冷能是指在常溫環(huán)境中，自然存在的低溫差低溫?zé)崮?，實際上指的是自然條件下，可以利用的一定溫差所得到的能量。

冷能利用主要依靠LNG與周圍環(huán)境之間存在的溫度和壓力差，將高壓低溫的LNG變?yōu)槌撼氐奶烊粴鈺r，回收儲存在LNG中的能量。

LNG冷能利用可分為直接和間接利用兩種方式。

直接利用舉例

間接利用舉例

低溫粉碎技術(shù)

目前LNG冷能主要應(yīng)用領(lǐng)域如表1所示。

LNG冷能在空氣分離、深冷粉碎、冷能發(fā)電和深度冷凍等方面已經(jīng)達到實用化程度，經(jīng)濟效益和社會效益非常明顯；

小型冷能發(fā)電在日本LNG接收站也有運行，可供應(yīng)ING接收站部分用電需求；海水淡化等項目尚需要對技術(shù)進行進一步的開發(fā)和集成。

基于種種條件的限制，LNG冷能不可能全部轉(zhuǎn)化利用，目前世界LNG冷能平均利用率約20%。世界主要國家或地區(qū)LNG冷能利用情況如表2所示。

空分技術(shù)經(jīng)過100多年的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已步入大型、全低壓流程的階段，工藝流程由空氣壓縮、空氣預(yù)冷、空氣凈化、空氣分離、產(chǎn)品輸送等操作單元組成。

空分設(shè)備能耗較高，能源消耗占空分產(chǎn)品成本的70%-80%。例如，一套72000m3／h空分設(shè)備的主空壓機電機容量達31000kW，相當(dāng)于一個小城鎮(zhèn)的民用電量。因此，如何降低單位制氧耗電一直是空分行業(yè)關(guān)注的主要問題。

利用LNG高品質(zhì)的低溫冷能是有效降低空分單位制氧耗電的途徑之一。在常規(guī)空分裝置中的主冷卻器、廢氮循環(huán)冷卻器、后冷卻器以及空壓機中間冷卻器等換熱裝置中引入LNG冷能，降低單位能耗，同時減少了空氣壓縮中間冷卻的用水環(huán)節(jié)，可以提高空分產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

總之，LNG冷能用于生產(chǎn)液體空分產(chǎn)品不僅可以充分利用LNG高壓氣化過程的能譜特點，按能量品質(zhì)合理地分配利用冷能，而且工藝技術(shù)成熟可行，節(jié)能節(jié)水效果顯著有利于空分系統(tǒng)液化率的提高，縮短裝置啟動時間，能夠生產(chǎn)更多的液態(tài)產(chǎn)品，適用于生產(chǎn)液體產(chǎn)品較多的場合。

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(Integrated Gasification Combined Cycle，簡稱IGCC)技術(shù)是以煤氣化為上游，結(jié)合高效的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)與潔凈的煤氣化技術(shù)。在LNG冷能利用產(chǎn)業(yè)鏈上，IGCC屬于利用空分產(chǎn)品的下游裝置。

IGCC煤氣化部分的主要設(shè)備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設(shè)備(包括硫的回收裝置)；燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電部分的主要設(shè)備有燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。

IGCC的工藝流程簡述如下：原料煤在氣化裝置中轉(zhuǎn)變?yōu)橹械蜔嶂得簹?，在凈化裝置中除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料，然后送入燃?xì)廨啓C的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)驅(qū)動燃?xì)馔钙阶龉?，燃?xì)廨啓C排氣進入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機做功。

主要工藝有：

IGCC及大型煤化工采用的煤氣化技術(shù)主要有魯奇固定床碎煤加壓氣化技術(shù)、荷蘭Shell公司的粉煤氣化技術(shù)、美國Texaco公司的水煤漿加壓氣化技術(shù)、德國西門子公司的GSP煤氣化技術(shù)等。

魯奇氣化爐技術(shù)較為成熟，采用塊煤進料，流程較為復(fù)雜。

主要用于大型化肥企業(yè)進行氮肥原料及動力結(jié)構(gòu)調(diào)整改造，即采用大型氣流床粉煤氣化工藝，替代油氣化和小型固定床無煙塊煤氣化工藝，生產(chǎn)合成氨和甲醇，并用于國內(nèi)首套煤制油項目的制氫裝置。氣化爐生產(chǎn)合成氨和甲醇都是在中國第一家實現(xiàn)，即中國是全世界首家把殼牌爐用于氮肥生產(chǎn)的國家。

