臺灣博碩士論文加值系統

台灣為LNG進口國，傳統的轉換氣化技術為將大量的海水與液態天然氣進行熱交換，使其還原為氣態天然氣，但這種方式會讓LNG所蘊含的大量冷能喪失於海水中，所以如何有效回收與利用其冷能並利用於實際工程上以達到節約能源之目的，即為本研究主要動機之一。
本論文探討高純度氣體以液態氮為主，因為它為市場需求之大宗。氣體產物的液化溫度非常的低，因此利用回收LNG之冷能以製造液態氣體將極具經濟效益。
模擬結果顯示氣體分離產業每年耗電量為兩千零六十八萬度，若利用LNG冷能於氣體分離技術上，估計可以節省48%之耗電量。因此可省下尖峰負載之電量使全台灣之發電成本得以降低，如此一來對台灣的能源成本貢獻相當大。
模擬之三種運轉模式的回收年限分別為4.3年、5年與3.1年，其回收年限皆在五年內，因此可證明LNG冷能於氣體分離之應用充份具有投資價值。
本研究結果顯示LNG冷能具有高度之回收價值，而運用於實際的工程系統中亦有非常高的經濟效益，實為值得投入開發與應用，並能夠真正達到能源最有效率之利用。

In Taiwan, huge amount of LNG was imported each year where it was evaporated into NG using sea water to provide for household and facility usage, such as power generation. During this conversion process, tremendous cold energy had been wasted and dissipated to the sea. It is the main goal of this research to reclaim the cold energy for another engineering application to conserve energy.
Research efforts has been focused on Nitrogen Separation process, where pure Nitrogen should be produced in low temperature, and is thus suitable to use LNG cold energy.
It is estimated that among the 20 million kW-h power devoted into N2 separation each year, 48% can be saved from reclaiming LNG cold energy, presenting significant energy-savings potential. Based on 3 processes proposed in this study, the payback years were all ranked within 5 years, indicating promising feasibility for engineering applications.

目錄 i
圖目錄 iv
表目錄 vi
摘要 vii
ABSTRACT viii

第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 2
1.2 台灣LNG用量統計 5
1.3 研究方法與步驟 8
1.4文獻回顧 11

第二章 LNG冷能利用方式 13
2.1液態氮應用於低溫粉碎技術 16
2.1.1 低溫粉碎加工應用於馬路鋪設 17
2.1.2 低溫粉碎加工應用於輔助燃料使用 18
2.2液態氮應用於冷凍系統 19
2.2.1 液態氮冷凍系統應用於食品儲存 19
2.2.2 液態氮冷凍系統應用於冷凍貨櫃 20

第三章 理論分析 23
3.1 可用能(Exergy)概論 23
3.2 LNG冷能理論計算分析 25
3.3 LNG冷能於氣體分離之理論分析 28
3.4 多級壓縮式冷凍系統之分析 32
3.5熱交換器之理論分析 36
3.6 國內液態氮之供需資料分析 40

第四章 LNG冷能於氣體分離之模擬與分析 42
4.1傳統氣體分離技術 43
4.2 LNG流量固定下LNG冷能於氣體分離技術之利用 44
4.2.1 LNG流量固定下LNG冷能於氣體分離生產100噸液態氮模式 45
4.2.2 LNG流量固定下LNG冷能於氣體分離生產50噸液態氮模式 46
4.2.3 LNG流量固定下LNG冷能於氣體分離生產150噸液態氮模式 49


4.3以海水取代中間冷卻器之氣體分離運轉模式 54
4.3.1以海水取代中間冷卻器之LNG冷能於氣體分離生產100噸液態氮模式 55
4.3.2以海水取代中間冷卻器之LNG冷能於氣體分離生產50噸液態氮模式 58
4.3.3以海水取代中間冷卻器之LNG冷能於氣體分離生產150噸液態氮模式 59
4.4 LNG流量改變下LNG冷能於氣體分離技術之利用 62
4.4.1 LNG流量變動下LNG冷能於氣體分離生產100噸液態氮模式 63
4.4.2 LNG流量變動下LNG冷能於氣體分離生產50噸液態氮模式 64
4.4.3 LNG流量變動下LNG冷能於氣體分離生產150噸液態氮模式 66
4.5 LNG冷能於氣體分離之經濟分析與評估 70
4.6 LNG冷能於氣體分離之綜合評估 79

第五章 結論與未來發展 82

參考文獻 85

[1] Y.Hisazumi, Y.Yamasaki and S.Sugiyama, Proposal for a high efficiency LNG Power generation system utilizing waste heat from the combined cycle. Applied Energy. 60(1998) pp.169-182。
[2] Y. Akasaka and M.Kawanishi, Air Liquefaction Plant and Liquidized Carbonic Acid Production Plant Utilizing Cold Heat Of LNG。
[3]S.C. Wu, The Investigation of Using LNG Cold Energy in the Cold Storage Warehouse and other Energy Conservation Systems,Jun. 2003。
[5] W.F Stoecker & J.W.Jones, ”Refrigeration and Air Conditioning,2/E”,1958 by McGraw-Hill,Inc，pp.371,384~387。
[6] H. Liu, L. You. Characteristics and applications of the cold heat exergy of liquefied natural gas. Energy Conversion & Management. 1999. (40) pp.1515-1525。
[7]R. F. Barron, “Cryogenic Systems”, Oxford University Press, New York, 1985, p.63-69。
[8]T.S. Kim, S.T. Ro. Power augmentation of combined cycle power plants using cold energy of liquefied natural gas. Energy 25,2000 pp.841-856。
[9]Z.W. Wang, The Second-Law Efficiency and Thermo economic Analysis of LNG Cold Energy Transmission,Jun.2001。
[10]Refrigeration systems and Applications, ASHRAE Handbook, 1990, P38.1-38.12。
[11]龔俊豪，「美國廢輪胎回收利用方案-輪胎衍生燃料」，工業污染防治季刊，第69期,1999。
[12]林儷如、王智龍、林啟燦、張添晉，「廢輪胎回收再利用之現況及評估」,2000。
[13]林晃盛，「應用熱力學(上冊)」，1971年1月初版，pp117~118。
[14]王啟川，「熱交換器設計」，2001年2月初版一刷，pp19~25。
[15]吳勝琪，液化天然氣冷能利用之熱經濟分析，中山大學機械工程研究所碩士論文，民國87 年6 月
[16]台灣中油公司，LNG冷凍船，http://www.cpc.com.tw/big5_BD
/lng/content/index.asp?pno=42。
[17]台灣中油公司，LNG氣化方式，http://www.cpc.com.tw/big5_BD/lng/content/index.asp?pno=43。
[18]經濟部統計處，氮氣逐年生產量，https://2k3dmz2.moea.gov.tw/gwweb/gwHomePage.aspx?ReturnUrl=%2fgwWeb%2fDefault.aspx，89-97年。
[19]經濟部統計處，氮氣逐年銷售值，https://2k3dmz2.moea.gov.tw/gwweb/gwHomePage.aspx?ReturnUrl=%2fgwWeb%2fDefault.aspx，89-97年。
[20]經濟部能源局，能源統計年報，http://www.moeaboe.gov.tw/opengovinfo/Plan/all/energy_year/main/EnergyYearMain.aspx?PageId=default，89-97年。
[21]Universal Industrial Gases, Inc.，http://www.uigi.com/cryodist.html。