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    液化天然氣的“冷知識”

    專題網友投稿2022-05-07A+A-

    液化天然氣的“冷知識”

    LNG行業信息
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    LNG行業信息 以咨詢業務為主體、以培訓業務和資訊業務為兩翼 我們的目標是通過提供有價值的信息和工具,幫助LNG市場參與者獲得競爭優勢,從而使我們的客戶在瞬息萬變的市場上把握先機。

    收錄于合集

    I ntroduction

    LNG(Liquefied Natural Gas) ,即液化天然氣,主要成分是甲烷,是一種清潔的化石能源。LNG大船的儲罐中,不僅儲存著供我們取暖、做飯用的天然氣,也儲存著巨大的冷能。
    什么是冷能呢? LNG儲罐中的液化天然氣溫度在零下162℃,當到達沿海的接收站之后,將被約20℃的海水加熱之后恢復氣態,在熱交換過程中,由溫度變化和氣化釋放的相變熱稱之為冷能。

    理論上,每噸液化天然氣汽化后可以放出83萬千焦的能量,相當于231度電。相比于化石能源,冷能釋放的過程中不產生二氧化碳和含硫污染物,是一種清潔的能量儲存形式。2020年,中國LNG接收能力已經達到7742萬噸/年,可以說LNG接收站是一座座能量寶庫,冷熱之間蘊含著可觀能量。如何將冷能進行綜合利用、提高利用率,是一項重要的課題。
    冷能最廣泛的利用方式主要有空氣分離制取液氧和液氮,制取干冰,冷庫制冷等,廣東深圳大鵬灣還建設了人造滑雪場,給炎熱的廣東帶來冰爽的北國風光。 然而,“能量寶庫”一旦開啟,LNG大顯身手的場景可不止于低溫制冷。

    深圳大鵬灣LNG冷能滑雪場館

    LNG冷能發電技術

    LNG在輸入天然氣管網走進千家萬戶前,需要先從液體變成高壓常溫的氣體。海水加熱LNG進行汽化的過程中體積膨脹,可以驅動發電機發電,這就是直接膨脹發電的原理。發電機的設計可以基于朗肯循環,大大提高了發電效率。
    朗肯循環中,LNG不直接與海水進行熱量交換,而是采用冷媒作為能量的“搬運工”。冷媒為氨氣、丙烯、氟利昂等相比于甲烷更易液化、熱容大、熱穩定性好的氣體。低壓下,它們的熱量被LNG吸收后凝結成液體,然后經過泵提高壓力、加熱變成高壓蒸氣,接著變成低壓蒸氣同時帶動發電機發電。
    日本是全球最大LNG接收國家,也是冷能利用率最高的國家,其最主要的用途就是低溫發電。日本泉北LNG接收基地的LNG冷能發電站于1979年投運,至今仍在運行,此外在巖崎、新瀉、知多等地的接收站都建有LNG冷能電站,裝機容量一般在400~9400千瓦。

    小貼士: 朗肯循環,是指以水蒸氣作為工質的一種理想循環過程,主要包括等熵壓縮、等壓加熱、等熵膨脹以及一個等壓冷凝過程,用于蒸汽裝置動力循環。朗肯循環理論的奠基人朗肯(W.J.M. Rankine,1820—1872)是英國科學家,被后人譽為那個時代的天才,他在熱力學、流體力學及土力學等領域均有杰出的貢獻。他建立的土壓力理論,至今仍在廣泛應用。朗肯計算出的熱力學循環(后稱為朗肯循環)的熱效率,被作為蒸汽動力發電廠性能的對比標準。

    LNG冷能海水淡化與制冰

    在我們生活的這個藍色星球上,水孕育著生命,然而淡水資源只占地球總水量的2.53%,其中還包括無法大規模取用的冰川和高山冰冠中的水。同時氣候變化、人口增長加劇了人們的水資源焦慮,因此如何將近乎無限的海水進行淡化和利用,是人類一直以來的夢想。
    人類從海水提取淡水的嘗試始于16世紀末,通過制造蒸餾器具,采用直接蒸發的方法加熱海水,收集冷凝的水,供船上使用。 我國第一座海水淡化裝置于1920年前后建于山東省威海市劉公島,同樣采用了蒸餾這一古老的技術。
    隨著科技的進步、新材料的發明,傳統蒸餾法由于能量消耗大、鍋爐易結垢、獲得淡水少的弊端已然式微,多級閃蒸、反滲透、電滲析、冷凍法各顯神通,并可使用風能、太陽能等清潔能源供能。 目前世界上已有160多個國家在運用海水淡化技術獲取淡水,全球有海水淡化廠2萬多座,海水淡化日產量超過12000萬噸,可以解決2億人的用水問題。
    冷凍法是將海水凍結,在液態海水變成固態冰的同時將鹽分分離出去。 與蒸餾法和膜滲透法相比,冷凍能量消耗更低,對設備的腐蝕和結垢程度輕,更重要的是可以處理高含鹽量的海水,是一種具有潛力的海水淡化法。 來到接收站的LNG在汽化過程中釋放巨大冷能,可以供給冷媒凍結海水直接產出淡水,也可以經過初步冷凍淡化后與低溫蒸餾膜、反滲透膜等方法相結合,獲得高純水。
    我國上海洋山港、浙江寧波、深圳大鵬、福建莆田的LNG接收站都分別建成了日產淡水1000噸以上的凈化裝置,提供工業與民生用水。

    LNG冷能低溫粉碎廢舊橡膠

    橡膠是我們最為親密的高分子材料朋友之一,它被加工成各種形態,在人類文明的世界里大顯神通:家中常備的雨鞋、家務手套、車用輪胎,以及工廠生產線上的傳送帶、醫院里的外科手套、輸液瓶塞、科學研究使用的氣象探空氣球、精密密封部件,甚至被帶上宇宙飛船經歷太空之旅,都利用了橡膠隔水、絕緣、彈性好,能耐得住冷熱酸堿的優良特點。

    近年來,全球橡膠年使用量接近3000萬噸,包括天然橡膠與合成橡膠,大量廢棄的橡膠難以自然降解,造成水體和土壤污染,成為比塑料帶來的“白色污染”更令人棘手的“黑色污染”。特別是我國作為世界第一大橡膠消費國,每年廢棄的廢舊輪胎等橡膠制品數量巨大,如何變廢為寶、循環利用,是一項巨大的挑戰。

    由于構成橡膠的分子之間通過緊密相連的化學鍵“手拉手”,并形成交聯的網絡結構,因此需要通過冷凍與機械研磨的綜合作用破壞橡膠結構,實現再生。低溫粉碎裝置需要將橡膠的處理溫度冷卻到零下130℃以下,此時原本柔軟、富有彈性的橡膠會變硬變脆,機械研磨機的巨大“磨盤”碾過,橡膠會變成膠粉,膠粉可以被重新加工成橡膠,加入瀝青作為路面材料,或者與其他樹脂、塑料一起加工成復合材料實現循環利用。

    只要有需要低溫的應用場景,就是LNG這座冷量寶庫大顯身手之時。由于LNG氣化站沿海分布、站點廣泛,可以就地建設廢舊橡膠粉碎處理裝置,節約廢舊橡膠處理產業的運輸成本。

    轉自: 煉化科技動態

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