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摘要：近年来，节能减排成为社会发展主流趋势，清洁能源备受推崇，LNG利用愈发深入，对LNG利用技术的研究成为时下清洁能源利用的热点话题。本文主要阐论LNG冷能利用技术方式及特点，提出LNG冷能利用的发展前景，以供参考。
关键词：液化天然气；LNG；冷能；利用
伴随着社会经济的飞速发展，社会能源消费结构实现了深化调整，LNG作为新型清洁能源逐渐占据能源消费主体。LNG即液化天然气，本身就属于绿色清洁能源，其在汽化过程中会将制造时消耗的大量能耗释放出来，这些释放出的能量可进行回收利用，也就是冷能利用。冷能利用具有高效价值，其经济效益尤为显著。同时，该利用技术所排放的废弃物为水、CO2，属于无污染排放，环保优势明显。因此，充分利用LNG冷能，可有效提升其附加值，实现清洁能源的高效利用，实现经济利益与社会效益的双赢。
1LNG概述
LNG（Liquefied Natural Gas），即液化天然气，具有无色、无味、无毒的特性，被公认为世界上最干净的化石能源。天然气由气田开采而来，甲烷为其主要成分。常压下呈现气体状态。天然气需要经过运输与存储才能输送到千家万户，发挥实际用途。为了便于运输，一般需脱水、脱硫、脱酸、压缩等技术将开采出的天然气冷却为液体，其温度为-162。这种被液化后的天然气成为LNG，其热值大、性能高、体积小等优势，便于运输存储。LNG为高质量冷能源，传统机械制冷往往会耗费大量电能、动能，耗资大、成本高，而LNG在汽化过程中会产生830- 860kJ/kg的冷能，有着极大的利用价值，且不耗费其他能源，能源利用效能高。
2 LNG冷能利用技术的应用
2.1 空气分离
图1 LNG冷能空分流程图
传统空气分离利用膨胀透平及冷冻机进行制冷，但是传统工艺之趋液氮、液氧耗能极大，通常1m3液氧需要消耗电能1.0kW·h,利用LNG冷能空分进行液氧、液氮的制取，提高了LNG冷能回收效率，降低了能耗，1m3液氧需要消耗0.4kW·h，其经济性突出。
现今LNG冷能空分工艺较为多样，本文选择一种常见空分工艺进行分析。其空分流程如图1所示。此流程分为：空气压缩净化、空气的冷却、冷能的利用、精馏四部。空气作为原料进入空气压缩机，而后将压缩为0.6MPa的空气引入空气预冷器中，将其冷却为303K，然后在空气净化器中进行除尘、除二氧化碳等杂质，避免杂质沉积冷冻堵塞。净化后的气体进入低温换热器，在低温循环气态氮气和低纯度废弃氮气作用下，气体被冷却为100k，而后逐一进入高、低压分馏塔，由此与低温液氮换热。液氧、液氮分别存储于液氧储罐与液氮储罐中。利用氯罐加氢对氩液态气体进行催化脱氧处理，再利用净化器和提纯塔做净化、提纯处理，得到液氧存储于液氧存储罐中。
2.2冷能发电
LNG冷能发电方式主要有以下四种
（1）直接膨胀法
直接膨胀法借助低温泵，可将LNG从常压转化为高压，而后送至换热器，LNG吸热气化，所得的高压天然气可直接膨胀发电，这种发电方式流程简单、使用设备少、耗资少，其发电效率有赖于透平膨胀机进出口气体压力比，为提高发电效率，需要使用多级膨胀发电机，但是纵然如此，其冷能回收电量的效率也仅仅为24%，在使用时需要联合其他冷能利用技术，较为繁琐。
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（2）二次媒体法，这种方法是将冷媒作为中间介质，形成朗肯循环，首先，从储罐中抽出LNG，将其送至冷凝器，其中低温LNG与冷媒进行热交换，冷媒释放热量而冷凝，变为高压蒸汽，在高压蒸汽作用下利用透平膨胀发电机发电，冷媒蒸汽在加热做功作用下，经过冷凝器，实现热交换，而后冷凝为液态，由此形成蒸汽动力循环。较之直接膨胀法，这种方法的冷能回收率更高，但是比冷凝温度高的冷量会被排出，从而降低了冷能回收率。
（3）综合法
