天然气有什么用?

2026-07-28 14:47:00

(1)液化天然气治冷。

LNG大船的储罐中,不仅储存着供我们取暖、做饭用的天然气,也储存着巨大的冷能。什么是冷能呢?LNG储罐中的液化天然气温度在-162℃,当到达沿海的接收站后,将被约20℃的海水加热恢复气态,热交换过程中由于温度变化和气化过程释放的相变热,称之为冷能。理论上每吨液化天然气气化可以放出830千瓦能量,相当于231千瓦时电。冷能释放的过程中不产生二氧化碳和含硫污染物,是清洁的储能形式。截至2020年,中国LNG接收能力已经达到7742万吨/年。

冷能最广泛的利用方式主要有空气分离制取液氧和液氮,制取干冰、冷库制冷等用途,广东深圳大鹏湾还建设了人造滑雪场,给炎热的广东带去冰爽的北国风光。然而,LNG大显身手的场景可不止于低温制冷。冷能可以用于发电。海水加热LNG进行气化的过程中体积膨胀驱动发电机,这就是直接膨胀发电的原理。为了提高发电效率,发电机的设计可以基于朗肯循环,即LNG不直接与海水进行热量交换,而是采用冷媒作为能量的“搬运工”。冷媒为氨气、丙烯、氟里昂等比甲烷更易液化、热容大、热稳定性好的气体。低压下,它们的热量被LNG吸收后凝结成液体,然后经过泵提高压力、加热变成高压蒸气,接着变成低压蒸气同时带动发电机发电。日本是全球LNG接收最多的国家,也是冷能利用率最高的国家。日本泉北LNG接收基地的LNG冷能发电站于1979年投运,至今仍在运行,此外在岩崎、新潟、知多等地的接收站,都建有LNG冷能电站,装机容量一般为400~9400千瓦。

冷能可以进行海水淡化。地球的淡水资源只占总水量的2.53%,其中还包括无法取用的冰川和高山冰冠中的水。如何将海水淡化和利用,是人类一直以来的梦想。人类从海水提取淡水的尝试始于16世纪末,制造蒸馏器具,采用直接蒸发的方法加热海水,收集冷凝的水,供船上使用。我国第一座海水淡化装置于1920年前后建于山东省威海市刘公岛,同样采用了蒸馏这一古老的技术。随着科技的进步、新材料的发明,传统蒸馏法由于能量消耗大、锅炉易结垢、获得淡水少的弊端已然式微,多级闪蒸、反渗透、电渗析、冷冻法各显神通。目前世界上已有160多个国家在运用海水淡化技术获取淡水,全球有海水淡化厂2万多座,海水淡化日产量超过12000万吨,可以解决2亿人的用水问题。

冷冻法是将海水冻结,在液态淡水变成固态冰的同时将盐分分离出去。与蒸馏法和膜渗透法相比,冷冻能量消耗更低,对设备的腐蚀和结垢程度轻,更重要的是可以处理高含盐量的海水,是一种具有潜力的海水淡化法。LNG冷能可以供给冷媒冻结海水直接产出淡水,也可以经过初步冷冻淡化后与低温蒸馏膜、反渗透膜等方法相结合,获得高纯水。我国上海洋山港、浙江宁波、深圳大鹏、福建莆田的LNG接收站都分别建成了日产淡水1000吨以上的净化装置,提供工业与民生用水。

冷能可以用于低温粉碎废旧橡胶。橡胶是我们最亲密的高分子材料朋友之一,它被加工成各种形态,在人类文明的世界里大显神通:家中常备的雨鞋、交通运输中的轮胎、工厂生产线上的传送带、医院里的外科手套、输液瓶塞、科学研究中使用的气象探空气球、精密密封部件,都利用了橡胶隔水、绝缘、弹性好、能耐得住冷热酸碱的优良特点。全球橡胶年使用量接近3000万吨,大量废弃的橡胶难以自然降解,造成水体和土壤污染,成为比塑料带来的“白色污染”更令人棘手的“黑色污染”。

由于构成橡胶的分子之间通过紧密相连的化学键“手拉手”,并形成交联的网络结构,因此需要通过冷冻与机械研磨的综合作用破坏橡胶结构,实现再生。低温粉碎装置需要将橡胶的处理温度冷却到-130℃以下,此时原本柔软、富有弹性的橡胶会变硬变脆,机械研磨机巨大“磨盘”碾过,会变成胶粉,胶粉可以被重新加工成橡胶、加入沥青作为路面材料,或者与其他树脂、塑料一起加工成复合材料实现循环利用。

只要有需要低温的应用场景,就是LNG这座冷量宝库大显身手之时。由于LNG气化站沿海分布、站点广泛,可以就地建设废旧橡胶粉碎处理装置,节约废旧橡胶处理产业的运输成本。

