冻粉碎废旧轮胎制备胶粉技术的工艺路线分为粉碎和研磨两部分。冷冻粉碎工艺过程均在液氮冷冻下进行，将整条废旧轮胎冷冻后粉碎，并使橡胶与钢丝帘线和纤维帘线分开，粉碎和钢丝、纤维分离是其专利技术；

18、磨碎工艺是将粉碎工序来的胶粒磨碎，所得胶粉细度在40目以上的占60%以上，其中微磨机可在低温下将胶粉磨细成0.05mm(240目)的超细胶粉，属于其专利技术。2.3.1.4豪格旋风粉碎机冷冻粉碎法Hoger公司(属于德国WHG集团)的豪格旋风粉碎机在世界上享有盛誉。HW系列旋风粉碎机的电机通过三角皮带使粉碎机主轴以12000r/min高速旋转，主轴上装有正置圆锥形转子，在转子上装有两种形状不同的合金钢制成的刀具，转子外面包着内衬耐磨护板套的定子，耐磨护板内表面制成齿形并沿轴从上至下分成三段，每段齿形导前3-4mm(防止粗胶粒沿齿槽流下而得不到有效研磨)，定子上方设有加料漏斗(胶料是经液氮处理过

19、的)，胶料流入定子后，先被前期研磨刀具打向转子和定子的间隙处，当胶粒通过定子和高速旋转的转子及刀具间隙时，被研磨成超细胶粉，最细可达0.063mm(240目)粒径。Hoger公司液氮冷冻粉碎的基本工艺过程是将3-5mm的胶粒输送到加料斗中，先用回收的液氮气体将其冷却到-100，再送到混合600kPa液氮的螺旋器中使胶粒冷冻到-100，然后再投到HW型旋风细碎机中，经研磨的胶粉用气流输送到收集器中，在收集器回收的低温气体返送到预冷装置。2.4冷冻结晶海水淡化按分离过程分类，海水淡化工艺技术方法主要有蒸馏法、膜法(反渗透、电渗析)、结晶法、溶剂萃取法和离子交换法等。冷冻结晶海水淡化方法自1944年

20、提出以来，由于方法本身的若干特点，引起了人们的重视，并且得到了发展。目前世界上已有不少国家建立了冷冻法海水淡化中、小型试验工厂。冷冻法工艺主要包括冰晶的形成、洗涤、分离、融化等，工艺流程主要由下列工序组成：用天然或人工的冷冻方法使海水凝结成冰，盐分被排除在冰晶以外，把浓度较高的海水分离出去，将冰晶洗涤、分离、融化得到淡水。按冰晶形成的途径，冷冻结晶海水淡化方法可分为天然冷冻法和人工冷冻法。人工冷冻法又可分为间接冷冻法和直接冷冻法。间接冷冻法是利用低温冷冻剂与海水进行间接热交换使海水冷冻结冰，由于传热效率不高以及需要很大的传热面积，从而限制了它的应用。直接冷冻法是冷冻剂或冷媒与海水直接接触而使海

21、水结冰。根据冷冻剂的不同，直接冷冻法又可分为冷媒直接接触冷冻法和真空蒸发式直接冷冻法。2.4.1冷媒直接接触冷冻法以不溶于水、沸点接近于海水冰点的正丁烷为冷冻剂，与预冷后的海水混合进入冷冻结晶器中。在压力稍低于大气压的情况下，正丁烷气化吸热，使冷冻室内温度维持在-3左右，海水冷冻结冰。之后，正丁烷蒸汽依次通过接触器和LNG蒸发器冷凝器进行液化，LNG从-160进入蒸发冷凝器变为-100，正丁烷则在过程中循环使用。丁烷冷冻法方便、可靠，在目前的大、中型海水淡化工厂中应用较普遍。但由于丁烷循环使用，要求系统必须严格密封，否则会因泄漏而使冷冻剂局部积累，带来，使投资费用增加。另外，虽然丁烷与水不互溶

