LNG冷能利用

LNG的冷能利用

发表日期： 2016-01-04 14:29 来源： 石油商报

我们都知道LNG是一种清洁燃料，但很少知道它还有冷能作用。比如将LNG的深度冷冻用于低温冷藏库，对食品保鲜、水产品冷藏和蓄冷等都有明显效果。

LNG是零下160多摄氏度状况下的液化天然气，大有冷能可用。其冷能利用可分为直接和间接两种。直接利用包括冷能、深冷空气分离、冷冻仓库、制造液态干冰、汽车冷藏、汽车空调、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。

LNG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了实用化程度，经济效益和社会效益都十分明显。小型冷能发电在LNG接收站也有运行，可供应LNG接收站部分用电需求。LNG用于海水淡化等项目，尚需对技术进行进一步开发和集成。

LNG冷能发电，是采用朗肯循环发电技术，按照其冷能回收的当量，相当于10%~20%的冷能可以转化为电能。这是一种无污染的电源，所需设备和技术目前都比较成熟。

《化学工业杂志》2014年第五期 1LNG冷能利用环境分析

1.1产业发展现状各国政府和企业均十分重视LNG冷能的回收利用，特别是以日本和中国为代表的东亚国家和地区均对LNG冷能应用展开了广泛深入的研究，在空气液化、冷库、液化二氧化碳和干冰的制取、低温发电和低温破碎等领域进行了成熟的商业性应用，已积累了丰富的经验，企业在LNG冷能的回收利用过程中能得到政府在政策、资金等方面的大力支持，从而获得明显的经济效益和社会效益。

1.2技术环境分析中海油是我国最早进行LNG冷能综合利用研究和工业化运行的企业，也是我国LNG冷能综合利用的领军企业。其中，中海油福建LNG冷能空分项目是我国第一个成功工业运行的LNG冷能利用项目，福建LNG冷能低温橡胶粉碎项目是我国第一个LNG冷能低温胶粉项目。2010年7月，中海油能源发展股份有限公司石化分公司LNG冷能项目组牵头研究的《利用LNG冷能进行空气分离方法学》（AirseparationusingcryogenicenergyofLNG）在德国波恩召开的联合国方法学审核理事会第44会议上获得批准。这是国际LNG冷能利用领域第一个获批的方法学，将为LNG冷能利用产业带来可观的二氧化碳减排资金支持，是中海油对世界节能减排事业的重要贡献。目前，福建LNG冷能空分项目的CDM开发交易已向国家发改委申报并获得批准。截至2011年12月31日，中海油冷能利用领域的主要科研成果包括2个发明专利、4个实用新型专利和2个工艺包，如表13所示。目前，中海油初步形成了技术、管理、市场销售和科研的人才储备梯队，可以独立承担冷能项目申报立项、设计施工、投产运营和市场销售，拥有冷能利用研发和工业化能力。

1.3产业政策环境分析

—17所示。《天然气利用政策》（2012年第15号令）已于2012年12月1日正式实施，天然气利用项目管理均适用该政策，所有新建天然气利用项目（包括优先类）申报核准时必须落实气源，并签订购气合同。其中，对优先类用气项目，地方各级政府可在规划、用地、融资、收费等方面出台扶持政策。鼓励天然气利用项目有关技术和装备自主化，鼓励地方政府出台如财政、收费、热价等具体支持政策，鼓励发展天然气分布式能源项目。根据我国《天然气利用政策》的相关规定，城市燃气和工业燃料是国家鼓励支持的天然气利用方向，天然气化工则是国家限制和禁止的天然气利用方向。 “十二五”规划的通知》（发改能源［2012］3383号），为引导天然气高效利用，将LNG接收站冷能利用纳入LNG项目核准评估内容，实现节能减排和提高能效。2012年3月，国家发展改革委、财政部、国土资源部和国家能源局联合颁布了《页岩气发展规划（2011—2015年）》，规划明确我国要加大LNG冷能利用力度，冷能利用纳入LNG项目核准评估内容，与接收站同步建设，减少对海水生态环境的影响，提高能源综合利用效率，实现节能减排和提高能效。根据《石油和化工行业“十二五”发展指南》，国家鼓励LNG冷能的利用，特别是大型空分设备对LNG冷能的利用。LNG冷能利用是社会各界关注的问题，“十二五”期间是我国冷能产业快速发展的重要时期，相关的产业政策和行业标准将有望逐步完善，进一步推动我国LNG冷能产业的科学健康持续发展。

