[發明專利]一種液化天然氣冷能的能量梯級綜合利用方法

有效

• 申請號: 201210445451.7
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102967099A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 熊永強
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: F25D3/10
• 分類號: F25D3/10;F24F5/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉;陳燕嫻

技術領域

本發明屬于液化天然氣（LNG）冷能利用領域，具體涉及一種液化天然氣冷能的能量梯級綜合利用方法。

背景技術

制冷行業是耗能大戶，目前制冷設備所消耗的電能約占全世界生產電能的15%左右，如何降低制冷行業的能源消耗是節能減排的一個重要課題。

為了優化能源結構，減少二氧化碳排放，我國開始大規模地開發和利用天然氣。目前，我國已在廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、河北、遼寧等沿海地區規劃和建設了多個液化天然氣（LNG）站線項目。據海關總署公布數據顯示，2010年我國共進口了936萬噸LNG，預計到2015年我國的LNG進口量將達到4000萬噸。進口的LNG是一種-162℃的常壓低溫液體，需要利用泵將LNG增壓到7~10MPa（絕對壓力，下文出現的壓力均為絕對壓力）后，經加熱汽化才能進入燃氣管網供應給下游用戶使用。LNG攜帶的冷能是一種非常清潔的綠色能源，不僅可以利用自身的冷能從LNG中分離回收輕烴資源，為乙烯工業提供優質原料，而且LNG冷能可用于空氣分離、廢舊橡膠低溫粉碎、冷能發電、低溫冷庫和CO₂捕集等方面，可以節省大量制冷所需的能耗。LNG接收站和大型低溫冷庫一般都設在港口附近，將LNG冷能供給冷庫使用，不僅可以為冷庫節省制冷機的初始投資和運行費用，還可以節約1/3以上的電力消耗。

目前，國內外有很多的接收站都建設了利用LNG冷能供冷的大型冷庫，如日本神奈川縣根岸LNG基地的金槍魚超低溫冷庫，自1976年開始營業至今效果良好。國內外已經公布或者采用的利用LNG冷能供冷的冷庫工藝主要包括：

(1)中國實用新型專利ZL200420114636.0提出了一種采用環保制冷劑R410A為中間冷媒回收LNG冷能用于低溫冷庫的制冷裝置，該裝置利用R410A蒸汽與LNG換熱，R410A吸收冷能后全部液化，然后再送到冷庫庫房中蒸發供冷，工藝流程如圖1所示。該方法采用制冷劑的相變來回收和利用LNG冷能，但由于制冷劑的冷凝溫度遠高于LNG，換熱過程的有效能損失較大，冷能利用效率較低。

(2)華南理工大學（唐賢文，楊澤亮.LNG衛星站中的冷能應用于冷庫設計的探討.中山大學學報論叢，2007年第27卷第二期）提出了一種利用乙醇為冷媒回收LNG冷能用于冷庫供冷的方法，該方法是利用非相變冷媒的顯熱來回收利用LNG的冷能。由于乙醇液體吸收LNG冷能溫度降低，在冷庫庫房釋放冷能溫度升高。由于冷庫所需的溫度一般在-50℃以上，利用-162℃的LNG直接為冷庫供冷的有效能損失較大，冷能利用效率只有30%左右。

(3)中國發明專利ZL00128935.7提出了一種液化天然氣氣化時冷量的利用方法，采用循環水為冷媒與LNG換熱回收冷能，然后降溫后的循環水作為空調的制冷源向建筑物供冷。由于水的冰點為0℃，循環水與-162℃的LNG換熱容易造成水分凍結引發堵塞，而且空調供冷溫度一般在5~18℃之間，直接利用LNG冷能會造成很大的有效能損失。

(4)中國發明專利ZL03114438.1提出了一種利用液化天然氣冷量的汽車空調器，設計了一個以乙二醇水溶液作冷媒的冷能回收蓄冷系統，但乙二醇凝固點溫度還是較高，仍然有可能出現冷媒凍結堵塞的危險，并且利用-162℃的LNG冷能作為空調供冷，有效能損失較大。

上述這些利用LNG冷能為冷庫供冷或者作為空調供冷的技術，都存在傳熱溫差太大，冷能的有效能損失大，利用效率低等缺點。為了提高冷能利用效率，需要與其它冷能利用方式進行集成。

(5)中國發明專利ZL201010123728.5提出了一種提高液化天然氣冷能發電效率的集成優化方法，該專利將冷能發電和空調供冷進行了集成，LNG冷能首先通過冷媒朗肯循環發電，然后剩余的淺冷部分冷能通過冰水系統向建筑物供應空調冷能，從而提高LNG冷能的利用效率。

從上述現有的報道可知，單一的低溫冷庫利用LNG冷能技術主要是存在有效能損失大，冷能利用效率低等方面的缺點。一般情況下，冷庫只需要-50℃以上溫度的冷能，而直接利用-162℃的LNG冷能必然存在大量的有效能損失。

發明內容

為了克服上述現有的天然氣冷能利用方法對冷能利用效率低的問題，本發明的目的在于提供一種液化天然氣冷能的能量梯級綜合利用方法，該方法是按照能量梯級利用的原則設計的，本發明的方法可以利用LNG冷能向冷庫提供庫房所需的冷能、建筑物所需的空調冷能，以及冷凍產品加工和照明所需的電能。

本發明的目的通過下述技術方案實現：