此外，在 LNG 船上，LNG 经过冷媒换热变为低温蒸汽时，与海水存在一定的温 度差和压力差，在近似平衡的过程中可以回收 LNG 的冷能。

美、日等发达国家在 20 世纪的中后期就已经开始了 LNG 冷能利用技术的开发和 应用[17-19]。日本是世界上 LNG 冷能利用最多的国家，日本的大阪燃气公司于 1977 年就建成了世界上第一套利用 LNG 冷能的空分装置。目前，LNG 冷能的主要利用方 式有如下几种：

图 1-2 LNG 冷能主要利用方式

在冷能利用方面，目前 LNG 冷能利用的主要方向为冷能梯级利用、空气分离、 发电和冷库。

日本大阪燃气公司[20]提出了一种 CO2 液化—C4H10 冷却—燃气透平入口气体冷却 的 LNG 冷能梯级利用方案。其中，LNG 冷能被用于液化 CO2，所消耗的电能是传统 工艺的一半。与传统单一冷能利用方案相比，制备等量冷能，该方案所需 LNG 量下 降 33%。

葛轶群等人[21]以 LNG 冷能梯级利用理论分析为基础，提出一种空气分离—干冰

制造—冷库的冷能利用方案。空气分离一般须在-150℃~-191℃的低温条件下进行， 这与 LNG 气化初始温度-162℃十分相配。LNG  在空分装置中通过换热后的温度为

-100℃，干冰温度为-78。5℃，此温度与 LNG 通过空分装置后的温度较为匹配。制取 干冰后，LNG 的温度仍低于-60℃，这满足一般冷库-40℃~-10℃的温度范围需求，则 第三级中以 LNG 为冷库的冷源是可行的。

图 1-3 LNG 冷能用于冷库工艺设计图 图 1-4 LNG 冷能用于冷水空调设计图

LNG 冷能发电系统，具有产业链短，受外界因素干扰小等优点，则受到广泛和 推行。直接膨胀法：利用高压泵加压 LNG，气化得到的高压天然气至透平膨胀机做 功、发电，低压气再由海水调温后外输。该方法系统简单、初投资少，总体冷能利用 率约 24%[22]。有机朗肯循环法：以 LNG 为冷源、海水或余热为热源，一般以低沸点 烃类的或者其混合物为循环工质。该方法 LNG 冷能利用率较高，使用混合工质可高 达 36%，缺点是流程较复杂，且高于冷凝温度的天然气冷能未得到利用。该循环与直 接膨胀法相结合称联合发电法，其冷能利用率可达 50%[23]。In-Hwan Choi[24]等人提出 一种由组成层状结构的多级有机朗肯循环。流程模拟表明，净输出功、热效率和㶲效 率均随着级数的增大而增大，且以上三参数受工质热力学特性影响明显。经比较分析 得出，以 C3H8 为工质的的三级循环效率表现最好。Yanni Liu[25]等人提出了一种新型 低温发电循环，该循环采用二元混合冷媒且结合了一个蒸气吸收过程，循环以海水为 热源，LNG 为冷源，CF4 和 C3H8 为中间冷媒。经过程模拟分析得出，该循环与朗肯 循环相比，发电量和可用性效率都提高 66。3%，而且 LNG 回收温度从-75℃增至

-59。6℃。

总体来说，美、日、欧等国在 LNG 产业中走在前列，相关配套较为成熟；国内 起步较晚，发展空间巨大，应用前景广阔。目前的研究多数着眼于 LNG 气化器的性 能提升和产品改进，目前 LNG 冷能利用的研究主要围绕陆上 LNG 接受站展开，LNG 气化系统冷能利用的研究和具体利用方案较鲜见，开展气化与冷能利用双重功能的再 气化系统的开发也极具潜力。

综合以上内容，可以将 LNG 冷能的利用方式主要分为两大类：

（1）直接利用：主要包括空气分离、低温冷库、冷能发电、二氧化碳液化；

（2）间接利用：主要是指利用空分后得到的液氮、液氧来进行低温破碎、冷冻 食品、污水处理等。