LNG冷能综合利用的优化方案

近年来，华贲等提出LNG冷能梯级利用的概念^[113～116]。他们指出：将LNG用作一次能源时，现有的利用方法无论是用于空分装置、冷能发电、制取二氧化碳，还是冷冻仓库，单独使用均无法高效地利用LNG的冷量，冷损失较大，例如：空气分离装置中LNG温度高于-100℃的这部分冷量未能得到充分的利用，而低温粉碎和低温冷库主要利用-100℃以上的冷量。因此将上述各种方法相互交叉集成，使LNG的冷量得到梯级利用，就可以提高冷量的利用效率。可考虑将这些利用LNG冷能的装置建成联合企业的冷能工业园区，并将其与LNG接收站一体化建设。他们还初步制订了唐山LNG冷能利用项目的规划，形成以LNG冷能为依托，以空分、伴生气轻烃分离和冷媒循环系统为纽带，集成炼油厂、乙烯厂、钢铁厂，以及其他重化工业、油田伴生气资源优化利用和CO₂沉积等产业统筹发展的格局^[117]。

图7-64所示为一种LNG冷能集成利用流程图，用于空气分离、低温粉碎和低温冷库^[116]。通过计算，集成利用时，空气分离、低温粉碎和低温冷库利用LNG冷量的损失，比相应装置单独利用时可分别降低55.7%、55.8%和63.1%，LNG冷量利用效率至少可提高28.9%，利用1.0t LNG的冷量为系统节省的电量可高达349.0kW·h。

尤海英等^[118]提出了空气分离-干冰制取-低温冷库的三梯级利用方案，半导体温差发电-电解水制氢的利用方案，以及半导体温差发电和动力装置联合的利用方式。半导体温差发电-电解水制氢的利用方案如图7-65所示。

图7-64 一种LNG冷能的集成利用流程图

图7-65 半导体温差发电-电解水制氢的利用方案(www.xing528.com)

江克忠等^[119]根据LNG冷能利用原则、冷能可用性分析、冷能用户用冷特性分析，以及LNG冷能综合利用方法和策略，在充分认识LNG的质/量特征的基础上，建立了如图7-66所示的LNG冷能综合利用集成模型，实现了LNG冷能质/量与用冷质/量的较好匹配，可避免不必要的低温高用，实现系统的最大效率。

此外，毛文军^[120]提出了LNG冷能循环利用的思想：LNG汽化时，用空分装置中的循环氮气回收冷能生产液氮，通过槽罐反运回气田；液氮汽化释放冷能生产LNG，而氮气可用于气井回注或排空。冷能循环可使天然气液化设备大大简化，降低液化成本，同时实现井口液化外输。因此，将LNG冷能用于空分装置生产液氧、液氮、液氩等产品后，利用一部分液氮运回气田，回收其冷量生产LNG，可以作为另一种冷能综合利用的方式。

以上是LNG冷能梯级利用的各种技术途径及实例。从中可以发现，对于LNG冷能的利用，梯级逐层利用是提高效率的有效途径，但是也导致系统结构复杂，运行和维护难度增加。

以上各种梯级利用方案，是对LNG冷量合理利用的有益探讨，但在实施时，还应综合考虑多种因素，如经济性、安全性、稳定性等。LNG冷能的梯级利用，往往涉及跨度很大的多个行业和领域，通常难以找到对所有这些领域都感兴趣的投资商来同时投资所有项目；另外，由于很难保证各项目均在设计工况下运行，各利用项目之间的相互牵制，可能成为制约项目正常运行的关键因素。因此，虽然众多梯级利用方案在理论上可以得到较高的冷能回收率，但实施这些方案的可行性是很小的。比较务实的冷能利用方案，还是以“成熟一个、发展一个”的原则来考虑比较合理。这样，虽然较难获得很高的冷能回收率，但有利用比没有利用是质的提高。

图7-66 LNG冷能综合利用集成模型