1.4制约因素分析在世界范围内，LNG冷能多领域利用存在二个制约因素：（1）LNG冷能利用项目受LNG接收站周边的工业环境的影响较大，国外多为单项利用技术；（2）天然气管道用户的用气量具有波动特性，LNG接收站需要承担调峰任务（即LNG单位时间气化量波动幅度很大），LNG接收站气化需求和冷能用户需求在时间和空间上不同步。鉴于LNG气化和冷能利用之间存在空间和时间上的不同步性，国外大多数LNG接收站的冷能利用率在20%~30%之间。 2高效利用冷能的路径分析

2.1指导思想LNG冷能利用途径要按照“依托LNG接收站、发挥冷能优势、建设节能创新型LNG冷能利用产业链”的指导思想，从实际情况出发，践行低碳理念，构建LNG冷能战略性产业，科学规划“从高到低”的冷能梯级利用的产业格局，实现多领域生产和冷能资源利用的深度联合，培育核心的市场竞争优势，积极推进清洁能源机制，形成节能减排产业亮点，逐步提升LNG冷能产业的经济效益和社会效益。

2.2路径定位LNG冷能利用产业以经济、工艺技术、节能减排等多项指标作为产业发展的主要任务，科学规划一系列下游冷能利用项目，按照温位由低到高、逐级地利用LNG的冷能，努力实践“温度对口、高能高用、低能低用”的梯级利用模式，力争最大限度的回收利用LNG冷能，统筹兼顾利用LNG冷能资源的社会效益和经济效益。 2.3冷能利用方案比选

℃，氧气液化温度为-182.97℃、液氮液化温度为-195.8℃），LNG冷能利用效率高，受到地点条件的限制小，是最佳LNG冷能利用方式，技术上最为合理。（4）建议：建设规模和产品方案要充分考虑液态工业气体市场共性，兼顾区域市场之间的差异性，生产贴近区域市场需求的工业气体产品，获得市场竞争优势。

“十二五”发展规划》，“十二五”期间我国废橡胶综合利用行业将发展具有我国特色的胶粉废橡胶综合利用格局，废旧橡胶综合利用行业在全国范围内完成规模和区域重组，实现粉碎—再生—加工—应用的有机组合形式。根据工业和信息化部《废旧轮胎综合利用指导意见》（工产业政策［2010］第4号），“十二五”期间我国逐步扩大橡胶粉直接应用范围，促进橡胶粉下游新产品的直接应用，开展橡胶粉改性沥青技术、橡胶粉与废塑料并用技术研究及加大橡塑共混材料在建筑、橡塑包复式铁道枕木、防水、隔音产品、民用橡胶制品等领域的推广应用力度，到2015年国内胶粉年产量达到100万t。（3）冷能利用效率：是较好的LNG冷能间接利用方法。（4）建议：低温粉碎的市场和政策环境良好，适用于对橡胶、塑料、及铜、铝、锌等金属工业和民用废弃物的资源回收再利用，对充分利用再生资源、摆脱自然资源匮乏、减少环境污染、改善人们的生存环境具有重要意义，是经济效益和环境效益相结合的LNG冷能重点利用方向。

