冷能的利用主要是依靠LNG與周圍環境間的溫度差和壓力差，將高壓低溫的LNG變為常壓常溫的天然氣時，回收 在LNG中的能量。通常采用?的概念對LNG的冷量進行評價。LNG的冷量?可分為一定壓力下由eex(T,p)ex,thex,其中式中： —LNG的冷量?T—LNG的溫度，k;T0—LNG在溫度升高過程中發生沸騰相變的P—LNG的壓力，Pa；P0—LNG在的壓力

—LNG的低溫?

ex,

LNG的壓力?，J／kgex(T,p)ex(T0,ex,ex(T0,p)ex(T0,p0

LNG在定壓下由低溫升高到T0的過程中發生沸騰相變。設LNG為在溫度下為處于平衡狀態的兩相低溫?為式中T1—LNG處于平衡狀態的溫r—LNG的汽化熱cp—LNG的比定壓熱容，Ｊ／（ｋｇ·Ｋ）壓力?式中Ｖ—比體積，m3／ｋｇ

二、LNG冷能?特性許多因素影響到LNG冷量的大小。根據LNG冷量?數學模型，下面對環境溫度、系統壓力及N組成等因素對N圖10-1LNG環境溫度圖10-1LNG圖10-1示出壓力不變時某種典型LNG混合物冷量?隨環境溫度Ｔ的變化。隨環境溫度增大，LNG低溫?、的定義相一致。這也說明LNG冷量?增大，LNG冷量?值將隨之增大。

二、LNG冷能?特性分系統壓力ｐ的影10-2LNG?隨LNG系統壓NG①由于隨壓力增大，液體混合物泡點降低。LNG總冷量?可由低溫?與壓力?相加獲得，其值隨壓力升高而呈降低趨勢，但當＞2MPa時趨于平緩。從圖中還可看到，當1.8MPa而當ｐ＞1.8MPa

圖10-2LNG這說明LNG冷量構成中?與壓力?相對值是變化 二、LNG冷能?特性分2.系統壓力ｐ的影LNG的用途不同，低溫?和壓力?存在差異，回收途徑也不同。通常（～M）供給電廠發電用的液化天然氣，汽化壓力較低（0.5～1.0MPa）壓力?小，低溫?大，可以充分利用其LNG冷量的應用要根據LNG的具體用途，結合特定的工藝流程有效收LNG冷能

二、LNG冷能?特性分2.LNG組成的影LNGLNG?。由于LNG組成成分和組分比例變化很大，的冷量?。圖10-3示出P＝1.013MP、T＝28kL冷量?LN低溫?、壓力及總冷量?均隨XC增加而增加。這是由于在系統,力?增大。這樣，隨甲烷摩爾分數增加，LNG量?也隨之增加 圖10-

LNG?隨甲烷摩爾分數的變 LNG是最干凈 ，而且是單位質量“熱值”（有效能）最高的常。LNG有可觀的冷量，為了節能，有必要加以回收利用。 用方面有許多可資借鑒的成熟經驗。 是世界上LNG進口量最多的國家，量利用工廠，成功地實現了用LNG冷量淡化海水、冷凍冷藏、空氣液化、 圖10-4液化天然氣的冷能利用系統示意 表10-1世界主要國家或地區LNG冷能利用情

LNG量田空分、輪 、冷（糧）LNG量田空分、輪 、冷（糧）空分、發電、輪胎、冷庫、煤、IGCC氣化合空分（600t/d空分（600t/d液態產品

利用LNG冷能的過程可分為兩類：直接利用和間接利用。LNG冷能冷能發電以電能的形式回收LNG冷能，發電方式主要直接膨脹二 聯合

(1)直接膨脹LNGLN優點:循環過程簡單，所需設備少。缺點：由于LNG的低溫冷量沒有充分利用，對外做功較少，每噸LNG冷能產電能約h此法常與氣體冷能利用方式結合使用圖10-5天然氣直接膨脹法發電工藝流

（2）二次法利用中間載熱體的朗肯循環冷能發電，將低溫的液化天然氣作為冷凝液，通過冷凝器把冷量轉化到某一冷媒上，利用液化天然氣與環境之間的郎肯循環包括如下四（１）冷凝過程。渦輪機膨脹后的低壓載熱體蒸汽在冷凝器中凝結成液體。（２）升壓。低壓液體經泵提高壓力（３）蒸發。升壓后的載熱體液體加熱變成高壓蒸氣（４）膨脹。高壓蒸氣經渦輪機膨脹成低壓蒸氣，對外輸出功，可帶動發動機發電。

二次法在二次法中，工作的選擇非常重要。工作有甲烷，乙烷，丙烷等單組分，或者采用它們的混合物。液化天然氣是多組分混合物，沸程很寬，要提高效率，使液化天然氣的氣化曲線與工作的凝結曲線盡可能保持一致是十分必要的。因此，使用混合更有利。這種方法冷能回收效率也必然

