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lng冷能高效利用技术进展 近年来，中国的lng工业以快速增长的趋势，中国的lng运输站也有所规划和建设。包括广东省鹏城、福建莆田、上海、浙江、江苏、大连和唐山在内的lng接收站。2007年我国LNG进口量仅为291×104t,到2011年已达到1 221×104t。预计到2020年我国LNG的年进口量将超过6 000×104t/a,天然气在一次能源消费中所占的比例将上升到8%以上。 随着LNG产业的发展,LNG冷能的高效利用技术已越来越引起重视。LNG为常压下-162 ℃的低温液体混合物,在供给下游用户使用前须气化成气体,气化过程释放大量冷能。生产单位质量液化天然气的动力及公用设施耗电量约850 kW·h/t,LNG气化时会释放出约830 kJ/kg的冷能,约合230 kW·h/t。利用LNG冷能可在低温下粉碎一些在常温下难以粉碎的物质,如橡胶、塑料等。本文介绍一种LNG冷能用于橡胶低温粉碎技术的工艺流程。 1 lng冷能发电 截至2009年11月,世界已有17个国家或地区建设了56个LNG接收终端,还有一些接收终端正在建设或规划中。日本是世界上最早开发LNG冷能利用技术的国家,已有近30 a历史,除了与发电厂配合使用外,还有26套独立的冷能利用设备,其中7套空气分离装置、3套生产干冰生产装置、1座深度冷冻仓库、15套低温朗肯循环独立发电装置。 LNG按其冷能利用方式可以分为直接利用和间接利用。直接利用方法有冷能发电、空气液化分离、冷冻仓库、制造液态二氧化碳和干冰等;间接利用方法有用空分得到的液氮、液氧来进行低温粉碎、污水处理、低温医疗等。近年来我国陆续开发和建设了LNG冷能利用项目,福建莆田LNG接收站建设了国内首个自主研发的LNG冷能用于空气分离装置,可生产液氮300 t/d、液氧300 t/d和液氩10 t/d。广东大鹏拟建设冰雪世界旅游项目回收LNG接收站气化冷能。佛山建设了小型LNG气化站冷能用于冷库示范项目,LNG气化规模为(2～4)×104m3/d,可为冷库供提供-35～-45 ℃液氨800～1 600 kg/h。表1列出了国内主要LNG接收站规划或建设中的冷能利用项目。 2 非晶态聚合物在玻璃化温度附近发生了玻璃态—橡胶低温粉碎原理 橡胶在粉碎加工时会呈现各种塑性、粘性和弹性行为,橡胶低温粉碎的基本原理就是利用冷冻使橡胶分子链段不能运动而脆化,从而易于粉碎。如轮胎在-80 ℃时会呈现出脆性,在锤磨机中轮胎的各部分很容易分离。 通常所说的橡胶是指玻璃化温度(Tg)低于室温的非晶态聚合物。橡胶和塑料就是按照玻璃化温度是在室温以上还是在室温以下进行区分的。玻璃化温度在室温以下的聚合物称为橡胶,玻璃化温度在室温以上的聚合物称为塑料。玻璃化温度是聚合物的特征温度之一,非晶态聚合物在玻璃化温度附近发生玻璃态—橡胶态转变。图1为非晶态聚合物受外力作用产生的形变量—温度变化曲线。对于同一种聚合物,当其温度大于Tg时,聚合物处于橡胶态;当温度小于Tg时,聚合物处于玻璃态。处于橡胶态的聚合物当有外力作用时发生大的形变,外力撤去后形变可以恢复,也就是我们通常所说的橡胶弹性。在一定温度范围内(橡胶弹性平台区),当温度降低时,处于橡胶态的聚合物在外力作用下的形变量随温度变化很小。随着温度的下降,在玻璃化温度附近,当温度发生很小变化时,聚合物受外力产生的形变量随温度变化出现明显变化,表现为随温度的降低形变量显著减小。当温度继续降低,聚合物进入玻璃态,此时聚合物已完成了橡胶态—玻璃态之间的转变,在外力作用下聚合物的形变量受温度变化影响很小,形变量也很小。废旧橡胶低温粉碎就是通过冷冻使橡胶温度降至玻璃化温度以下,使其进入玻璃态,低温下橡胶分子链段不能运动,表现出脆性,从而易于粉碎。 3 采用液化天然气冷能低温分散技术 3.1 粉碎工艺流程 以LNG的冷能作为冷源,以橡胶冷冻和粉碎机低温粉碎用冷作为用冷对象,通过中间介质进行热交换,从LNG获取冷能使废旧橡胶温度降低,并供给粉碎机所需的冷能。LNG冷能用于橡胶低温粉碎工艺流程见图2。 LNG气化成天然气后须供给下游用户作为燃料使用,不宜与橡胶直接接触,可采用中间介质方式进行能量交换。考虑到橡胶冷冻降温过程和粉碎过程的用冷特性不同,本流程设计中选用两股不同冷介质分别与LNG换冷。经初级换热器取冷的冷介质主要用于提供低温粉碎过程所需的冷能,使粉碎机始终维持在-80 ℃左右的低温工况下工作。经次级换热器取冷的冷介质主要用于提供橡胶冷冻降温过程所需的冷能,使橡胶温度由0 ℃降至-80 ℃左右。本流程还考虑回收粉碎产品携带的冷能,通过另一股冷介质回收胶粉的冷能用于胶粒预冷,从而达到充分利用冷能的目的。 3.2 可降温冷能 橡胶低温粉碎工艺中冷能主要消耗在两部分:一是为使橡胶温度降至玻璃化温度以下冷冻过