摘要：天然气作为一种常用燃料，具有很高的热值。又由于甲烷为其主要成分，因此天然气燃烧后污染相对较小。因此天然气在各个领域得到了广泛应用。为了更好的储存和运输天然气，一般情况下，需要对气态天然气进行野液化处理，使之转化为液体。即液化天然气（LNG）。液化天然气在使用过程中会由于气化产生大量冷能，如何更好的进行冷能的回收对于提高液化天然气能量利用效率有着重要意义。本文将依据液化天然气的理化性质及冷能回收性质，探讨冷能回收的应用及方法，而能够有效的提升液化天然气使用过程中冷能利用的效率以及质量。
关键词：液化天然气 ；LNG ；冷能利用 ；应用研究
1前言
液化天然气在低温条件下天然气以液化形式储存，其储存温度为约为-162~-140 。液化天然气在气化过程中，冷能的释放量约为840kJ/kg。在液化天然气连续气化的情况下，气化产生的冷能将会产生可观的经济和社会效益。如果能将该冷能进行有效地回收利用, 如用于空分、冷藏、发电、 汽车空调等领域, 则可以节省大量的能源。
1 液化天然气概述
1.1 LNG理化特性
液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)，主要成分是甲烷，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45%左右。
一般情况下液化天然气的密度在 430kg/m3~470kg/m3之间，在某些极端情况下甚至可高达 520kg/m3，密度值的波动主要取决于液化天然气内部的组分变化。除此之外，密度的变化还与液体的温度变化有关，其变化梯度约为1.35kg/m3•℃。密度可以直接测量，不过通常是用经过气相色谱法分析得到的组分通过计算求得。其与其他燃料对比如图一所示。
1.2 LNG的蒸发性质
LNG 作为一种沸腾液体大量的储存于绝热储罐中。任何传导至储罐中的热量都会导致一些液体蒸发为气体，这种气体称为蒸发气。其组分与液体的组分有关。一般情况下，蒸发气包括20%氮，80%的甲烷和微量的乙烷。其含氮量是液体 LNG中含氮量的20倍。当 LNG蒸发时，氮和甲烷首先从液体中气化，剩余的液体中较高相对分子质量的烃类组分增大。
1.3 LNG 溢出物的特征
当 LNG 倾倒至地面上时（例如事故溢出），最初会猛烈沸腾，然后蒸发速率将迅速衰减至一个固定值，该值取决于地面的热性质和周围空气供热情况。 如表一所示，如果溢出发生在热绝缘的表面，则这一速率将极大地降低。表中数据是根据实验结果确定的。
表一 蒸发速率表
2 液化天然气冷能回收的相关性质
2.1 LNG传热特性
LNG和纯甲烷的凝固点、热值以及干空气浓度的数值都有所不同，若将 LNG 看做贫气，那么甲烷在其体积分数中占比高达 96%，以此为基础，可以计算出 LNG 的导热率和温度、比热和温度以及粘度和温度之间的相关性，LNG 的导热率、黏度和温度呈负相关关系，温度越高，其导热率越低，同样，黏度越高，其导热率也越低，而LNG 的比热容与温度却呈现正向相关的关系
2.2 LNG 冷㶲特性
假设外界气温恒定在 25 ℃，在 1.6 Mpa 的状态下，1 t 的液化天然气从 -160 ℃升值 25 ℃需要产生冷能，而在温度不高于零下 110 ℃的状态下，LNG 所产生的冷能与温度具有线性相关性，当温度超过 -110 ℃，时，LNG 的状态会发生变化，冷能的释放则会呈现出
直线变化，由此变化可以看出，LNG 的压力与冷能呈现负相关，这主要是由于 LNG 在常压泵增压时，其中的一部分 LNG 转化成为了压力㶲，压力越高则转化使用的冷㶲越多，相对应的冷㶲也就会降低。
3 LNG冷能回收的利用
3.1空气分离
空气分离的基本原理为：将经过净化的带压或加压的原料气逐级冷却至各分离组分的冷凝温度进行分凝，分凝一般分为单级或逐级冷凝，或者使原料气加压、冷却、液化、再精馏进行分离。在温度较低的环境下，冷量是可以用来低温火用的，冷量通过高压氮流体被输送到设备中，液化天然气发挥了制冷剂的功效，在系统化的处理之后，可以实现湿液体氮蒸汽，随后通过分离技术，最终转化为液体状态的氮。
3.2冷藏
液化天然气气化时释放大量冷能，在连续气化过程中，通过压缩机冷器件来控制温度可以实现冷藏。根据冷藏物品种类的不同，可以选择安装不同的制冷设备，从而实现快速冷冻和低俗降温的效果。可以通过管路不同布置可将冷能传递到需要的相应位置，实现冷能利用效率的提高。
3.3发电
系统共分为三大过程，首先应将LNG气化，LNG 经泵增压后，经过丙烷冷凝器吸收大部分热量，然后再对燃气轮机进口空气进行冷却，最后经海水加热到最低外输温度要求；其次为丙烷朗肯循环，循环以 LNG 为冷源，以凝汽器循环水为热源，通过膨胀机进行发电；最后为燃气–蒸汽联合循环，凝汽器循环水全部 由丙烷蒸发器冷却。
3.4汽车空调
实际上，在汽车空调中，LNG取代了空调中氟里昂作用。LNG只有经过气化才能送予发动机使用，而现代的LNG汽车中，已经实现汽化器的 LNG 与载冷剂的相融，两者结合产生的冷量作为一种特殊燃料流入发动机，以实现能源的供应，冷剂在冷能的作用下，发挥降低温度的功能，经过泵加压最终进入空调的蒸发器，以此将冷量释放出来，从而达到改变温度的效果。
4结语
如果将目前所拥有的技术手段够将这些高品质的冷能有效地利用起来，对降低液化天然气使用过程中的能源损耗有着积极的意义。鉴于此，我们还应该根据地区的经济环境特点，选择适当的开发项目，将单项高效利用和综合利用结合起来，继续对液化天然气的冷能回收进行研究。
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论文作者:郑智群
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/3
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