(2)燃气空调。

燃气冰箱、燃气空调,是以燃气火焰为热源的吸收式制冷设备,这种制冷设备无须消耗电力。燃气空调由燃烧器、加热器、气液分离器、冷凝器、蒸发器和吸收器组成。一般以氨作制冷剂,水作吸收剂。其制冷过程是:使液氨在蒸发器内低分压下蒸发并向氢中扩散,生成的氨氢混合气中的氨气在吸收器中被水吸收形成氨水,再进入发生器经加热氨水释放出氨气。氨气经冷凝器冷却成液氨,液氨再进入蒸发器蒸发,形成连续扩散吸收剂制冷循环。

目前,大多数压缩制冷空调系统都是电动的,因此电源面临严苛的考验。随着节能环保意识的增强和天然气工业的快速发展,由天然气或能量驱动的内燃机或燃气轮机驱动的压缩式制冷空调系统在制冷空调行业中变得越来越重要。这种系统不仅具有节能、降低电力投资的优点,而且还具有延长压缩机使用寿命和提高能源利用率的优点。

空调都需要压缩机工作,压缩机要旋转起来就得需要一个动力源。可以通过天然气先发电,再来带动压缩机,或者通过天然气燃烧来驱动汽轮机,不用发电,直接带动压缩机工作。

吸收式制冷是一种以“热化学压缩机”为特征的制冷循环。气体吸收制冷系统通常是氨水或水-溴化锂。其特点是系统中无机械运动部件,无机械磨损,有利于延长机组的使用寿命,减少噪声污染。天然气的较高燃烧质量有助于提高制冷循环系数,降低能耗并简化冷却装置的结构。

另外,燃气空调的工作原理是以水为制冷剂,利用水在高真空状态下低沸点的特性,在蒸发器内沸腾而吸收大量的热量,从而制取所需空调用冷冻水。用溴化锂作为吸收剂,把蒸发室内沸腾后的水蒸气带走,经燃气加热解吸,再反复利用,如此不断循环,完全不用氯氟烃及其替代品,而溴化锂对人体无毒、无害,不会危害大气臭氧层,且可减少温室气体二氧化碳排放量,这对于保护臭氧层、减少由于制冷剂而带来的温室效应,环保意义极大。

燃气空调的主要优点在于它能提高能源的利用率。据测算,电力空调主机的一次能源利用率为1.3左右,而燃气空调的一次能源利用率则可达到1.7。因此,限制电力空调使用量,将电力空调替换为燃气空调,以及加快燃气空调的发展速度是今后能源合理利用的方向,采用燃气空调是解决电力危机、平衡电力和燃气能源的最佳选择。

(3)制造温室。

温室,又称暖房,指有防寒、加温和透光等设施,供冬季培育喜温植物的房间。在不适宜植物生长的季节,能提供生育期和增加产量,多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。农村地区常见的塑料大棚就是温室的一种。

蔬菜作物除了对氮、磷、钾及其他微量元素和水分有需求之外,二氧化碳也必不可少。温暖的白天植物光合作用加速,在棚室内进行集中种植的蔬菜争着抢着吸收二氧化碳,此时空气中二氧化碳显然供不应求,二氧化碳的急速消耗会使其降至二氧化碳补偿点以下,蔬菜作物几乎不能进行正常的光合作用,严重影响其生长发育,造成病害和减产。尤其在寒冷的冬季,为了保温的需要常使大棚处于密闭的状态,造成棚内空气与外界空气相对阻隔,二氧化碳更加得不到及时补充。在此情况下,采用人工方法适量补充二氧化碳是一项必要的措施。

补充二氧化碳的方法有很多,如燃烧法、化学法、微生物法、施用双微二氧化碳颗粒气肥等,且随着科技的进步这些方式也在不断改进。其中最主要的是燃烧法,即通过燃烧天然气、液化石油气、丙烷气等产生的烟气来补充二氧化碳,同时还可以起到加热土壤的作用。天然气来源广泛,价格低廉,可大规模循环利用,且性质稳定,燃烧效率高,几乎不含硫、粉尘和其他有害物质,使用天然气可大大减轻对环境的污染。

温室大棚中加温补温也有诸多方式,其中以天然气为核心的分布式供能系统(CCHP)在国内拥有广阔的市场前景。CCHP指以天然气作为燃料,通过冷热电三联产实现能源的梯级利用,实现较高的综合能源利用效率,是天然气高效利用的重要方式。该系统以热定电的原则,完成以天然气为核心的分布式供能,并将排烟送入大棚,提供大棚所需的二氧化碳。以天然气为核心的新型供能大棚与传统的供能大棚相比具有循环低碳、环境友好等优点,并在减排方面有很突出的优势。

天然气在温室综合供暖系统中,不仅可提供温室所需热量保证温度,而且还可提供植物生长所需的二氧化碳,为栽培植物的生长创造适宜的人工气候环境,极大地促进植物的生长,使栽培优良植物品质成为现实可能。

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