22、，若脱除不完全，淡水就不可避免地含有少量丁烷而受到污染。由冷冻法原理可知，海水结冰形成海冰时大量的盐分被排除在冰晶之外，海冰的盐度与其形成时海水的盐度和温度等有关(一般规律是海冰的含盐量是海水含盐量的1/5左右)，海冰的盐分是海冰形成过程中包裹的海水(即所谓的盐泡)。因此，虽然海冰的含盐量远远低于海水的含盐量，但仍不能满足生产生活的需要，需要进一步进行淡化。冷媒直接法海冰淡化的几种方法简述如下：(1)离心法将冰块破碎至一定粒径后，采用离心机离心脱除盐分；(2)融冻法利用海冰块自身的重力作用和环境温度变化产生的融冻作用把冰内的卤水排挤出来，从而脱去盐分；(3)洗涤法利用较低盐度的海水喷淋，洗涤破

23、碎到一定粒径的海冰，从而降低海冰含盐量；(4)挤压法通过对海冰施加一定压力将海冰中的盐泡破坏，达到淡化的目的；(5)反渗透法利用反渗透技术降低海冰融水的盐度；(6)蒸馏法利用日光温室的和地气温度差，使海冰融水蒸发成水蒸气，再将水蒸气冷凝得到淡水。2.4.2真空蒸发式直接冷冻法真空蒸发式直接冷冻法利用了水的三相点原理，在水的三相点附近气、液、固三相共存，若将海水控制在三相点附近则海水的蒸发与结冰同时进行，再将冰与蒸汽分别融化和冷凝得到淡水。真空蒸发式直接冷冻法的关键技术在于如何移走产生的蒸汽。按照蒸汽移去的方式，可分为真空冷冻蒸汽压缩法和真空冷冻蒸汽吸收法。2.4.2.1真空冷冻蒸气压缩法海水预

24、冷至0左右后，喷入真空冷冻室中，部分水气化吸热，使剩余海水冷冻而析出冰晶(水本身是冷冻剂)，形成的冰晶盐水淤浆经分离洗涤后，除去冰晶表面附着及内部包藏的盐分，然后融化而得淡水。产生的蒸汽经压缩后进入融化器冷凝。冰融化和蒸汽冷凝所得的淡水，一部分用作洗涤水，其余作为产品。由于水气化成水蒸汽后，体积增大很多倍，因此对压缩机的功率和材质要求很高。2.4.2.2真空冷冻蒸汽吸收法以吸收剂(例如，溴化锂)吸收冷冻室产生的水蒸汽，从而使海水不断气化与冷冻结冰。稀释后的吸收剂经浓缩再生后循环使用，故需要有吸收剂回收装置。该工艺除了以吸收系统代替压缩机外，其他与真空冷冻蒸汽压缩法相同。Colt公司研究开发了真

25、空冷冻喷射吸收工艺，利用NaOH溶液来吸收部分水蒸汽(约38%)，其余部分则被喷射器中喷射出来的蒸汽压缩至667Pa以上，压缩蒸汽再与冰接触冷凝在融化的冰晶表面上。由于在实际的操作中需要将大量的蒸汽及时压缩，压缩机的力学性能和效率都很难达到，采用该工艺就解决了上述难题，VFEA可以适用于任何规模的装置，但同时NaOH溶液的再生又增加了设备和投资费用，而且还有可能引起设备的腐蚀。2.4.2.3真空冷冻气相冷凝法华东理工大学在研究真空蒸发式直接冷冻法有关过程中产生的蒸汽的移去问题基础上，开发了真空冷冻气相冷凝海水淡化技术。采用低温金属表面，使三相点蒸汽直接冷凝成冰的方法，成功地解决了蒸汽的去除问题

26、，并在实验室完成了小型实验装置，淡化水产品可达到国家饮用水标准。该工艺包括脱气、预冷、蒸发结晶、冰晶洗涤、蒸汽冷凝等步骤。海水在进入蒸发结晶器之前必须经过脱气塔，使海水中溶有的不凝气体在低压下几乎全部释放。海水脱气后与蒸发结晶器内排出的浓盐水和淡化水进行热交换，预冷至海水的冰点附近，再进入压力和温度低于海水三相点温度和压力的蒸发结晶器，使蒸发与结晶同时进行。根据水的三相图，降低蒸发结晶器内产生的低压水蒸汽的温度使之低于其平衡温度以下，能使蒸汽冷凝成冰。2.4.2.4真空冷冻高压融化冰晶法冰晶在高压下(约60MPa)融化，融化时吸收大量的热量使结晶器中的蒸汽冷凝为霜，霜再由海水原地融化。为了使冰

