液化天然氣(LNG)冷能回收及其利用

1、液化天然氣 (LNG 冷能回收及其利用 D 王 強 厲彥忠 張朝昌(西安交通大學制冷低溫研究所 西安 710049摘 要 LNG 存儲在 110K 的低溫下 蘊藏著大量的冷能 O 將 LNG 冷能回收可 用于空分 發(fā)電 制造干冰 低溫冷庫以及汽車冷藏 汽車空調(diào)等領域 O 這不僅有 效回收 利用了能源 而且減少了機械制冷造成的大量電能消耗 具有可觀的經(jīng)濟 效益和社會效益 O主題詞 LNG 冷能回收及利用全球性石油資源的緊缺以及不斷加劇的環(huán)境污染 使得污染小 燃燒性能好 儲量豐富的天 然氣的應用越來越廣泛 O 為了便于天然氣的儲藏運輸 通常在低溫下 (110K 以下 將天然氣液化 成液態(tài) (LNG

2、 因而 在 LNG 汽化成常溫氣體供給用戶的過程中將釋放出大量的冷能 O 如果能 將該冷能進行有效地回收利用 如用于空分 發(fā)電 制造干冰 低溫冷庫 汽車冷藏 汽車空調(diào) 等領域 則可以節(jié)省大量的電能 O LNG 工業(yè)近幾年的迅速發(fā)展 (世界 LNG 的生產(chǎn)應用以年均 20%的 速度增長 年運輸與貿(mào)易額達 6000多萬噸 占到了總貿(mào)易額的 24%預計 2010年 LNG 年產(chǎn) 量將達到 2400億立方米 為 LNG 冷能的回收利用奠定了良好的基礎 O1LNG 冷能分析LNG 冷能主要是利用 LNG 與周圍環(huán)境 (如空氣 海水 的溫差以及壓力差 在趨于平衡態(tài) 過程中進行回收的 O 詳細地分析 LNG

3、 蘊藏的冷能 對提高 LNG 冷能回收率以及合理利用 LNG 冷 能 具有非常重要的意義 O 火 用 分析法不但能從能量的數(shù)量上反映能量種類的轉(zhuǎn)換 更重要的是能從 質(zhì)上清楚地揭示內(nèi)部不可逆性造成的能量品質(zhì)的貶值情況 以及造成熱力學損失的原因和部位 O 由卡諾循環(huán)可知 , 在熱源 T 1 冷源 T2之間進行的一切熱力循環(huán) 冷源從熱源吸收熱量 g 后 其可能得到的最大循環(huán)凈功 即最大可用能為W max =g(12T 1=g T 2As其整個變溫過程中的能量分析如圖 1所示 O工質(zhì)在吸熱的過程中 溫度升高 由狀態(tài) 1變化到狀態(tài) 2 對每個微小的吸熱過程來D 教育部高等學校骨干教師基金資助 ; 西安交

4、通大學博士基金資助 O 王強 (1971 男 博士研究生 O本文于 2002年 5月 25日收到 OT 對整個過程 1-2積分 則最大可用能 W max 為W max = 6W max = 21(1-0TD 6g 若 LNG 從初態(tài) (T D 經(jīng)一系列的可逆過程 最終達到與環(huán)境的平衡態(tài) (T 0 0D由系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程 6g =dh 6W max 可得 , 6W max =6g -dh =T 0d -dh 此時 LNG 完成的最大有用功 即系統(tǒng)工質(zhì)的 火 用 ex 為=(h -h 0D T 0( 0- D =6 (T -T 0D T 0T 0T T -T 0R 0可以看出 LNG 的冷量

5、火 用 包括溫度 火 用 和壓力 火 用 兩部分 其中溫度 火 用 為 ex T =6 (T -T 0D 6 T 0T 0T T =6 (T -T 0D 6 T 0In 0T 壓力 火 用 為 ex =-T 0R 0=T 0RIn 0天然氣在液化前要進行純化處理 分離凝析油 重烴 并去除 2 2 2S 以及有機碳化 物等雜質(zhì) 因而 LNG 的主要成分是甲烷 LNG 從 110K 的低溫汽化成常溫氣體時 吸收 (860883D kJ /kg 的熱量 如果再進行一定的加壓處理 依據(jù)以上 LNG 冷量 火 用 的分析 對于大型的 LNG 接受站來說 其蘊含的冷能是相當大的 行要能種 ,方境溫度 9比

6、熱大 9使用安全 0通常選丙烷 乙烯等烴類化合物或者 02等氟里昂類工質(zhì)以及輕烴 與氟里昂的混合物 0為了提高 LNG 冷能的回收效率 9二次冷媒動力循環(huán)系統(tǒng)中通常采用回熱或再 熱循環(huán) 9這種回收方式的冷能回收率通常保持在 0%左右 02. 2LNG 冷能回收在空分中的應用通常的低溫環(huán)境都是由電力驅(qū)動的機械制冷產(chǎn)生的 9由制冷原理可知 9隨著溫度的降低其消 耗的電能將急劇增加 0在一定的低溫蒸發(fā)范圍內(nèi) 9蒸發(fā)溫度降低 1K 9能耗要增加 10%0利用回 收的 LNG 冷能和兩級壓縮式制冷機冷卻空氣制取液氮 液氧 9制冷機很容易實現(xiàn)小型化 9電能消 耗也可減少 0%原來生產(chǎn) 1m 3的液氧電耗為

