冷能在天然气产业中循环利用的思路

加工利用与安全环保天然气工业2008年5月冷能在天然气产业中循环利用的思路毛文军(中山菱鸟气体有限公司)毛文军.冷能在天然气产业中循环利用的思路.天然气工业,2008,28(5);118-119摘要余能利用是节能科技发展的一个重要方向。随着LNG在世界能源结构中比重的增加,“低温冷能这一能源形态也将商品化。如何利用“低温冷能”已成为节能的新课题。分析了当前工业化规模使用“低温冷能的两个行业一空气液化分离和LNG生产的现状,提出了LNG冷能循环利用的基本思路:LNG气化时用N2回收冷能生产LN2(液氮),通过槽罐反运回气田,LN2气化释放冷能生产LNG,而N2可用于气井回注或排空。主題词液化天然气低温冷能循环利用空气液化分离LNG冷能回收利用已成为节能领域广泛关注的热点。科技界、企业界都从自身角度对这一问题二、冷能循环对天然气工业的影响进行了研究和探讨,制定了不少很好的实施方案。冷能循环可使天然气液化设备大大简化,实现笔者根据空分回收利用液氧(或液氮、液氩)冷能生井口液化外输。集输工艺的简化将对天然气的开采产氧、氮的实践提出冷能在天然气产业中循环利用产生以下几点积极影响的构想。(1)省去了气田集输设施,可节约大量建设资金和运行管理费用,并提高开采安全性。、冷能在天然气产业中循(2)拓宽了天然气开采对资源条件的限制,可大环利用的路线幅度提高采收率。从经济角度看,凡是能补偿钻井费用的气藏都具有开采价值;从技术层面看,凡是有LNG不仅是一种优质清洁的燃料,而且含有气的井都可以抽采收集。此技术特别适用于开发中大量低温冷能。单从量的角度计算1 kg LNG气化小型气藏煤层气资源和回收枯竭报废气井的剩余过程中的焓增(ΔH)足够液化2kg氧气或氮气。氮资源。气是回收LNG冷能的最佳介质,它的沸点与LNG(3)井口液化采气工艺适用于海上钻井平台。相近,又安全、廉价、易得,可以通过空气分离随地取因为全部采气工作都可集中在两条槽船上完成,完得。在LNG接收站,用氮气作热源,气化LNG生产井后无需在钻井平台上增加任何设备。这样海上气LN2”(液氮),将LN2通过LNG槽罐反运回气田,田特别是深海远海气田的开发将发生重大变化LN2释冷将“GNG(气态天然气)液化再生产LNG,无需建造昂贵复杂的采气平台;无需铺设海底输气这样就实现了冷能的循环利用。过程中的冷能损耗管道;紧急情况下(台风等)人员、设备的撒离,事故由大型天然气液化厂生产的LNG补充。LN2气化救援工作都变得异常简单,即关闭海底阀门,槽船驶离即可。通过冷能循环、开发完善井口液化采气工后,小部分可用于GNG净化吸附器再生,大部分可艺,可迅速提高我国海洋天然气的开发能力。用于回注增产措施。作为燃料用途的LNG和作为(4)缩短气田开发建设周期,做到完井试气后即冷媒用途的LN均对纯度要求不高,相互掺杂也不投产影响安全使用,故两者运输槽罐可以通用,往返重载(5)节约气田开发用地减心对环境的不利影响运输,既可节约投资,又降低运输费用中国煤化工在用户端,替代气CNMHG作者简介:毛文军1945年生;1966毕业于原武汉华中工学院动力⊥业⊥专业,长期从事空气分离技术工作;现从事液氧(液氮、液氬)冷能回收利用设备(外冷式小型制氧机)的研发工作。地址:(528411)广东省中山市民众镇沙仔工业园西沙路。电话:(0760)5571546,13922317124。E-mail:mljohn@sina.com第28卷第5期天然气工业加工利用与安全环保田建造液化设备或管输设施可大大节约技术设备沿海一系列LNG接收站,站址选择应尽量靠近已建费用和人力资源费用,改善天然气行业员工的工作、或将建的钢铁基地。生活条件。空分产品综合利用原来仅限于稀有气体回收开发LNG冷能回收利用技术,在天然气行业内(大部分只提氩),可降低氧气生产成本5%~10%。