“无侵权和自由运作（FTO）书”，以避免今后技术转让及专利方面的风险。（2）发展空间：目前，我国只有2家企业生产丁基橡胶，3个产品牌号，产能和产量均不能满足国内实际生产的需求，每年都要大量进口国外产品。预计2015年我国丁基橡胶的总产能将有望超过40万t／a，同期年需求量约43万t，成为世界重要的丁基橡胶生产国家之一，总供需矛盾得到缓解。（3）建议：2012—2015年我国有多套丁基橡胶装置产能将投放市场，2015—2020年期间多家相关企业拟进入丁基橡胶生产领域，国内市场竞争将进一步加剧，只有具备先进低成本工艺技术的生产企业才能在未来市场中占据主导地位。

“十二五”发展规划，氟化工是国家战略新兴产业，发展空间较大。根据国家发展改革委《产业结构调整指导目录（2011年本）》，特种含氟单体、高品质氟树脂、高性能氟橡胶、含氟精细化学品和高品质含氟无机盐等含氟产品属于鼓励类建设项目。根据工业和信息化部《石化和化学工业“十二五”发展规划》，有机硅属于加快开发步伐的化工新材料。根据国务院、国家发展和改革委员会和商务部《外商投资产业指导目录（2011年修订）》，高性能氟树脂、氟膜材料、医用含氟中间体均属于鼓励外商投资产业目录。根据工业和信息化部《“十二五”产业技术创新规划》，我国化工行业将重点开发有机氟特种单体及高功能含氟聚合物产业化技术。根据工业和信息化部《工业转型升级投资指南》，氟材料均属于重点提升市场竞争力的产品。（3）建议：氟化工技术资金密集，用冷程度相对较低，有可能通过产品组合实现LNG冷能梯级优化利用。

“十一五”期间，我国海水淡化能力快速增长，已具备进一步发展的条件。冷冻法海水淡化工艺简便可靠，已经发展成为一种可靠的工业技术，在世界大中型海水淡化工厂中应用较为普遍。含有冰晶的悬浮体输送分离较为困难，将冷冻海水淡化法和其他方法相结合（例如，蒸馏／冷冻、反渗透／冷冻、太阳能／冷冻等），可以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资源，开发副产品。（2）冷能利用效率：海水淡化是比较耗能的产业之一，在冷冻法淡化工艺中应用LNG冷能可以节约大量的制冷能耗。（3）发展空间：我国是淡水资源缺乏的国家，人均水资源拥有量低，时空分布不均。海水淡化是缓解我国沿海缺水地区和海岛水资源短缺的有效途径。随着沿海地区经济的快速推进和海洋经济的发展，利用LNG冷能进行海水淡化的前景将更加广阔，对促进我国沿海地区海水淡化利用、优化用水结构、保障水资源持续利用具有重要意义，具有良好的发展前景，是一个极具潜力的新兴产业。（4）建议：LNG冷能海水淡化项目不仅可以增加水资源总量，而且可以改善水资源结构、提高水资源安全保障率，是解决我国沿海地区淡水短缺的战略选择和重要措施，也是推动我国多元化LNG冷能利用方式的积极尝试。

℃）与LNG冷能品位（-162℃）相差太大，冷能回收率低，只适合与其它回收利用项目联合使用。此外，LNG冷能液体二氧化碳和干冰生产装置需要选择建设排放大量气态二氧化碳的工厂附近，确保原料气态二氧化碳供应充足。如果LNG接收站周边建设有钢厂和火电厂等二氧化碳集中排放源，可以考虑建设干冰或液体二氧化碳生产项目。 2.4主要产品的竞争力分析

℃时就可完全脆化，传统的低温粉碎工艺采用-196℃的液氮来冷冻橡胶，造成了能量的降质使用；并且每生产100kg胶粉需耗用110~115kg液氮，生产成本较高。由于空气制冷的制冷费用高，因而选择在相对高的温度（-56℃左右）附近进行粉碎。此时，橡胶虽然已经脆化，但还存在一定的形变量，因而仍须用剪切式粉碎机粉碎，因此尽管液氮法工艺成熟，但由于投资大、液氮耗量高、能耗高，胶粉生产成本高而难以在我国推广。

