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iCES超低溫.寬溫域制冷集成技術

雙余熱源驅動吸收式制冷具有顯著應用潛力

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傳統大型固定式液化工廠加管網的集輸模式經濟性差,該類氣源多直接放空或燃燒,造成能源浪費和環境污染。發展針對偏散氣源集輸的系列規格撬裝天然氣液化裝置,具有社會意義和經濟效益。
  
  基于丙烷預冷-混合工質主冷的撬裝天然氣液化技術可有效實現偏散天然氣源回收。傳統系統通常只關注主冷液化系統,忽視預冷系統優化。事實上,在典型液化場站中,預冷級采用壓縮式制冷系統,耗電量占總耗電量的20%以上,節能潛力大。
  
  吸收式制冷系統(ARS,absorption refrigeration system)是熱驅動制冷技術,可有效回收中低品位余熱,并提供零度以下制冷,適用于既有余熱產出又有制冷需求的天然氣液化場站。然而,傳統吸收式技術對于以煙氣、導熱油為代表的有限熱容變溫熱源的利用率較低,難以提供足夠的制冷量用于天然氣和混合工質預冷。
  
  中國科學院理化所研究研究團隊提出了全工藝鏈優化建站新思路(圖a),以天然氣液化過程的閃蒸氣作為發電機燃料,以發電機余熱驅動吸收式制冷替代現有的壓縮式制冷作為預冷級,進而大幅提高能量利用率和液化效率。為了最大程度利用發電機余熱,科研團隊開發了新型吸收式制冷系統(圖b),該系統采用具有自主知識產權的連續變溫分餾發生結構(圖c),通過熱質耦合傳遞強化手段,實現了對天然氣液化場站內燃機煙氣和缸套水余熱的高效回收,并提供-10℃的制冷量同時用于天然氣和主冷級混合工質預冷。
  
  實驗研究表明,新型系統余熱回收率較傳統系統提升150%。以位于鄂爾多斯的3萬標方/天的天然氣液化場站為例,利用該新型吸收式系統替代原有壓縮式系統用于天然氣預冷的經濟性分析顯示,液化場站年天然氣消耗和運行成本分別降低17.3%和9.4%(圖d),系統比功耗則由原來的0.4千瓦時/標方大幅降低至0.28千瓦時/標方,投資回收周期僅2.2年。

(a)全工藝鏈場站優化流程;(b)雙余熱源驅動吸收式制冷

(c)新型發生結構與傳統發生結構對比;
  上述結果顯示出吸收式制冷預冷的天然氣液化技術的應用潛力。近日,相關研究成果以Experimental study and economic analysis of an absorption refrigeration system with new generator structure applied for pre-cooling in liquefied natural gas plant為題,發表在International Journal of Refrigeration上。理化所研究員公茂瓊為論文通訊作者,特別研究助理鹿丁為論文第一作者。研究工作得到國家杰出青年科學基金和中科院國際伙伴計劃“一帶一路”科技合作項目“與印度合作天然氣撬裝液化技術研究”的資助。

2021年5月31日 14:53
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