山东LNG接收站冷能空分方案技术经济可行性分析

2018-08-02张大伟

天然气技术与经济 2018年3期

张大伟胡超王敏田东

（1.中国石化青岛液化天然气有限责任公司，山东青岛 266400；2.中国石油天然气销售西南公司绵阳销售部，四川江油 621741）

0 引言

LNG蕴藏着大量的低温能量，一般LNG接收站在LNG气化过程中将大量的高品质冷能释放到海水中，造成严重的能源浪费，这与我国日趋严峻的能源需求现状和节能减排的国策是矛盾的。近年来LNG气化冷能的利用问题越来越受到高度重视，LNG冷能可用于发电、空气液化分离（液氧、液氮、液氩）、液化碳酸、干冰、空调、冷冻食品、低温粉碎废弃物处理、冻结保存、低温医疗等[1-4]。充分利用好LNG所携带的冷能，已成为LNG产业节能减排的战略任务之一。基于此考虑，笔者通过调研国内外冷能空分装置的建设现状，分析青岛及周边地区市场需求情况与市场投资风险，提出了一套冷能空分工艺技术方案。

1 国内外冷能空分装置情况

目前LNG冷能利用技术主要掌握在欧美及日本等国家手中，如法国液化空气公司、德国林德公司、德国梅塞尔公司、美国空气化工产品公司等均具有较先进的冷能利用技术。20世纪60年代法国液化空气公司与法国煤气公司联合设计、共同出资在法国马赛建造了世界上第一套370t／d的冷能空分装置，随后美国、德国、韩国、日本、澳大利亚等国都在LNG终端接收站建造了冷能液体空分和冷能发电装置，至今全球建设LNG冷能液体空分装置约为35座[5]。

随着我国LNG使用规模的不断扩大，LNG冷能利用技术得到国家的重视和推广。2010年10月，中海油与美国空气化工产品公司在福建莆田建设的国内首个LNG冷能空分项目投产，液氧、液氮生产规模达600t／d[6]。中国石油江苏如东LNG项目充分吸收国外先进技术，建设一个冷能利用空分工厂，该项目一期利用LNG冷能50×104t／a，液氧、液氮和液氩产量总计20 × 104t／a[7]。

2 技术方案

方案采用具有国内先进水平的LNG利用冷能空分技术，其工艺流程包括空气过滤除尘、空气压缩、乙二醇冷却系统、空气分子筛净化、精馏系统、LNG制冷液化系统、无氢制氩系统等。原料空气经过过滤除尘系统、主空压机、乙二醇冷却系统、分子筛净化系统后进入精馏系统，由精馏塔生成的中压氮将被送至1个氮气循环系统中，在该系统中氮被压缩并被LNG液化，其中部分液化氮返回空分装置中，在主热交换器内气化从而使空气冷凝。液氮气化后作为中压氮气返回液化器中，与LNG交换热量后的一部分液氮进入精馏塔，余下部分即作为产品。液氧、液氩直接从精馏系统中获得，工艺流程简图见图1。

图1 LNG冷能空分工艺流程简图

该流程的主要技术特点包括：① 空分装置工艺流程与接收站工艺流程完全匹配，所用LNG进出口压力、温度等级均能满足接收站工艺的技术要求；② 工艺技术流程可靠、设备少、系统高效节能、占地面积小、装置维修费用低、运行稳定；③ LNG不直接与空气接触，空分系统与LNG—氮液化系统采用压力氮循环传送冷能，空分系统的安全性能更可靠；④ 利用低温氮气压缩机和两级节流过冷LNG冷箱板式换热等先进技术，LNG冷能的利用效率更高；⑤ 液氧产品直接由主冷凝蒸发器中连续抽出，能有效控制烃类物质在系统中积聚，确保主冷系统的安全；⑥ 采用乙二醇水溶液作为冷却剂，充分利用了LNG的冷量级配。