27、融化、蒸汽凝华与融化能连续进行，该工艺采用了一种旋转式冷冻融化器。由于免除了压缩机、吸收剂和冷冻剂的循环，这种工艺较前几种工艺简化，但是由于该工艺是在高压下进行，对设备的材料要求高，增加了设备的投资费用。2.4.2.5真空冷冻多相转变法将海水预冷至其冰点附近，进入真空冷冻室(冷冻室压力低于海水的蒸气压，温度为其冰点)，部分海水气化吸热，使蒸发与结冰同时进行。在该条件下产生的蒸汽为亚三相点蒸汽，并形成冰晶浓海水冰浆。同理，在压力高于海水三相点压力下产生的蒸汽为超三相点蒸汽。将产生的亚三相蒸汽凝华并与超三相点蒸汽直接接触融化，同时超三相点蒸汽冷凝成淡水，然后进行冰晶的洗涤与融化，得到淡水。由于这个

28、工艺是在高真空条件下进行，操作难度增大。2.4.3交换结晶冷冻脱盐法交换结晶冷冻脱盐法采用的结晶器分为三个区域，可将冰、盐水和烃进行分离。海水经换热器预冷后和直链烃(固液态共存)同时进入结晶器，随着烃中的固体融化吸热，海水部分被冷却结冰。随后冰盐水形成的冰浆从底部进入洗涤塔，冰融化的一部分水作为洗涤水。如果仅仅将冰简单融化，则不能体现该方法的经济性。于是将其余的冰和从结晶器出来的液态烃一起进入一个混合喷嘴中，并从喷嘴进入整个装置的高压区。根据熔点随着外界压力的变化而变化的原理，冰的熔点随着外界压力升高而降低，而烃的熔点随着外界压力的升高而升高。压力提高，则冰与烃的熔点变化线会有一个交点，进一步

29、升高压力，则冰比烃的融化温度低，因此冰开始融化时烃将冷冻成固体。由于从高压区排出的冰水烃物流具有很高的压力，故交换结晶冷冻脱盐法设计能量回收装置将其转换为进料冰水烃物流提高的压力，大幅度地降低系统能量消耗。2.4.4利用LNG冷能进行海水淡化利用冷冻法进行海水淡化具有其他海水淡化工艺不具备的优点。(1)用蒸馏法得到的几乎是蒸馏水，即所谓的纯水。用冷冻法除了重离子被沉淀外，一些人体需要的有益微量元素仍然保留在水中。(2)因为水的汽化热在100时为2257.2kJkg，水的融化热仅为334.4kJkg，冷冻法与其他淡化方法相比较低。(3)由于冷冻法是在低温条件下操作，对设备的腐蚀和结垢问题相对缓和

30、。(4)不需对海水进行预处理，降低了成本。(5)特别适用于低附加值的产业，如农业灌溉等。目前将冷冻法与其他方法相结合，不仅减少浓盐水排放带来的环境污染问题，而且可以综合利用海水，开发副产品，如蒸馏冷冻、反渗透冷冻、冷冻等。利用LNG冷能，把液态海水固化，先驱除了海水中的大量盐分，然后在经过反渗透法得到淡水，这种方法可以比上面的方法节约能源40%左右。综合考虑各种因素，冷冻法在经济上和技术上都具有一定的优势。此外，以上方法的组合也日益受到重视。在实际选用中，究竟哪种方法最好，也不是绝对的，要根据规模大小、能源费用、海水水质、气候条件以及技术与安全性等实际条件而定。实际上，一个大型的海水淡化项目往

31、往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化(脱盐)、淡化水后处理等。其中，预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物(对反渗透法)，或脱气(对蒸馏法)，添加必要的药剂等；脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分。这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回收措施；后处理则是对不同淡化方法的产品水，针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法，都存在着能量的优化利用与回收，设备防垢和防腐，以及浓盐水的正确排放等问

32、题。2.5LNG冷能利用LNG冷能发电是以电能的形式回收LNG冷能，属于对LNG冷能的直接利用，主要工艺技术包括直接膨胀法、二次媒体法和联合法。2.5.1直接膨胀法直接膨胀法是将LNG首先压缩为高压液体，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。利用高压天然气直接膨胀发电的基本循环包括从LNG贮槽来的LNG经泵加压后，在蒸发器加热气化成高压天然气，经透平膨胀成低压气体，同时对外输出动力发电。蒸发器热源可用海水，也可使用其它热源，由于流体工作压力较高，所以膨胀透平可做成超小型，高转速。透平使用时由于转速惯性小，因此应由较稳妥措施防止透平过速。透平可设计成喷嘴可调，以改善部分负荷