Shell氣化技術(shù)代表新一代的氣化技術(shù)，采用純氧氣化，干粉進料，氣化溫度達1400-1600℃，碳轉(zhuǎn)化率達99%，有效氣體(CO H₂)達90%以上，液態(tài)排渣。

Shell技術(shù)的主要優(yōu)點為：

• 水冷壁氣化爐，使用壽命可達25年；

• 噴嘴設(shè)計壽命達8000h以上；

• 氣化采用廢鍋流程，副產(chǎn)高壓蒸汽；

• 采用于粉氣化，氧耗量較低。

Shell氣化系統(tǒng)需要氮氣密封，氣化壓力不能太高。關(guān)鍵設(shè)備氣化爐(帶廢鍋、導(dǎo)氣管)結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，關(guān)鍵技術(shù)較多(例如，粗煤氣除塵)，設(shè)備費及專利費都相對較高。

目前，Shell氣化技術(shù)只有一套大型裝置在運行，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，國內(nèi)工業(yè)化的經(jīng)驗不多，技術(shù)主要依賴進口，國內(nèi)技術(shù)支撐率低，有一定風(fēng)險，國產(chǎn)化有一定的難度。

德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)是美國德士古公司于八十年代初開發(fā)的煤氣化技術(shù)，它是將一定粒度的煤粒及少量添加劑與水在磨機中磨成可以用泵輸送的非牛頓流體，與氧氣或富氧在加壓及高溫狀態(tài)下發(fā)生不完全燃燒反應(yīng)制得高溫合成氣，高溫合成氣經(jīng)輻射鍋爐與對流鍋爐間接換熱回收熱量（廢鍋流程），或直接在水中冷卻（激冷流程）。

a、直接淬冷（激冷流程）

適用于制NH₃和H₂ (因為這種流程易于和變換反應(yīng)器配套，激冷產(chǎn)生蒸氣可滿足變換的需要)

b、間接冷卻（廢鍋流程）

適用于生產(chǎn)工業(yè)燃料煤氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電用燃?xì)饣蚝铣捎迷蠚狻?nbsp;

廢鍋流程簡介：

氣化爐產(chǎn)生的高溫粗煤氣和液態(tài)熔渣進入到氣化爐下部的輻射式廢鍋，由水冷壁管冷卻至700℃（水冷管內(nèi)副產(chǎn)高壓蒸汽），而熔渣粒固化分離落入到下面的淬冷水池，經(jīng)灰鎖斗排出。粗煤氣由輻射廢鍋導(dǎo)入對流廢鍋進一步冷卻至300 ℃（廢鍋回收顯熱并副產(chǎn)蒸汽）。

Texaco水煤漿氣化工藝技術(shù)特點:

1、采用水煤漿進料，沒有干法磨煤、煤鎖進料等問題，比干法加料安全可靠，容易在高壓下操作，制備的水煤漿用隔膜泵來輸送，操作安全又便于計量控制。

2、在高溫、高壓下氣化，碳轉(zhuǎn)化率高達98～99％，可以使用各種煤；有效組分（CO H₂）含量約為80%以上，甲烷量<0.1%。碳轉(zhuǎn)化率96～98%。冷煤氣效率70～76%，氣化指標(biāo)較為先進。

氣化爐為專門設(shè)計的熱壁爐，為維持1300～1350℃溫度下反應(yīng)，燃燒室內(nèi)由多層特種耐火磚砌筑。

3、負(fù)荷適應(yīng)性強，在50％負(fù)荷下，仍能正常操作；

4、在環(huán)境保護上，德士古煤氣化方法優(yōu)于其它氣化方法，不但無廢水生成，還可添加其它有機廢水制煤漿，氣化爐起焚燒作用。排出灰渣呈玻璃光澤狀，不會產(chǎn)生公害。三廢量小，污染環(huán)境輕，廢渣可做水泥原料。投資較低，工程建設(shè)時間短，運行成本相對其他工藝的氣化裝置要低。