圖10-6 其綜合了直接膨脹法與二次法。低溫的液化天然氣首先被壓縮提高壓力，然后通過冷凝器帶動二次的蒸汽動能循環對外做功，最后天然氣再通體透平膨脹做功。聯合法可以較好地利用液體天然氣的冷能，發電圖10-7LNG

聯合圖-中左邊是一個二次 法運行系統，右邊是一個直接膨脹法運行系統。在二次 系統中，主要利用NG的冷能來驅動的動能循環系統二次 的選取較為重要，其物性要達到一定的要求：凝點低，且具有良好的流動和傳熱性能，臨界溫度要高于環境溫度，比熱容大，使用安全等。二次 在汽輪機中膨脹發電之后，排出的氣體進入換熱器3，氣體所具有的熱量被LNG吸收后，再通過回熱器2回熱，中換，高率，次 行下一個循環。圖中右邊為直接膨脹法發電，采用天然氣作為介質。液態天然氣LNG進入換熱換熱后，再由換熱器進一步蒸發成氣態。換熱器４熱量來于二次 發電中機組排出的一分回熱。氣態的天然氣進入機組進行發電，機組排出的乏氣再由換熱器５進行換熱，成為常溫下態，而可供用。

10-7中的二次裝置組成。冷媒在泵中被壓縮升壓，然后進入換熱器加熱汽化，直至進入方法1、在LNG氣化壓力較高（2-5MPa）情況下，采用朗肯(Rankin)循環電，LNG冷量的40%-55%可轉化為壓力能供發電用。2、在LNG氣化壓力較低（0.5-1.5Mpa）肯循環組合的方式發電綜上所述，LNG冷能發電，雖然不失為一種節能的好方法，但它只考慮到對LNGLNG。這種方法對冷能的回收效率是非常低的。所以在發電裝置中利用LNG冷能雖然是最LN冷能最科學的方式。

LNG冷能發電實法國蒙泰爾接收站198年實現了利LN冷量發年發電量為60×10kWｈ，采用級朗肯循環、LN作冷，海水熱，工質利昂。 大阪泉北工廠世界上最大最早LN發電裝置之一，力為6000k，197年12月建成投產。東京電力公司世界上最早開展這一域司在Sodegara低溫發電裝置LNG10th，發電量為442k。在20世紀9年代，關西電力公建400kLN裝，LN10t/。采用聯合法，二 為碳氟化合物，大阪煤氣公司著手在工廠建造一套LNG流量為60t/h、能力為1450kW的發電裝置，采取二次體循環，帶一臺LNG蒸發器，由中 加熱LNG冷能發電雖然不失為一種節能的好方法，但它只慮到LNG冷能的回用注意LNG冷位的。回收效率是非常低的。生產1LNG要消耗85kWｈ能量。即使LNG擁有的冷能10％1t LNG只相240kWh,在發電裝置中利用LNG冷能雖然是最可能大規模實現的方式，但卻不是利LNG冷科學的方。

空氣分由于空分裝置所需達到的溫度比LNG溫度還低，因此，LNG的冷量能最佳的利用采用LNG冷能進行空氣分離不但降低了能耗，而且少了建設費用，同時也降低LNG氣化的費用右圖為大阪煤氣公司利用LNG冷能的空氣分離裝置流程圖。其特點是：由于液化天然氣的可燃性，故用氮氣作為與其傳熱的工質，利用液化天然氣的冷能來冷卻和液化由下塔抽出經

圖10-8大阪煤氣利用LNG冷能的空氣分離系 2.空氣分圖10-9是法國FOS-AUR-MER接收站中的LNG冷量回收系統。在這個系統中LNG冷量主要用于液化空氣廠，也用于旋轉機械和汽輪機的冷卻水系統

與空分裝置聯合運行的LNG發電系

海水淡我國淡水資源缺乏，海水淡化尤為重要。利用LNG冷能進行海

（1）直接冷凍；入LNG換熱器降溫液化，經泵加壓后；

圖10-10冷媒直接接觸法海水淡化的

（2）間接冷凍間接冷凍海水淡化法是中間冷媒與海水以非直接接觸的方式來傳使海水結晶的方海水首先經過預冷器，由溫度較低的濃海水和淡水來進行一次預冷；然后進入結晶器，與二次冷媒進行間接傳熱，使海水部分結晶，得到濃海水和冰晶；濃海水從結晶器中排出后在預冷器中進行冷量回收；冰晶進入洗滌器中被洗滌淡水沖洗，洗滌掉冰晶表面上附著的鹽分，使得冰晶的純度更高；排出來的洗滌水溫度、含鹽量較低，所以和原料海水混合后可以再次利用；純度較高的冰晶從洗滌器中出來進入融冰槽中，融化成淡水。淡水分成兩部分：①洗滌水，②淡化水。而中間冷媒在換熱器中和LNG傳熱后經泵打入結晶器中，在結晶器中釋放冷量使得海水部分結晶，之后再進入換熱器中完成整個循