33、特性。采用天然气直接膨胀方式可回收，动力大小取决于膨胀前后气体压力比，如气体供给压力要求低于3MPa，则循环回收动力的经济性较好，实际应用中为增加系统回收效率，还可采用多级膨胀透平回收动力。直接膨胀法工艺技术的优点是循环过程简单，所需设备少。由于LNG的低温冷量没有充分利用，对外做功较少，每吨LNG冷能产电能约20kwh。2.5.2二次媒体法二次媒体法是利用中间载热体的朗肯循环冷能发电，将低温的液化天然气作为冷凝液，通过冷凝器把冷量转化到某一冷媒上，利用液化天然气与环境之间的温差，推动冷媒进行蒸汽动力循环，从而对外做功。要有效利用液化天然气的冷能，工作媒体的选择非常重要。工作媒体有甲烷，乙烷，

34、丙烷等单组分，或者采用它们的混合物。液化天然气是多组分混合物，沸程很宽，要提高效率，使液化天然气的气化曲线与工作媒体的凝结曲线尽可能保持一致是十分必要的。因此，使用混合媒体更有利。这种方法对液化天然气冷能的利用效率要优于直接膨胀法。但是由于高于冷凝温度的这部分天然气冷能没有加以利用，冷能回收效率也必然受到限制。郎肯循环包括如下4个过程。(1)冷凝过程。透平膨胀后的低压载热体蒸汽在冷凝器中凝结成液体。(2)升压。低压液体经泵提高压力。(3)蒸发。升压后的载热体液体加热变成高压蒸汽。(4)膨胀。高压蒸汽经透平膨胀成低压蒸汽，对外输出功，可带动发动机发电。在循环冷凝过程中，利用LNG冷能将低压蒸汽冷

35、凝成液体，蒸发过程中，可采用海水等作为热源使载热剂蒸发。这种发电方案类似于纯凝汽式蒸汽轮机，它可利用海水或其它余热作为高温热源。如利用海水，因温度水平较低且随季节变化，提高系统效率的关键在于提高热交换器效率及选择合适的载流体。如能利用废蒸汽、热排水及其它工业余热，提高进入透平蒸汽压力，则可提高系统功回收能力。2.5.3联合法联合法综合了直接膨胀法与二次媒体法。低温的液化天然气首先被压缩提高压力，然后通过冷凝器带动二次媒体的蒸汽动能循环对外做功，最后天然气再通过气体透平膨胀做功。联合法可以较好地利用液体天然气的冷能，约为45kWh/t。是利用LNG冷能发电最多的国家之一，其LNG冷能发电项目多采

36、用联合法，冷能发电装置一般在400-9400kW之间。联合法实现了二次冷媒动能循环和直接膨胀的动能系统的联合。在这一方案中，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传热性能，临界温度要高于环境温度，比热容大，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，二次冷媒动能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。2.6轻烃分离2.6.1国外概况国外早在1960年就有LNG轻烃分离的专利了。在，从LNG中分离出C+2轻烃已成为调节天然气热值

37、，使之符合美国国家燃气标准的重要手段。近年来，美日等国注册了很多LNG轻烃分离专利，这为我国从沿海引进的LNG湿气中分离轻烃起到了良好的指导作用，但现有的专利技术还有很多不足。美国专利US2952984、US3837172和US5114451等，用这些专利流程分离轻烃后的甲烷均为气相，由于天然气的长输都采用高压输送，因此需要采用大排量的压缩机来压缩天然气，使之达到管输的压力要求，因而能耗很高。美国专利US6604380B1、US2003/0158458A1和US2003/0188996A1等，通过压缩分离出来的甲烷气体来提高压力，然后同LNG进料换热，使甲烷气体在较高的压力下重新液化，然后利用

38、液体泵将其压力提高至管网标准，然后再汽化进入燃气管网，较好地解决了天然气外输的问题。然而，此类流程在应用中尚有如下不足。(1)不利于天然气的气源调峰。作为天然气下游主要用户之一的城市燃气用户，其用气量随时段、季节、气候和风俗习惯的影响，波动非常大，燃气行业每天都面临巨大的调峰压力。为了满足下游用户的用气需求，天然气上游的供气方需要具有一定的调峰能力，即在用气高峰时多气化供气，在用气低谷时少气化。然而现有的轻烃分离流程均要求连续、平稳运行，由于轻烃分离和气化同时进行，因此当LNG汽化量随时间波动时，必然会影响分离过程的操作，所以现有的轻烃分离流程均不具有调峰能力。(2)分离获得的C+2轻烃压力高