“十二五”发展规划》，提高废胶粉沥青利用率是我国节能减排和资源综合利用要点。在良好的国家政策环境下，冷能利用精细胶粉项目的自负盈亏能力将得到进一步的提高。

“三免三减半”的优惠，即前3年免税，后3年税收减半。根据国家发改委会同11部委制订的《加快海水淡化产业发展的意见》，国家将加大沿海地区工业用淡化海水的力度，鼓励和支持海水淡化水进入市政管网，建立新型水价形成机制，制定海水淡化税收优惠政策，加大海水淡化投融资力度，保障海水淡化项目用海用地，加大海水淡化技术自主创新力度，加快海水利用装备产品自主制造的步伐。在良好的国家政策环境下，以生产海水淡化水为主要目的，作为沿海地区水资源的重要补充和战略储备。整体板块包括相关技术研发、设备制造、工程设计与建设、生产运营、原材料生产与销售、

咨询服务、宣传培训和交流等工序和环节在内的、具有完整产业链的生产体系，是战略性新兴产业，是新的经济增长点。综上所述，随着关键设备国产化进度的加快和科技水平的提高，我国海水淡化成本将继续下降，冷能海水淡化项目的自负盈亏能力将得到进一步的提高。 3高效利用冷能的实施建议

3.1落实可利用LNG冷能数量为确保相关建设项目的顺利推进，需要与LNG接收站落实可利用的冷能数量，签订相关用冷协议，在接收站内预留冷能接口和管廊出口，使得冷能利用项目成为接收站设计下游用户，成为气化操作正常工艺的一部分，做好LNG供应负荷的需求预测以及相应的LNG可用冷量的计算工作，LNG接收站平面布置考虑接收站和LNG冷能利用项目的运行和远期扩建。