5、在節(jié)能上，德士古廢鍋流程水煤漿加壓氣化工藝充分利用水煤漿燃燒產(chǎn)生的顯熱，使產(chǎn)生10.0Mpa高壓蒸汽，用于發(fā)電。

6、由于氣化氣溫度高、帶有大量煤渣，對廢鍋有磨蝕沖刷，設(shè)備材質(zhì)要求高，一次投資及維修費用較大。

7、由于氣化反應(yīng)產(chǎn)生大量的灰塵造成管道和設(shè)備積灰和堵塞嚴(yán)重需要在停車時對部分管道和設(shè)備進行高壓清洗，造成檢修任務(wù)加大，由于有部分作業(yè)涉及有限空間和特殊登高作業(yè)增加了安全風(fēng)險。

Texaco水煤漿氣化工藝技術(shù)在我國有多套裝置運行，具備國產(chǎn)化條件，投資省，技術(shù)成熟可靠度高。華東理工大學(xué)等科研單位也開發(fā)了四噴嘴對置水煤漿氣化爐，氣化條件得到改善，碳轉(zhuǎn)化率、氧化等消耗指標(biāo)有所下降，單爐氣化能力得到很大提升(目前四噴嘴對置氣化爐單爐煤處理能力達到1800-2000t/d)。

GSP氣化技術(shù)的開發(fā)始于1979年，在德國Freiberg先后建成了3MW和5MW的小試裝置。1984年在Schwarze Pumpe建成了一套130MW，氣化壓力為2.8MPa，產(chǎn)氣量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))50000m³/h，煤處理量720t／d的工業(yè)化裝置。

GSP氣化爐為燃燒室和激冷室兩段設(shè)計。氣化爐下段為氣化激冷室，采用高壓激冷水冷卻高溫氣化氣體。氣化爐上段為氣化燃燒室，以冷卻盤管制成水冷壁。燃燒室操作溫度比煤的灰熔點約高50-80℃。冷卻盤管外側(cè)裝有密集的銷釘，用以固定碳化硅涂層，其表面溫度低于液渣的流動溫度。冷卻水壓力高于氣化壓力，燃燒室采用了以渣抗渣的方式，液渣在氣化爐的燃燒室起到了耐火材料的作用。

粉煤(粒度≤100μm、水分≤2%)和高壓氧氣以及少量水蒸汽一起進入氣化爐，在燃燒室進行氣化反應(yīng)。氣化產(chǎn)生的粗煤氣和熔渣并流從燃燒室下部進入激冷室，在激冷室高溫氣體被循環(huán)的高壓灰水激冷后進入氣體洗滌冷卻系統(tǒng)。

GSP粉煤加壓氣化技術(shù)，是德國未來能源開發(fā)的工藝技術(shù)。氣化爐的操作壓力為2.5—4.0MPa。氣化溫度為1350—1600℃之間。

技術(shù)特點:

1、氣化爐內(nèi)部采用膜式水冷壁，可承受高達2000℃的氣化溫度。對原料煤的灰熔點限制較少，可以氣化高灰熔點的煤。

2、由于是干粉進料，粗合成氣中有效氣（CO H₂）濃度高，接近90%，CO₂含量低。

3、氣化效率高，原料煤及氧氣消耗低。碳轉(zhuǎn)化率≥99%，原料利用率高。

4、采用激冷工藝流程，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，裝置投資少。

5、采用水冷壁副產(chǎn)低壓蒸汽，通過監(jiān)控水冷壁的出水溫度，判斷爐壁的掛渣情況，有利用于氣化爐的穩(wěn)定操作及延長設(shè)備的壽命。

6、組合式工藝燒嘴（點火及工藝燒嘴合一）及特殊的燒嘴結(jié)構(gòu)，保證了氣化較長的周期和較大的操作彈性。

7、經(jīng)過冷激和洗滌，粗合成氣含塵量低，同時有較高的水汽比，變換無需外補蒸汽。

GSP粉煤氣化技術(shù)核心主要為粉煤的流化態(tài)穩(wěn)定輸送和氣化爐的連續(xù)運行。目前GSP氣化技術(shù)工業(yè)化裝置少，缺乏生產(chǎn)運行經(jīng)驗。

IGCC裝置脫酸性氣主要是指脫硫化物和二氧化碳。對于大規(guī)模氣體脫硫，宜采用濕法工藝。常用的濕法脫硫工藝有低溫甲醇洗、MDEA法和NHD法。

低溫甲醇洗是20世紀(jì)50年代初德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的一種氣體凈化工藝。第一個低溫甲醇洗裝置由魯奇公司于1954年建在南非Sasol的合成燃料工廠，目前世界上有一百多套工業(yè)化裝置，工藝技術(shù)成熟，在工業(yè)上擁有很好的應(yīng)用業(yè)績，被廣泛應(yīng)用于合成氨、合成甲醇及其他羰基合成、城市煤氣、工業(yè)制氫和天然氣脫硫等氣體凈化裝置中。在國內(nèi)以煤、渣油為原料建成的大型合成氨裝置中也大多采用這一技術(shù)。