3 市场与投资风险分析

3.1 市场供需风险

空分产品氧气、氮气、氩气（包括液态产品）被广泛应用于冶炼、石化工业、机械焊接、金属热处理、玻璃、光纤生产、低温粉碎、饮用水处理、漂白纸浆、医疗等领域[8-10]。对于液态空分产品而言，由于产品本身差异性不大，所以其竞争力主要还是取决于价格、安全性、供应可靠性，其中价格因素占主导地位。由于利用LNG冷能节约了生产中的电力消耗，在一定程度上降低了产品的生产成本，由此可大大增强液体产品的市场竞争力，但合理的往返运距一般为100～300km，否则运输成本将抵消能耗节省的成本优势[11-12]。因此详细了解所在及周边地区的工业发展情况，对确定目标市场及营销方案都有十分重要的意义。

参考《山东省国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》，青岛周边地区仍将重点发展化工、冶金、装备制造业，并积极拓展电子信息、生物与新医药、基础材料与新材料、造纸等产业，形成集成电路、光电显示、石化、冶金、造船、造纸等产业基地。

胶东半岛经济多年来保持平稳较快增长，在青岛、烟台、潍纺、日照等市已经建成投产的空分工厂如表1所示[13]。随着空分产品需求量的不断增加，目前市场供应量已经不能满足企业和社会的需求量，该现状导致青岛周边地区空分产品的价格一直在逐渐上涨，因此在青岛胶南地区建设LNG冷能空分工厂有较好的区域基础。

表1 青岛周边地区空分工厂分布表

3.2 投资风险

该方案以空气为原料，利用LNG冷能为空分装置冷源，所需冷能由建设规模为350×104t／a的山东LNG接收站提供，项目设计LNG用量约为50×104t／a，因此不存在冷能的资源风险。另外，投资建设一套产能为液氮10×104t／a、液氧10.5×104t／a、液氩0.5×104t／a的装置，总投资金额约为2.8亿元；按照2017年青岛地区空分产品市场价格（液氮850元／t、液氧1100元／t、液氩2500元／t），年销售收入总计约2.13亿元；生产期间耗电每小时约0.7×104kW·h，每年电费成本总计为0.6亿元，其他生产成本约为0.35亿元，则每年净利润可达1.18亿元，预计最快3年内可以收回所有投资。因此该方案投资回报快，风险可以承受。

3.3 价格风险

由于国际能源价格不断攀升，预计液体产品市场价格将呈逐渐上升的趋势。由于经济发展过程中存在各种错综复杂的因素，如员工薪酬成本上升、原材料价格上涨等，都有可能影响到液态空分产品使其需求减少，但山东省未来新建装置和新增项目的投入又会刺激其需求，增加的需求量有可能会多于减少的需求量，因此市场供需风险不大，相应地价格也不会产生大的风险。根据相关权威网站发布的信息，目前液氮月平均价格已涨至1000元／t以上，而液氧、液氩价格分别在原先价格的基础上实现了翻番。因此，方案的市场价格风险较小。

3.4 产品竞争力风险

产品竞争力风险取决于产品成本的高低，空分设备运行的电耗占总消耗的95%，其他消耗主要是水耗，该项目由于是利用LNG的冷能来制取液态空气分离产品，会大大降低电耗，如每生产1kg液氧耗电量为0.39kW·h，生产1kg液氮耗电量为0.24 kW·h，耗电量仅为常规液体空分装置的30%～50%。因此在生产成本上有明显的产品竞争优势。

4 结论

1）通过对青岛及周边地区市场需求与风险分析，认为以现有的技术条件山东LNG接收站利用LNG冷能建设冷能空分装置工厂是可行的，风险是可控的，其对低位冷能的高效、优质利用，符合国民经济和社会发展规划、行业规划、产业政策、行业准入标准，符合国家宏观调控政策，符合中国石化产业发展方向和“能效倍增”计划。

2）LNG冷能空分属于清洁能源综合利用项目，生产过程本身为清洁零排放过程，经济效益较好。项目投产运行后，可对降低碳排放、减少污染物排放作出一定贡献，其符合国家倡导的节能减排、绿色低碳产业发展政策和引导方向，将对山东省和胶州湾地区大气环境的改善起到正面积极的作用。

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