实现冷能循环利用,可促进我国天然气产业发展。氧、氮同时利用则是更高层次上的完全综合利用。若氧、氮同价,则氧气成本可降低2/3;氮气半价,则、冷能在空气液化分离设备中的氧气成本可降低1/2。氧气生产成本降低将促进氧应用前景气进入更广泛的应用领域,如:劣质煤、煤矸石、高炉除LNG外,空气液化分离是冷能另一使用大媒气,垃授,秸秆等低热值燃料发电,普及水体增氧户。空分设备和技术经过100多年的发展已日臻完技术用于水产养殖、污水处理等。为多行业提供全善和成熟,按传统工艺路线,继续改进的空间已十分新技术手段,注入新的发展活力。有限。目前,氧气分离能耗(每立方米氧气能耗)随五、LNG卫星站的冷能回收利用装置大小不同已降至0.4~0.5kWh,再降1%都十分困难。改变传统工艺,引入外部冷能,根据菱鸟气除国家规划建设中的大型LNG接收站外,我国体公司的生产实践制氧能耗至少可再降低15%~中小城镇LNG卫星站建设也正在各地兴起。这些20%,达到0.3~0.35kWh/m,生产低纯氧时仅卫星站冷能回收生产的液氮可与煤层气开发企业联0.15kwh/m目前世界最先进的制氧机,人塔空气合,置换成LNG自用,扩大自身供货渠道,也促进了压力也不低于5kg/cm2(俗称全低压制氧机),而中山煤层气的开发。只是其副产品氧气在传统市场消化菱鸟气体公司研发的外冷式小型制氧机(300m3/h),不完需另找出路。入塔空气压力已降至3.8kg/cm2,进一步完善后可目前各地污水处理有共性,将氧气用于污水处降至3kg/cm2,是新一代超低压制氧机的雏形理是一个科学的发展方向。城市污水处理现在是按外冷式制氧机还有一个突出的优点是分档变负减污思路进行的,反过来,若采用增氧措施,效果会荷生产时,总能耗呈线性增减,几乎像汽车一样可以更好。减污治理目前只能收获“中水”和污泥(可转化成有机肥)。增氧治污则可收获清水、水产品和污随开随停。在一些特殊使用条件下,这一优点甚至比单位能耗更重要。泥。水体增氧净化国外已有实例,中山菱鸟气体公空分设备是LNG冷能循环利用的关键设备,它司也建立了一套水体微循环系统,生活水不外排,经可以为冷能回收提供载冷介质,也将得益于利用冷过循环增氧净化后作为冷却水使用,结果令人满意能求得巨大的发展和技术改进空间。由此也证明增氧措施的有效性:水体清澈、鱼虾畅游。当然这还只是一个简单的试验,成熟推广还需四、促成钢铁和天然气产业联姻,做大量工作。建议环保部门组织此方面的课题研综合利用空分氧、氮产品究,既可消化LNG卫星站冷能回收的副产品——氧气,又可解决污水处理难题,实现既节能又治污钢铁行业目前是氧气的最大用户,LNG冷能回LNG冷能回收利用不是一个简单孤立的节能收将成为氮气的最大用户,两者结合可使空分产品项目,它可以通过冷能直接利用串起一个低温产业得到最大限度地综合利用。链。同时还可以通过空分液化分离技术改进,扩展我国年钢产量已近5×10t,按每吨钢消耗60空气制品(俗称工业气体)应用领域,带动一个庞大m2氧气计钢铁行业每年需消耗300×10°m3(折合的产业群。这点只要回顾一下50多年来氧气炼钢400×10t)氧。由此附产氮气近1200×10°m3对钢铁产业的影响就不难理解。(约1.5×10°t),除少量得到利用外,每年至少有与热能、电能、原子能一样,冷能也是一种能源1.2×10t氮气被白白排放。目前正在建设的首钢形态搬迁工程和规划中的中石油唐山LNG接收站同处必将中国煤化工的能源形态之后,的影响。笔者仅河北曹妃甸工业区,具备结合的充分必要条件。两提出CNMHG想供参考者联合建造使用空分设备,各得其所,将为我国LNG冷能回收利用创造一个典范。国家正在规划(修改回稿日期2008-03-29编辑赵勤)