低溫甲醇洗工藝是典型的物理吸收法，利用甲醇在低溫下對酸性氣體溶解度極大的特性，以冷甲醇為吸收溶劑，脫除酸性氣體。由于甲醇的蒸汽壓較高，所以低溫甲醇洗工藝在低溫(-35-55℃)下操作。在低溫下，CO₂與H₂S的溶解度隨溫度下降而顯著地上升。在-30℃下，H2S在甲醇中的溶解度為CO₂的6.1倍，因此能選擇性脫除H₂S，因而所需的溶劑量較少，裝置的設(shè)備也較小。

低溫甲醇洗工藝氣體凈化度高，可將變換氣中CO₂脫至小于20μL/L，H₂S小于0.11μL/L，氣體脫硫和脫碳可在同一個塔內(nèi)，分段、選擇性地進行。

技術(shù)特點：

(a)溶劑在低溫下對CO2、H2S、COS等酸性氣體吸收能力極強，溶液循環(huán)量小，功耗少。

(b)溶劑不氧化、不降解，有很好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。

(c)凈化氣質(zhì)量好，凈化度高，CO2<10ppm，H2S<0.1ppm。

(d)溶劑不起泡。

(e)具有選擇性吸收H2S、COS和CO2的特性，可分開脫除和再生。

(f)溶劑廉價易得，但甲醇有毒，對操作和維修要求嚴(yán)格。

(g)該工藝技術(shù)成熟，全世界約有87套大中型工業(yè)化裝置。該工藝需從國外引進。由于操作溫度低，設(shè)備、管道需低溫材料，且有部分設(shè)備需國外引進，所以投資較高。

(h)低溫甲醇洗溶劑在低溫（－50℃）下吸收，含硫酸氣采用熱再生，回收CO2采用降壓解吸，脫硫采用氣提再生，熱耗很低。

MDEA(N—甲基二乙醇胺)為叔胺，在水溶液中會與H 結(jié)合而生成R₃NH ，從而呈弱堿性，能夠從氣體中選擇性吸收H₂S和CO₂等酸性氣體。目前，美國Tampa電廠IGCC裝置采用MDEA工藝。

美國Tampa電廠鳥瞰圖

MDEA脫硫、脫碳技術(shù)特點如下：

(1)MDEA對H2S和CO2的反應(yīng)速率相差若干個數(shù)量級，MDEA對H₂S具有良好的選擇性，吸收能力很大，動力消耗較??；

(2)經(jīng)過活化的MDEA水溶液對CO₂也有較好的吸收效果，兼有物理與化學(xué)吸收的特點；

(3)MDEA與酸性氣體溶解熱最小，吸收和再生過程的溫差較小，再生溫度較低；

(4)MDEA穩(wěn)定性好、蒸汽壓較低，在使用過程中基本無降解產(chǎn)物生成，溶劑損失小，對碳鋼設(shè)備基本無腐蝕；

(5)MDEA溶液對有機硫的吸收能力較差，需增加有機硫水解及脫除裝置。

對酸氣脫除工段脫除的大量H₂S餾份進行硫磺回收，最佳的方法是采用超級克勞斯硫回收系統(tǒng)，其工藝及設(shè)計可立足國內(nèi)。生產(chǎn)的固體硫磺可送入硫磺切片機制成片狀硫磺產(chǎn)品外銷。

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)包括燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機、發(fā)電機、余熱鍋爐和輔機。目前生產(chǎn)大型燃?xì)廨啓C的廠商有美國GE公司、德國西門子公司和日本三菱重工。

聯(lián)合循環(huán)機組有單軸和多軸兩種形式，前者主要用于帶基本負(fù)荷，后者主要用于分期安裝的項目。單軸系統(tǒng)占地小，征地費用低，安裝工作量少，可靠性和可利用率高，投資省。

膠粉的制造技術(shù)從總體上可以分為常溫粉碎和冷凍粉碎兩大類。

冷凍粉碎一般采用制冷劑制冷，可以作為制冷劑的物質(zhì)有液氧、液氫、液氦、液體甲烷、液體二氧化碳、干冰、液氮等。考慮到各種限制因素，一般采用液體二氧化碳、干冰和液氮。

