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1、二氧化硅气凝胶砖在LNG储罐隔热方面的运用摘要在全球能源日益紧张的今天，天然气在能源结构中将占越来越大 的比重。但是因为天然气主要成分是甲烷，大自然中以气态方式存在， 不便于长距离的储存和运输，要方便储存运输必须将天然气液化。天 然气液化有两种方式：CNG和LNG。CNG方式现在普遍使用，但是 它需要高压储存运输，这就导致了以这种方式液化的天然气单个储罐 的容量不会很大，况且高压环境危险性很大，存在较大的安全隐患， 这就限制了液化天然气的广泛使用。 LNG 因为制作成本低，相对较 安全，建造储罐可大可小，所以目前国内外正在广泛研究制造 LNG 储气方式。目前我国几乎没有自主的相关LNG设计建设
2、能力，建造LNG使 用的隔热材料也必须靠进口，这给我们 LNG 建设的推进带来了很多 不便。就建设 LNG 所用的隔热材料而言，小型真空罐，通常是填充的 膨胀珍珠岩；大型常压的主要用泡沫玻璃砖、中密度和高密度PVC、 高密度喷射块 PIR/PUF 和玻璃纤维增强 PIR/PUF 块、高密度挤压聚 苯乙烯等，以进口的泡沫玻璃砖作为隔热材料为主。我们现在能生产 强度较高，导热系数很低的二氧化硅气凝胶砖，建议相关单位尝试使 用气凝胶砖作为LNG隔热材料。2. LNG 隔热层隔热层在将液压头传递给外罐体的同时，还起着减少气化量、缩 小罐体内外壁温差、减轻由此产生的温差应力的作用，另外它还有固 定“薄膜
3、”的功能。因此要求隔热层热导率小，而且具有足够的强度。 能满足这些条件的材料有硬质泡沫氨基甲酸乙酯、泡沫玻璃、珍珠岩 以及硬质泡沫酚醛树脂等。为了提高隔热材料的隔热性能和经济性， 可采用由粉末状、纤维状、板状等隔热材料混合使用的隔热法。液化天然气注入罐内后，内罐壁就会冷缩；反之液化天然气完全 被排出后，罐内温度将逐步上升，内罐壁随之伸张。填充在内外罐中 间的粉末状隔热材料，由于内罐壁的反复胀缩变得严实。因此在靠近 内罐处必须敷设一层伸缩性强的隔热层，此隔热层的厚度与内罐壁的 胀缩相适应，并在内罐壁胀缩时起缓冲作用，保证储罐安全运行。二氧化硅气凝胶简介二氧化硅气凝胶早在上世纪 80 年代就被发现
4、，当它来到这个世 界人们就对它惊叹不已，也对它的未来充满了期待，也就是在这样的 情况下无形的人们把气凝胶神秘化了。二氧化硅气凝胶作为隔热材料，从材料本身的性能参数上讲确实 是很棒的材料：轻、不燃、导热系数低、等等，但是这么好的材料为 什么 30 多年了还一直像个婴儿一样在摇篮中沉睡呢？一直不能广泛 的运用于人类的各个领域呢？成本高？其实这是从事这方面的工作 者的一种无赖的借口，你说成本高对民用行业可能会望而却步，但是 这样的好东西对于军事、航空航天等行业来讲这个理由肯定是站不住 脚的。经过这几年对气凝胶的摸索，我认为气凝胶为什么得不到广泛 的运用并不在于它的成本，而在于它的另外一些性能如：易脆
5、、不易 成型、强度低、吸水率高等缺点。国外文献报道过诸如气凝胶与聚脲 结合可以将气凝胶的强度提高到原来的100 倍，也有报道说用气凝胶 制作的机器人的“肌肉”又有韧性又有强度，这方面的报道我从不怀 疑他的真实性，因为从气凝胶的结构上讲这些都是有可能的。气凝胶的成型通过添加其他成分压板是可行，但是这样做出来的 板材作为隔热是不会被广泛使用的，因为在压板的过程中必须添加大 量的其他填充料，而且高压压制会让气凝胶的结构发生坍塌，坍塌后 的气凝胶就是白炭黑，导热系数就会明显升高；用烧结的方式成型也 是可行的，这就是通常见到的粉末陶瓷化，当温度达到气凝胶熔融温 度后气凝胶的结构也就保不住了。所以要得到气
6、凝胶的型材，必须在 溶胶的时候进行，强度、成形性、导热系数、疏水性等等这些所有的 特点都必行在形成溶胶的过程中考虑进去，因为气凝胶隔热的根本在 它的孔隙率，也就是无论如何要保住它里面的 90%以上的静止的空 气。通过大量的实验，我们实验室中试通过了一种强度可以和普通菱镁发泡材料比较、轻质(80-100kg/m3)、导热系数低(常温0.020w/m.k 以下)、疏水、A级阻燃的二氧化硅气凝胶砖，该砖可进行锯、切、 磨等加工，可以根据需要制成任意尺寸的型材。经过实验，目前在气凝胶制作过程中，回收的溶剂在不经过后处理的情况下可以重复使用5 次以上（估计可以重复使用10 次以上因为目前重复试验刚刚才做
7、到第五次），溶剂回收率接近 100%。泡沫玻璃砖与气凝胶砖性能比较材料指标美国泡沫玻璃（1级）气凝胶砖密度160使用温度-260430抗压强度0.24抗折强度0.28吸水率0.2%透湿系数0.007导热系数380.04835240.04525-460.035-40浸出液的离 子含量符合 ASIM C795市场价气凝胶砖作为 LNG 隔热层用量对比计算：泡沫玻璃砖导热系数和密度均是气凝胶砖的两倍多，只考虑传热 是径向传热影响的话，热交换与导热系数成正比设:LNG是一个球体形状，球心到隔热层内壁距离r,用泡沫玻璃 砖作为隔热层的厚度是d使用泡沫玻璃砖体积为v;用气凝胶砖隔热 层的厚度是D,使用气凝
8、胶砖体积为V,v=V=V/v=综合分析，气凝胶砖完全可以替代进口的泡沫玻璃砖作为 LNG 隔热的主体材料。气凝胶砖成本分析以中试为例，100升釜，生产成品10公斤，密度100g/1。功率 18KW.H,使用10小时，用电180 度,按平均每度1元计算，电费180 元;原料成本（溶剂利用以 5 次计算）约 40 元/公斤;人工 4 个工以每 个工时 100 元计算需 400 元；其他约 30 元，生产 10 公斤约需 1100 元，合 110 元/公斤。若按规模生产价格会降低到 50 元/公斤，约合 5000 元/立方米。项目原料成本电费、设备人工其他单价405-255-400-5合计50-11
9、0元/公斤气凝胶大规模生产可行性分析气凝胶生产有如下过程：配料一溶胶-凝胶(1h)(48h)气凝胶一一成品(16h)其中需要人工操作的环节有配料和气凝胶形成过程，而这两个过 程是可以同时进行的，也就是说生产一次气凝胶实际耗用的时间是 16 小时。如果生产气凝胶运用反应釜 100 多台全集成控制，轮转生 产，48 小时生产 50 台(包括装料、卸料)计，一个班三个人，8 小 时一个工时，生产25个m3只需要18个工时，两天时间，30天可以 生产375m3，完全可以达到年产4000m?的规模。生产成本2000万。不论从气凝胶砖的性能，价格还是从生产规模都可以满足大型 LNG 液化气储罐等行业用隔热材料的需要。倡议相关单位或个人实 地考察，大力推广该项目，让国内的二氧化硅气凝胶这一技术能真正 的运用到人们的日常生活中去。
