首先介紹一下小型LNG液化發(fā)展背景，因為天然氣是我們化石能源里面最清潔的一種燃料，在我們國家因為煤使用比較多，污染比較大，所以現(xiàn)在我們國家、世界都是有向天然氣轉(zhuǎn)型的趨勢，特別是中國，因為我們的天然氣使用的比例比較低，在去年6%，世界平均水平23%、24%，離國際上水平差的比較多，還有對我們國家比較特殊的情況，我們國家有常規(guī)的天然氣，比如煤層氣、頁巖氣，這些氣體比較分散，用管道輸送方法不是太經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)在通過小型的撬裝式液化技術(shù)液化，再通過槽車或者其他運(yùn)輸方式到各個用戶，這是目前比較方便的方式或者比較經(jīng)濟(jì)的方式，液化天然氣跟氣態(tài)有很大差別，體積差了比較多，液化天然氣是氣體的六百分之一，儲存比較小，所以比較容易儲存和運(yùn)輸，是比較清潔的燃料。
LNG的液化流程大家了解比較多，首先對氣體進(jìn)行處理，包括二氧化碳、硫化氫、水銀汞等等渣子處理，再液化，最后儲存、運(yùn)輸、銷售，比較傳統(tǒng)的LNG液化技術(shù)主要有兩大類，一類基于截流技術(shù)，等焓截流技術(shù)，第一種比如階梯式KSK循環(huán)，這種流程設(shè)計起來比較簡單，但是用多套系統(tǒng)，多套成功值做，另外簡單的混合工質(zhì)制冷劑工作循環(huán)不容易，這種循環(huán)的效率也不錯，很高的，另外在這個基礎(chǔ)上又發(fā)展了比如說用丙烷乙，因為在混合工質(zhì)控制上對組分配比降低，同時有了丙烷乙效率更有保證。第二級用混合工質(zhì)，和丙烷乙差不多，會稍微高一些，但是付出的代價都是因為兩級都是混合工質(zhì)，組分配比更有講究。
除了截流制冷方式之外，還有膨脹機(jī)，這個也可以進(jìn)行液化工作，這種循環(huán)主要在一些小型用了比較多，前面的混合工質(zhì)在大型撬裝式都可以應(yīng)用，這幾種流程目前有容量和效率的比較，比如氮?dú)馊萘勘容^簡單，其次是簡單的混合工質(zhì)截流循環(huán)，最后向丙烷乙或者雙工質(zhì)循環(huán)在一個水平上。這一類系統(tǒng)對邊緣地區(qū)比如說煤層氣，包括頁巖氣，因為這套系統(tǒng)里面除了冷箱比如壓縮機(jī)啟動它，一般還需要內(nèi)燃機(jī)提供動力，所以這個系統(tǒng)在這種應(yīng)用場合有兩大的機(jī)械運(yùn)動部件，一個是內(nèi)燃機(jī)，另外一個是壓縮機(jī)，這兩塊系統(tǒng)里面主要的組成部分。
我們理化組在混合工質(zhì)這一塊小型撬裝式做了不少工作，我們國內(nèi)比較小型的天然氣液化，從90年代在國內(nèi)最新做，當(dāng)時90年代我們在吉林、四川做過兩個比較小一個500方，一個1000多方，最近10幾年我們圍繞混合工質(zhì)撬裝式這一塊，國家煤層氣最大專項十一五和十二五支持下做了研究工作，流程的特點主要用丙烷乙，但是在第二級工作這一塊稱之為內(nèi)覆疊或者自動覆疊不一樣，我們基本用簡單的一次循環(huán)不用那么多截流措施來做。因為我們主要針對我們國家邊緣比如煤層氣、頁巖氣來做，所以容量大概在10000方，我們完成了10000方-20000方之間工作，研究完了跟國外對比，包括美國的GTR研究所，包括國內(nèi)也有幾個，包括英國和挪威，我們這個系統(tǒng)當(dāng)時測出來的效率還是在報道里面處于最高水平，我們大概用消耗15%左右的氣體可以液化85%，這樣1-2萬方規(guī)模已經(jīng)達(dá)到10萬級水平，我們冷卻方式用風(fēng)能做到。
我們的想法就是在這些邊緣的地方，是通過設(shè)備制造，而不是通過大的工程性的氣來收集這些煤層氣或者液化氣，因為在這些地方到開采之后幾年，氣體量逐漸減少，所有的氣體量開采完了我們的設(shè)備再運(yùn)到其他地方，達(dá)到撬裝式特點，現(xiàn)在我們從2000立方米到5萬立方米，我們具備的這樣的設(shè)計和分層的能力和技術(shù)。這是我們有兩套，一個我們最近在陜西晉城煤層氣做的液化裝置，已經(jīng)開車了，每天4.5萬立方米系統(tǒng)，比較大的車把這個拉走，我們在內(nèi)蒙一個地區(qū)做了系統(tǒng)，是3萬立方米，現(xiàn)在已經(jīng)開車運(yùn)行了，運(yùn)行很好。
今天主要重點給大家介紹一下一種新的制冷方法，我們稱之為熱聲制冷技術(shù)，從學(xué)術(shù)上來說是熱能和壓力波能量的轉(zhuǎn)換，這種現(xiàn)象分兩種，一個就是稱之為正效應(yīng)，我們在一個管子封閉的管子里面沖上了氣體，在加熱的情況下，在一定條件下自發(fā)會成為非常大的壓力波動，這是正效應(yīng)，利用這個效應(yīng)我們可以做進(jìn)一步做發(fā)電，也可以當(dāng)作壓縮機(jī)使用，還有反逆的效應(yīng)，稱之為制冷效應(yīng)，比如產(chǎn)生了聲波，比如用熱產(chǎn)生的壓力波聲波，或者用無閥的壓縮機(jī)產(chǎn)生的聲波，也可以產(chǎn)生制冷的效應(yīng)。所以利用這兩種現(xiàn)象，我們目前組合出一種由熱聲發(fā)動機(jī)制冷機(jī)，在這個里面完全沒有擊鍵部件，不像內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，要起動壓縮機(jī)，在這個系統(tǒng)里面這兩個東西完全沒有，有的是換熱器，可管式換熱器，在這個系統(tǒng)里面比如說我們燒一部分氣體，就產(chǎn)生了比較大的壓力工，就是氣體的壓縮和膨脹，主要是控制氣體的往復(fù)振蕩，比如振動到另一個低溫低的地方，氣體膨脹的時候產(chǎn)生制冷效應(yīng)，因為氣體往復(fù)動又到原來的位置，如果控制處在壓力升高的時候，自身溫度升高了，把熱量放出來，完成了一個地方吸收熱量，把熱量放在另外一個地方，完成了制冷效應(yīng)。