1927年，美國一家公司提出了干冰為制冷劑粉碎橡膠、糊狀物和黏性物的方法，其做法是將被粉物料與干冰混合在一起投入球磨機或削磨機進行粉碎。1964年，日本出現(xiàn)了用液體二氧化碳進行粉碎的方法，使用沖擊式粉碎機粉碎低壓聚乙烯。干冰的升華點為-75℃，因此二氧化碳不論是液態(tài)還是干冰，制冷效果都不理想。

由于設(shè)備、冷凍介質(zhì)及技術(shù)、工藝組合等的不同，造成膠粉制造中膠粉的質(zhì)量、產(chǎn)量、生產(chǎn)效率的不同。

按分離過程分類， 海水淡化工藝技術(shù)方法主要有蒸餾法、膜法（反滲透、電滲析）、結(jié)晶法、溶劑萃取法和離子交換法等。 

冷凍結(jié)晶海水淡化方法自1944年提出以來，由于方法本身的若干特點，引起了人們的重視，并且得到了發(fā)展。目前世界上已有不少國家建立了冷凍法海水淡化中、小型試驗工廠。

冷凍法工藝主要包括冰晶的形成、洗滌、分離、融化等，工藝流程主要由下列工序組成： 用天然或人工的冷凍方法使海水凝結(jié)成冰，鹽分被排除在冰晶以外，把濃度較高的海水分離出去，將冰晶洗滌、分離、融化得到淡水。 

按冰晶形成的途徑，冷凍結(jié)晶海水淡化方法可分為天然冷凍法和人工冷凍法。人工冷凍法又可分為間接冷凍法和直接冷凍法。

間接冷凍法是利用低溫冷凍劑與海水進行間接熱交換使海水冷凍結(jié)冰，由于傳熱效率不高以及需要很大的傳熱面積，從而限制了它的應(yīng)用。

直接冷凍法是冷凍劑或冷媒與海水直接接觸而使海水結(jié)冰。根據(jù)冷凍劑的不同，直接冷凍法又可分為冷媒直接接觸冷凍法和真空蒸發(fā)式直接冷凍法。 

利用LNG冷能發(fā)電是以電能的形式回收LNG冷能，屬于對LNG冷能的直接利用，主要工藝技術(shù)包括直接膨脹法、二次媒體法和聯(lián)合法。 

直接膨脹法是將LNG首先壓縮為高壓液體，然后通過換熱器被海水加熱到常溫狀態(tài)，再通過透平膨脹對外做功。利用高壓天然氣直接膨脹發(fā)電的基本循環(huán)包括從LNG 貯槽來的LNG經(jīng)泵加壓后，在蒸發(fā)器加熱氣化成高壓天然氣，經(jīng)透平膨脹成低壓氣體，同時對外輸出動力發(fā)電。 

朗肯循環(huán)系統(tǒng)

二次媒體法是利用中間載熱體的朗肯循環(huán)冷能發(fā)電，將低溫的液化天然氣作為冷凝液， 通過冷凝器把冷量轉(zhuǎn)化到某一冷媒上，利用液化天然氣與環(huán)境之間的溫差，推動冷媒進行蒸汽動力循環(huán)，從而對外做功。

要有效利用液化天然氣的冷能，工作媒體的選擇非常重要。工作媒體有甲烷，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媒體的凝結(jié)曲線盡可能保持一致是十分必要的。

因此， 使用混合媒體更有利。這種方法對液化天然氣冷能的利用效率要優(yōu)于直接膨脹法。但是由于高于冷凝溫度的這部分天然氣冷能沒有加以利用，冷能回收效率也必然受到限制。 

聯(lián)合法綜合了直接膨脹法與二次媒體法。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媒體的蒸汽動能循環(huán)對外做功，最后天然氣再通過氣體透平膨脹做功。聯(lián)合法可以較好地利用液體天然氣的冷能，發(fā)電量約為 45kWh/t。 
　

化工707app話題版塊LNG技術(shù)交流專區(qū)已經(jīng)開通，廣大LNG的朋友們?nèi)绻阌X得自己的知識沒有得到充分利用，或者你想要深入學(xué)習(xí)，這里絕對是你最佳選擇。小七在這里等待你的加入！歡迎七友們給小七發(fā)郵件交流！