圖10-11間接冷凍法海水淡化示意圖

輕烴分LNG冷能用于C分離和裂解制乙烯裝置中的裂解產物是LNG冷能利用的極佳途徑之一。LNG冷能用于輕烴分離的主要產品C2+（主要為乙烷、丙烷）離和LP（要成分）分別 ，又可將其作為 乙烯的工業原料，并可用作乙烯裂解裝置中C2+的分離乙烷與乙烯的分離，降低其生產成本，其市場前景都非常樂觀。1，4－LNG泵；2－甲烷液體儲罐；3，5，10－換熱器；6－壓縮機；7－C2+液體儲罐；8－閃塔；9－脫甲烷塔；11－再沸圖10-12LNG冷量利用與輕烴分離相集成優化工藝流

4.輕烴此流程包括４個部分：原料預熱、輕烴分離、天然氣調峰和冷量回收（１）原料預熱。常壓LNG通過泵１提壓至1.50～2.00MPa，LNG在換熱器3中預熱后經分流成大小兩股物流。較大的一股LNG（約占總流量的9％）通過換熱器5進一步預熱而部分汽化；較小的一股LNG（約占總流量的％）則直接輸送到脫甲烷塔的塔頂作為回流（２）輕烴分離。LNG預熱部分汽化后送入閃蒸塔內預分離，從塔頂分出來的為甲烷氣體，而塔釜液體中仍然的甲烷，通過管道將其輸送到脫甲烷塔中進一步分離。通過脫甲烷塔的分離，甲烷組分全部從塔頂分出，塔釜的液相出料主要為Ｃ２＋輕烴。將從閃蒸塔和脫甲烷塔分離出來的兩股甲烷氣體混合后，再利用壓縮機將其加壓2.50～3.5MPa，加壓后的甲烷氣體在換熱器LNG

4.輕烴（３）天然氣調峰。重新液化的高壓液體甲烷物流經分流成大小兩股，其中較大的一股（占總流量的70％～90％）通過泵4加壓至 壓力要求后外輸；而較小的一股（占總流量的10％～30％）在換熱器3中同ＬＮＧ進料換熱，液體甲烷過冷至-154～-134℃，然后將此物流節流降壓0.60Ma以下。由于過，甲烷仍保持液，故可以用低壓儲罐來 。（４）冷量回收。通過泵４加壓后，甲烷物流溫度仍然很低（約-卻至-83～-60℃，通過節流降壓至0.60MPa以內，且仍能保持液相故Ｃ２＋輕烴可以常壓；而外輸甲烷通過換熱器10換熱后溫度升高通過汽化加熱裝置進一步加熱升溫后進入天然氣高壓

冷 A—凍結庫;B—冷凍庫;C—冷藏庫;E4—E6—換熱

圖10-13

蓄冷裝LNG主要用于發電和城市燃氣，LNG的氣化負荷將隨時間和季節發生波動。LNG的冷量也隨之波動，這會對冷量利用設備的運行產生不良影響，必須予以重視。LNG蓄冷裝置是利用相變物質的潛熱 LNG冷量。其原理為：白天LNG冷量充裕時，相變物質吸收冷量而凝固，夜間LNG冷量供應不足時相變物質熔解，釋放冷量供給冷量利用設備。相變物質的選擇是LNG蓄冷裝置研究的關鍵，要充分考慮相變物質的 、沸點及安全性等問題。在LNG汽車及汽車冷藏車中的應隨LNG汽車的不斷發展，LNG用汽車清潔 的同時，可將其冷能回收用于汽車調或汽冷車這就無給車單獨備械制冷機既降低造價，又消除了機械制冷的噪聲污染，具有節能和環保的雙重意義，是一種真正的綠色汽車，尤其適用于有噪聲限制的地區。車用LNG的冷能利用有兩種方式：動力利用和制冷利用。動力利用方式就是將LNG加壓升溫氣化，推動葉輪對外做功，熱源是空氣或內燃機的余熱。制冷利用方式是利用LNG的冷能來液化一些低溫氣體，或提供汽車車廂使用的冷能。

液態二氧化碳和干液態CO2為0.203kWh，與傳統方法相比，它可以節約10%的建設費和50%的 液態CO2是CO2氣體經壓縮、提純，最終液化得到的。傳統的液化工藝將CO2壓縮至2.～3.0P，再利用制冷設備冷卻和液化。而利用LNG的冷量，則很容獲冷卻和液C所需的低溫從將液裝置的工作力至0.9MPa左右。但需 ，CO2的液化溫度為-70℃，如若直接采用-162℃的LN。

LNG冷量用于液化CO2和干

二、LNG冷能的間接間接利用主要是利用LNG冷能產生的液態氮和液態氧超低溫破大多數物質在一定溫度下會失去延展性，突然變得很脆弱。目前低溫工藝的進展可以利用物質的低溫脆性，采用低溫進行破碎 低溫破碎 具有以下特點①室溫下具有延展性和彈性的物質，在低溫變得很脆，可以很容易 利用LNG冷量對固體進行超低溫破碎，可

表10-3幾種-150