首先介紹一下小型LNG液化發(fā)展背景，因?yàn)樘烊粴馐俏覀?a target=_blank href="http://www.caochuxue.com/news/">化石能源里面最清潔的一種燃料，在我們國(guó)家因?yàn)槊菏褂帽容^多，污染比較大，所以現(xiàn)在我們國(guó)家、世界都是有向天然氣轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)，特別是中國(guó)，因?yàn)槲覀兊奶烊粴馐褂玫谋壤容^低，在去年6%，世界平均水平23%、24%，離國(guó)際上水平差的比較多，還有對(duì)我們國(guó)家比較特殊的情況，我們國(guó)家有常規(guī)的天然氣，比如煤層氣、頁(yè)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(guò)小型的撬裝式液化技術(shù)液化，再通過(guò)槽車或者其他運(yùn)輸方式到各個(gè)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(chǔ)存比較小，所以比較容易儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)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(jì)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是用多套系統(tǒng)，多套成功值做，另外簡(jiǎn)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(cuò)，很高的，另外在這個(gè)基礎(chǔ)上又發(fā)展了比如說(shuō)用丙烷乙，因?yàn)樵诨旌瞎べ|(zhì)控制上對(duì)組分配比降低，同時(shí)有了丙烷乙效率更有保證。第二級(jí)用混合工質(zhì)，和丙烷乙差不多，會(huì)稍微高一些，但是付出的代價(jià)都是因?yàn)閮杉?jí)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(gè)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(jiǎn)單，其次是簡(jiǎn)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(gè)水平上。這一類系統(tǒng)對(duì)邊緣地區(qū)比如說(shuō)煤層氣，包括頁(yè)巖氣，因?yàn)檫@套系統(tǒng)里面除了冷箱比如壓縮機(jī)啟動(dòng)它，一般還需要內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力，所以這個(gè)系統(tǒng)在這種應(yīng)用場(chǎng)合有兩大的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，一個(gè)是內(nèi)燃機(jī)，另外一個(gè)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(guó)內(nèi)比較小型的天然氣液化，從90年代在國(guó)內(nèi)最新做，當(dāng)時(shí)90年代我們?cè)诩�、四川做過(guò)兩個(gè)比較小一個(gè)500方，一個(gè)1000多方，最近10幾年我們圍繞混合工質(zhì)撬裝式這一塊，國(guó)家煤層氣最大專項(xiàng)十一五和十二五支持下做了研究工作，流程的特點(diǎn)主要用丙烷乙，但是在第二級(jí)工作這一塊稱之為內(nèi)覆疊或者自動(dòng)覆疊不一樣，我們基本用簡(jiǎn)單的一次循環(huán)不用那么多截流措施來(lái)做。因?yàn)槲覀冎饕槍?duì)我們國(guó)家邊緣比如煤層氣、頁(yè)巖氣來(lái)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(guó)外對(duì)比，包括美國(guó)的GTR研究所，包括國(guó)內(nèi)也有幾個(gè)，包括英國(guó)和挪威，我們這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)測(cè)出來(lái)的效率還是在報(bào)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(wàn)方規(guī)模已經(jīng)達(dá)到10萬(wàn)級(jí)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(guò)設(shè)備制造，而不是通過(guò)大的工程性的氣來(lái)收集這些煤層氣或者液化氣，因?yàn)樵谶@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(diǎn)，現(xiàn)在我們從2000立方米到5萬(wàn)立方米，我們具備的這樣的設(shè)計(jì)和分層的能力和技術(shù)。這是我們有兩套，一個(gè)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(wàn)立方米系統(tǒng)，比較大的車把這個(gè)拉走，我們?cè)趦?nèi)蒙一個(gè)地區(qū)做了系統(tǒng)，是3萬(wàn)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(diǎn)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(lái)說(shuō)是熱能和壓力波能量的轉(zhuǎn)換，這種現(xiàn)象分兩種，一個(gè)就是稱之為正效應(yīng)，我們?cè)谝粋�(gè)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(huì)成為非常大的壓力波動(dòng)，這是正效應(yīng)，利用這個(gè)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(wú)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(dòng)機(jī)制冷機(jī)，在這個(gè)里面完全沒(méi)有擊鍵部件，不像內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，要起動(dòng)壓縮機(jī)，在這個(gè)系統(tǒng)里面這兩個(gè)東西完全沒(méi)有，有的是換熱器，可管式換熱器，在這個(gè)系統(tǒng)里面比如說(shuō)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(dòng)到另一個(gè)低溫低的地方，氣體膨脹的時(shí)候產(chǎn)生制冷效應(yīng)，因?yàn)闅怏w往復(fù)動(dòng)又到原來(lái)的位置，如果控制處在壓力升高的時(shí)候，自身溫度升高了，把熱量放出來(lái)，完成了一個(gè)地方吸收熱量，把熱量放在另外一個(gè)地方，完成了制冷效應(yīng)。