7、 1. 2kwh 9采用 LNG 冷量回收的方法可使電耗減 小 0. kwh 9水耗減少 30%9這樣就會大大降低液氮 液氧的生產(chǎn)成本 9具有可觀的經(jīng)濟效益 0低成本制造的液氮可以使 LNG 應用的溫度領域擴展到更低的溫度帶 19 9如用于真空冷 阱 生產(chǎn)半導體器件 食品速凍 低溫破碎回收物料以及金屬熱處理等 0利用制取的液氧還可以 得到高純度的臭氧 9在污水處理方面用途很大 0此外 9LNG 作為空氣分離裝置的預冷劑 9在生產(chǎn)液氬的空分裝置中 9利用其冷能冷卻和液化 由下塔抽出經(jīng)過復熱的循環(huán)氮 9可以省去氟里昂制冷機以及氮透平膨脹機組 9使產(chǎn)品能耗平均降 低 0. wh /Nm 39裝置的投

8、資費用也可減少 10%左右 9生產(chǎn)成本降低 20%30%02. 3LNG 冷能回收在冷凍 冷藏中的應用LNG 基地一般都設在港口附近 9一則方便船運 9二則通常的汽化都是靠與海水的熱交換實現(xiàn) 的 0而大型的冷庫基本設在港口附近 9這樣方便遠洋捕獲的的魚類的冷凍加工 0回收 LNG 的冷能 供給冷庫是一種非常好的冷能利用方式 0將 LNG 與冷媒 如 12 在低溫換熱器中進行熱交換 9冷卻后的冷媒經(jīng)管道進入冷凍 冷藏庫 9通過冷卻盤管釋放冷量實現(xiàn)對物品的冷凍冷藏 0這種冷 庫不僅不用制冷機 9節(jié)約了大量的初投資和運行費用 9還可以節(jié)約 1/3以上的電力 0日本神奈川 縣根岸基地的金槍魚超低溫冷庫

9、 9自 197 年開始營業(yè)至今效果良好 0為有效地利用天然氣冷能 9可將食品凍結(jié)及加工裝置 冷凍庫 冷藏庫及預冷裝置等按不同的溫度帶連成一串 9使冷媒 管 路系統(tǒng)化 0通常 9管路行程用串聯(lián)的方式 0這種方式是按液化天然氣的不同溫度帶 9用不同的冷 媒進行熱交換后分別送入低溫凍結(jié)庫或低溫凍結(jié)裝置 0冷凍庫 3 冷藏庫 0以 下 以及果蔬預冷庫 0 109其流程圖如圖 3所示 0這樣可以使 LNG 的冷量幾乎無浪費的 得以利用 9其冷能的利用效率將大大提高 9整個成本較之機械制冷會下降 37. % 2-5I 冷能回收在汽車空調(diào)和汽車冷藏車中的應用隨著液化天然氣 (I D 汽車的不斷發(fā)展 9I 用

10、作汽車清潔燃料的同時 9可以將其冷量回 收用于汽車空調(diào)或汽車冷藏車 O 這樣就無需給汽車單獨配備機械式制冷機組 9既節(jié)省了投資 9又 消除了機械制冷帶來的噪聲污染 9具有節(jié)能和環(huán)保的雙重意義 9是一種真正意義上的 6綠色 汽 車 9尤其適用于設在城市中心地帶的商業(yè)步行街或其他有噪聲污染限制的地區(qū) O 圖 4為 I 冷能 回收在汽車冷藏車中的應用示意圖O的多 儲開汽冷按A NEW AIR CONDITIONING SYSTEM OF A CARSINGLE -EFFECT LITHIUMBROMIDEABSORPTION HOT -COLD WATER UNITXiao Youming 1 Su

11、n eng1 Zhu ongmei1 Xu lie 1 Liu Zhenguan 2(1 Institute of Refrigeration and Cryogenic Engineering Shanghai iaotong Universtiy 200030(2 College of Petrochemical Technology Gansu Univ . of Techn Lanzhou 730050ABSTRACT In order to reduce the consumption of oil and improve the motivity of the car , the

12、method of the thermodynamics and the heat transfer is used , and the analysis and the comfoarison of the present car air conditioning system With that of single -effect lithiumbromide absorption hot -cold unit Were made . It is shoWn that it is possible to use single -effect lithiumbromide absorptio

13、n hot -cold Water unit driven by high temperature cooling fluid of the car engine to replace the present car air conditioning system . A Work principle of single -effect lithiumbromide absorption hot -cold Water unit applied in the car air conditioning system is introduced .KEYWORDS single -effect l

14、ithiumbromide absorption hot -cold Water unit , car air conditioning ; exhausted heat utilization , car engine(上接第 31頁 RECO ERY AND UTILIZATION OF LNG(LIOUEFIED NATURAL GAS COLD ENERGYWang Giang Li Yanzhong Zhang Chaochang(Institute of Refrigeration and Cryogenics Engineering , Xi /an iaotong University , Xi /an 710049ABSTRACT LNG (Liguefied Natural Gas has plenty of cold energy When stored at loW temperature (110K . The energy Will be used efficiently if the cold energy is recovered and utilized in such areas as air separating , poWer generating , making of