所谓综合法指以直接膨胀法结合二次媒体法，其中存在两个循环系统。其一，LNG在低温泵作用下，将常压转化为高压，在冷凝器、冷媒作用下进行换热处理，使得气体吸热膨胀，而后推动膨胀发电机发电。其二，在冷凝器中冷媒与LNG换热，而后冷凝为低温液体，该液体在低温泵作用下升压，在蒸发器中与海水进行换热处理，经过冷媒吸热而膨胀，推动膨胀发电机发电，在此基础上再次经过冷凝器进行换热，再次冷凝成液体，即蒸汽动力循环。综合法是对两种循环法的综合运用，回收效率较高。
（4）气体透平循环
这一方法利用燃气轮机进行发电，这种发电方式效率高，发电量高，冷能回收率为50%。该冷能发电技术需要选择适宜的载冷剂，与提高冷能利用效率。
2.3 低温冷库
传统以多级压缩制冷设备为主体的冷库，耗电量极大，而基于LNG冷能建立的冷冻库则不需要制冷机，初投资成本小，运行中耗电量小，有着极为显著的经济效益。冷能利用原理为：LNG经换热器对工质进行冷却，得到液态载冷剂，而后经过保温管传动到冷库蒸发器，在蒸发作用下，冷能随之传输至库房中的物体，基于LNG不同的温度，会对不同工质产生冷却效果。利用LNG冷能建立的冷库，可实现对冷能的充分利用，耗能低，温度阶梯明了。然而，需注意的是冷冻库温度一般在-30℃以下，未能充分利用其能量品位。
2.4液态CO2与干冰的制取
借助LNG冷能，可获取CO2冷却和液化的温度，而后将液化压力控制在0.9MPa，在液化所需低温环境下，可以制取出液态CO2及干冰，这一过程消耗电能仅为0.2kW·h/m3,较之传统以压缩机制取的工艺，其耗电量更少，制取效率跟高，成本更小。利用这一技术，可在有火电厂的LNG接收站建立CO2及干冰制取项目。
2.5低温粉碎废弃物
利用LNG冷能技术可用于废弃物的粉碎处理。借助LNG冷能可对废弃物进行冷冻处理，处理后的废弃物只需很小的动能便可粉碎，省事省力，节能效果显著。现今这种方法可用于碎轮胎、塑料等废弃物的粉碎。破旧轮胎、塑料常温下难以粉碎处理，倘若不予处理，对环境污染严重。而超低温环境下，这些废弃物脆性增强，强度变弱，稍加动力便可粉碎。这些废弃物被粉碎后可用作其他用途，不仅减少了对环境的污染，更提高了资源利用效率，符合可持续发展战略要求。
3发展前景
伴随着全球能源资源的短缺，环境保护势头的强化，天然气这一清洁能源被原来越广泛的应用于生产生活之中。LNG以其高校的冷能利用技术被愈发推崇，全球范围内，各种LNG接收站遍地开花，如今，LNG冷能利用已进入蓬勃发展之势中。近年来，我国也在不断探索LNG的新型利用方式，不断挖掘其冷能利用价值，创新冷能利用方式，尽管当前的冷能利用技术仍有诸多不完善之处，但伴随着广东深圳大鹏湾LNG冷能项目的筹建，上海、浙江而在着力筹划相关的冷能利用项目，相信未来，我国对于LNG冷能技术的应用效率会越来越高，会更好的服务于我国的现代化发展。
4 结语
LNG这种新型能源凭借其优势的冷能利用效果，越发受到社会各界的重视，其发展前景广阔。现今的LNG冷能技术主要可用于空气分离、发电、冷冻、液态二氧化碳制取，制造滑雪场、低温粉碎、海水淡化等项目之中，实践表明，利用LNG冷能技术开发的这些项目皆具有显著的经济性、节能性与安全性效果。但就目前而言，对LNG冷能技术利用仍然有更大的挖掘空间，因此，如何将LNG冷能技术更为充分的利用于更多的项目之中，如何更大的挖掘其潜在价值，如何实现产业化发展，是当前LNG冷能技术利用亟待拓展研究的问题。
参考文献：
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[3]卢炜.液化天然气(LNG)冷能回收及应用研究[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38(04):98-99.
论文作者:宋占勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/15
标签：液氧论文; 低温论文; 技术论文; 废弃物论文; 天然气论文; 液态论文; 液氮论文; 《防护工程》2018年第20期论文;