3.2积极探索LNG冷能产业的运行模式LNG冷能综合利用产业是新兴多学科交叉领域，相关建设项目设计工业气体、海洋工业、资源循环、化学工业、食品以及物流等诸多领域，产品销售需要面向诸多细分市场，工艺技术均涉及常规工艺的创新改造，日常生产运行事关LNG接收站上下游用户的安全。鉴于LNG冷能综合利用产业需要投入大量的人力物力，建议对LNG冷能利用统一规划，平衡分配，对冷能利用公司进行统一整合，为产业链条的招商引资创造有利条件，实现LNG冷能循环经济产业项目逐一落地，确保整体产业的顺利建设和投产，充分高效利用冷能，实现预期的社会和经济效益。 3.3推动冷能产业园区化发展，提高LNG冷能利用效率通过特定工艺技术梯级利用LNG冷能，从单项高效利用技术和综合利用技术两个方面提高LNG冷能利用效率，达到节能减排和提高经济效益的目的。单项高效利用技术的研发是在现有的LNG冷能单项利用技术的基础上，对原流程进行合理的优化，提高LNG冷能的利用效率，并积极拓展LNG冷能的应用领域，开发新的LNG冷能单项利用技术。LNG冷能综合利用技术的开发是在单项利用技术和LNG冷媒技术的基础上，以LNG冷媒系统为纽带，单项高效利用技术为基础，采用系统工程技术，对各单项利用技术进行集成和优化，开发适用于LNG接收站的通用LNG冷能综合利用工艺。建议最大限度的在LNG接收站附近建设利用LNG冷能的工业、商业装置，形成低温仓库、深冷发电、冷冻食品，空分、液体二氧化碳和干冰等企业的生产聚集区，为整体产业发展打造良好的园区平台。 3.4设置蓄积和储存冷能的冷媒系统现有冷能利用技术中都是采用高压液化天然气直接和冷能利用装置进行热交换，冷能用户必须使用耐高压的换热器（7.0MPa以上）来利用液化天然气的冷能，并具备相应的应急设施，致使高压保温管线大大增加，使得冷能利用项目投资增大和危险增加。而冷媒压力远低于天然气压力，冷能利用项目中换热器和管线的投资可以大为降低，提高冷能利用项目的经济效益。冷媒循环系统主要由低温储罐（包含相变储能材料）、高温储罐、冷媒与天然气换热器、低温冷媒与高温冷媒换热器等四部分组成，是连接LNG气化系统和冷能用户的桥梁，其主要工作原理包括二部分：（1）通过冷媒将冷能回收和冷能利用分开成为两个过程，将占地面积较小的低温冷媒和LNG的换热器安置在场站中，占地面积较大的冷能用户布置在场站周边，通过冷媒输送管线向各冷能用户供应冷能。LNG气化过程和冷能回收过程全部在场站的直接控制下，根据天然气下游用户的用气负荷变化规律来调节制冷能，保障下游的用气需求，完全不受冷能利用的影响，满足制冷和需冷过程的空间不同步性。（2）冷媒携带的冷能可以用于深冷粉碎、制干冰、冷库制冷和冷能发电等冷能利用项目。通过冷媒低温储罐和冷媒常温储罐的调节，可以满足在制冷能波动的情况下，尽可能多地回收冷能，提高了冷能的回收利用率，而且可以根据用户需求向用户提供冷能，当冷能用户的负荷波动时也有一定的调节能力，满足制冷和需冷过程的时间不同步性。根据上述分析，通过设置冷媒系统可以充分实践“温度对口、梯级利用”的冷能利用原则，适当增加LNG冷能使用距离，拓展LNG冷能利用的空间界限，提高LNG冷能的利用率。 3.5冷能项目积极争取财政支持由于国外大多数LNG冷能利用项目都是在能源价格较低廉的年代陆续开发的，大部分LNG冷能利用项目多为单一的LNG冷能利用。仅仅考虑了冷能的回收利用，并未考虑利用过程的能量利用效率，导致较高品位冷能没有得到较为合理的利用，造成部分冷能损失。在世界能源价格高涨的背景下，LNG冷能利用项目要在按能量梯级集成利用的基础上，按照“最优传热温差、梯级利用、投资最小化”的基本原则，在力争项目经济效益最大化的基础上，申请中央预算内投资和中央财政节能减排专项资金，申请地方财政对LNG节能减排的财政补贴，积极争取国家节能减排所得税、增值税等优惠政策，实现冷能利用项目自负盈亏，取得最大经济效益。

3.6着力加强人才建设，增强产业发展活力和动力LNG冷能产业要建立良好的用人机制，储备熟悉产业特征的研究性人才和熟悉行业市场的战略性人才，培养LNG冷能利用的专业队伍，为冷能产业持续发展注入活力和动力，增强LNG冷能利用产业的核心竞争力。（1）组建专家团队建立LNG冷能利用技术制定评价体系，作为LNG冷能利用项目的技术准则，促进LNG冷能利用的健康持续发展。（2）随时跟踪开展合同能源管理所需政策的动向。设置专人对国家宏观政策及产业政策进行实时收集与分析，以保证经营决策与国家政策之间的高度一致性；引进和培养熟悉合同能源管理项目申请补贴、奖励规则和流程的专门负责人员。（3）建设具备专业的技术评价团队，寻找可靠的专家团队或咨询机构作为技术支撑，提高合同能源管理的能力。

3.7自我完善及稳健发展合同能源管理国家激励政策的出台从宏观层面、从长远角度利好合同能源管理产业的发展。LNG冷能节能服务产业要高度重视自我完善及稳健发展，搭建碳交易平台，推进清洁发展机制，大力发展碳金融等高端市场，争取碳交易的话语权。通过二氧化碳排放权交换等多种形式开展国际交流合作，得到国际的资金和技术支持。 3.8加强产学研合作，建设创新型产业技术创新是LNG冷能利用产业发展的强大动力和不竭源泉，要推进以冷能利用项目为主体、市场为导向、产学研相结合的自主创新体系的建设，将品牌、技术和产业相融合，提升冷能产业的自主创新能力和品牌价值，推进科研成果产业化，孕育产业新的突破。