39、，不利于储运和销售。2.6.2国内概况2.6.2.1油吸收原理的轻烃分离技术大庆使用天然气轻烃分离新技术，研制成功浅冷嫁接油吸收工艺精分馏装置。该工艺采用油吸收原理，在氨制冷后嫁接油吸收工艺精分馏装置，利用精分馏工艺切割吸收轻烃，提高轻烃收率，生产高附加值的和车用液化气产品，其轻烃吸收率可达70%以上。2.6.2.2轻烃分离工艺的优化设计华南理工大学根据LNG冷量的特性，按照冷量梯级利用的原则，设计了一种新的LNG轻烃分离流程。该流程的特点在于轻烃分离过程不需要使用压缩机，能耗较低，而且可利用LNG的冷量将一部分分离完轻烃的甲烷再液化过冷并低压液相储存，使轻烃分离流程具有供气调峰功能，同时使分

40、离获得的轻烃产品保持低压液相，方便产品的储运和销售。以深圳项目进口的LNG为例，此优化流程的模拟计算结果表明，新流程功耗降低47.3%，脱甲烷塔的热负荷降低27.3%，并且能够将20%左右的甲烷低压储存，用于供气调峰，经济效益明显。2.6.2.3有调峰功能的液化天然气的轻烃分离方法(1)原料预热。常压的LNG提压到1.00-2.00MPa，先后与用于调峰的甲烷液体、从闪蒸塔顶分离出来的甲烷气体及脱甲烷塔顶部分离出来的甲烷气体分别换热而部分汽化，汽化分率在0.25-0.40之间。(2)轻烃分离。经预热而部分汽化的LNG先进入闪蒸塔，从闪蒸塔顶部分离出来的甲烷气体同原料LNG换热而被全部冷凝。闪蒸

41、塔底部的天然气液体提压到2.20-3.20MPa，经过预热后输送到脱甲烷塔中分离，甲烷组分全部从脱甲烷塔塔顶以气相分离出来，此股甲烷气体通过同原料LNG换热而被全部液化，脱甲烷塔的釜液主要为C+2轻烃。将从闪蒸塔顶分离出来并被液化的甲烷物流分成A股和B股。(3)调峰天然气低压液相储存。A股甲烷物流体积占总甲烷量的15%-35%，将A股甲烷物流与原料LNG换热而进一步过冷至-134-154，再经节流降压至0.20-0.60MPa，使这部分甲烷低压液相储存。通过将这一部分储存的甲烷气化来调节天然气上游对下游的供气量，实现调峰作用。(4)冷能回收。将B股甲烷物流加压，使其与通过脱甲烷塔分离获得的甲烷

42、液体物流压力相等，然后混合。将此混合后的甲烷液体加压至天然气高压管网输送的压力向外输送，回收外输甲烷的冷能用于冷却从脱甲烷塔中分离得到的C+2轻烃，C+2轻烃同脱甲烷塔的进料换热，再节流降压，使C+2轻烃低压液相储存。回收部分冷能的外输甲烷液体加热气化后，进入天然气高压管线。3结论和展望合理的工艺技术方案是LNG冷能利用竞争力的核心因素。和常规的生产工艺技术比较而言，冷能利用需要开发相应的新型工艺技术，或者改良现有工艺技术，属于新兴产业。目前在科研成果转变为可工程化的现实生产力方面仍然需要进一步的开发，真正实现集成优化，争取通过国内科研院校和生产企业等相关方面的共同努力，早日确立我国在LNG冷能利用技术领域的国际领先地位。LNG冷能利用在我国属于开拓性的新型产业，尽管可以在一定程度上借鉴国外的发展模式，但是我国的结构、消费市场和工艺技术水平与其他国家存在较大差异，因此我国LNG冷能利用要立足我国的实际情况，在市场配套条件较为完备的地区首先建设工艺技术成熟度高的LNG冷能利用示范项目，逐步探索我国LNG冷能利用的建设和运营模式。在示范工程的成功经验的基础上，我国有计划、有步骤地认真落实LNG冷能利用项目建设，逐步形成我国LNG冷能利用的循环经济产业。16骄阳文书#