我們在這個方面從國家的自然科學(xué)基金，包括國家的九七三，包括中科院項目做了基礎(chǔ)工作，在2005年左右我們的系統(tǒng)可以做到液檔溫度，就是零下200多度，是單機(jī)循環(huán)，我們用了二級，可以做到液氫溫度可以做到零下250度，這種制冷技術(shù)比較新，包括美國比較重視，在2000年前后他們公司有考慮用這個技術(shù)，用到比如煤層氣、天然氣的液化，比如說我們從煤層氣采一部分燒汽車發(fā)動機(jī)，另外一部分到制冷的液化氣里面可以液化，當(dāng)時在2000年之前的駐波發(fā)動機(jī)，當(dāng)時做了工作，當(dāng)時每天液化不是特別大，就是300、400立方米，但是這個系統(tǒng)效率不夠高，當(dāng)時相當(dāng)于燒30%才能液化70%，后來做了新的系統(tǒng)，采用新的系統(tǒng)行波者發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)換效率更高，一個是它的功率進(jìn)一步做大了，到每立方米2000，當(dāng)時小的裝置可以達(dá)到燒15%可以液化85%的水平，他們進(jìn)一步在2003年，一個公司包括美國一個公司實驗室，包括美國的國家技術(shù)研究所，這三個組成了一個研究的團(tuán)隊，準(zhǔn)備做更大相當(dāng)于每天液化2萬立方米的工作，這個工作最終沒有推進(jìn)下去，因為當(dāng)時里面出現(xiàn)了焊接的技術(shù)問題，包括這個系統(tǒng)后來隨著我們的發(fā)展，這個系統(tǒng)也不夠先進(jìn)，所以系統(tǒng)沒有最終完成。
這幾年我們在這個基礎(chǔ)上又提出了新的熱聲的制冷技術(shù)，跟前面相比，一個它可以多個模塊組成液化系統(tǒng)，另外前面的熱聲系統(tǒng)里面有一個比較大的諧振管，但是在我們提出新的系統(tǒng)里面諧振管非常細(xì)，非常好連接和非常好組成，所以這一塊我們在實驗室做了初步的研究，我們的效率實測的效率比傳統(tǒng)高一些，我們對熱聲發(fā)動機(jī)溫度比較低，150-200度可以啟動這個工作，不用燃燒，甚至余熱把天然氣液化了，所以這個系統(tǒng)有這樣的前景，同時我們對這個東西做了更大功率的設(shè)計，這個系統(tǒng)大概就是我們有4個單元的模塊發(fā)動機(jī)和制冷機(jī)，我們對單個單元做，這個系統(tǒng)充氣壓力用氦氣8兆帕，通過我們的設(shè)計，從熱轉(zhuǎn)化成冷的效率可以達(dá)到30%，30%是什么概念?目前我們的小型撬裝式液化系統(tǒng)，如果從熱燃料散出它的能量，液化這一塊，效率10%-15%，因為內(nèi)燃機(jī)的效率就是30%多，優(yōu)效率50%，制冷模塊20%-30%之間。我們新的系統(tǒng)從效率來說可能比現(xiàn)在的混合工質(zhì)的效率做得更高，我們估計提高10%-20%，在實際系統(tǒng)當(dāng)中沒有問題，同時新的系統(tǒng)里面也沒有壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的大的風(fēng)險，所以從今后的可能制造成本也會比現(xiàn)有的系統(tǒng)有所降低。
這個就是我們現(xiàn)在也在設(shè)計1萬方-5萬方處于設(shè)計階段的工作，這個是我們跟混合工質(zhì)的對比，就是1萬方-5萬方的系統(tǒng)，我們的效率比傳統(tǒng)的高10%-20%，因為沒有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換環(huán)境，直接產(chǎn)生升高啟動內(nèi)燃機(jī)，另外成本減少20%，因為沒有內(nèi)燃機(jī)以及大的動力部件，所以它的經(jīng)濟(jì)性也會更好。簡單總結(jié)一下，熱聲驅(qū)動的新技術(shù)，第一個它的完全沒有直接用零部件，可靠性非常高，不需要內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)動力設(shè)備。
第二個就是因為是直接熱能驅(qū)動產(chǎn)生的機(jī)械工來驅(qū)動熱聲制冷部分，沒有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以它的效率還可以進(jìn)一步提高。另外這個系統(tǒng)沒有機(jī)械運(yùn)動部件之后，所以它的運(yùn)行比較安靜，非常安靜，所以我們自己認(rèn)為包括從國際上這樣的趨勢，我們認(rèn)為對于撬裝式7萬立方米比較小的系統(tǒng)，這個技術(shù)非常有發(fā)展前景的。
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