我們?cè)谶@個(gè)方面從國(guó)家的自然科學(xué)基金，包括國(guó)家的九七三，包括中科院項(xiàng)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(jí)，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(guó)比較重視，在2000年前后他們公司有考慮用這個(gè)技術(shù)，用到比如煤層氣、天然氣的液化，比如說(shuō)我們從煤層氣采一部分燒汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，另外一部分到制冷的液化氣里面可以液化，當(dāng)時(shí)在2000年之前的駐波發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)時(shí)做了工作，當(dāng)時(shí)每天液化不是特別大，就是300、400立方米，但是這個(gè)系統(tǒng)效率不夠高，當(dāng)時(shí)相當(dāng)于燒30%才能液化70%，后來(lái)做了新的系統(tǒng)，采用新的系統(tǒng)行波者發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)換效率更高，一個(gè)是它的功率進(jìn)一步做大了，到每立方米2000，當(dāng)時(shí)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(gè)公司包括美國(guó)一個(gè)公司實(shí)驗(yàn)室，包括美國(guó)的國(guó)家技術(shù)研究所，這三個(gè)組成了一個(gè)研究的團(tuán)隊(duì)，準(zhǔn)備做更大相當(dāng)于每天液化2萬(wàn)立方米的工作，這個(gè)工作最終沒(méi)有推進(jìn)下去，因?yàn)楫?dāng)時(shí)里面出現(xiàn)了焊接的技術(shù)問(wèn)題，包括這個(gè)系統(tǒng)后來(lái)隨著我們的發(fā)展，這個(gè)系統(tǒng)也不夠先進(jìn)，所以系統(tǒng)沒(méi)有最終完成。
這幾年我們?cè)谶@個(gè)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(gè)它可以多個(gè)模塊組成液化系統(tǒng)，另外前面的熱聲系統(tǒng)里面有一個(gè)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?cè)趯?shí)驗(yàn)室做了初步的研究，我們的效率實(shí)測(cè)的效率比傳統(tǒng)高一些，我們對(duì)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)溫度比較低，150-200度可以啟動(dòng)這個(gè)工作，不用燃燒，甚至余熱把天然氣液化了，所以這個(gè)系統(tǒng)有這樣的前景，同時(shí)我們對(duì)這個(gè)東西做了更大功率的設(shè)計(jì)，這個(gè)系統(tǒng)大概就是我們有4個(gè)單元的模塊發(fā)動(dòng)機(jī)和制冷機(jī)，我們對(duì)單個(gè)單元做，這個(gè)系統(tǒng)充氣壓力用氦氣8兆帕，通過(guò)我們的設(shè)計(jì)，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?yàn)閮?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(lái)說(shuō)可能比現(xiàn)在的混合工質(zhì)的效率做得更高，我們估計(jì)提高10%-20%，在實(shí)際系統(tǒng)當(dāng)中沒(méi)有問(wèn)題，同時(shí)新的系統(tǒng)里面也沒(méi)有壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的大的風(fēng)險(xiǎn)，所以從今后的可能制造成本也會(huì)比現(xiàn)有的系統(tǒng)有所降低。
這個(gè)就是我們現(xiàn)在也在設(shè)計(jì)1萬(wàn)方-5萬(wàn)方處于設(shè)計(jì)階段的工作，這個(gè)是我們跟混合工質(zhì)的對(duì)比，就是1萬(wàn)方-5萬(wàn)方的系統(tǒng)，我們的效率比傳統(tǒng)的高10%-20%，因?yàn)闆](méi)有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換環(huán)境，直接產(chǎn)生升高啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，另外成本減少20%，因?yàn)闆](méi)有內(nèi)燃機(jī)以及大的動(dòng)力部件，所以它的經(jīng)濟(jì)性也會(huì)更好。簡(jiǎn)單總結(jié)一下，熱聲驅(qū)動(dòng)的新技術(shù)，第一個(gè)它的完全沒(méi)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(dòng)力設(shè)備。
第二個(gè)就是因?yàn)槭侵苯訜崮茯?qū)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械工來(lái)驅(qū)動(dòng)熱聲制冷部分，沒(méi)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(gè)系統(tǒng)沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(guó)際上這樣的趨勢(shì)，我們認(rèn)為對(duì)于撬裝式7萬(wàn)立方米比較小的系統(tǒng)，這個(gè)技術(shù)非常有發(fā)展前景的。
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