利用LNG冷能发电的工艺及装置 |
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| 申请号 | CN201610083692.X | 申请日 | 2016-02-05 | 公开(公告)号 | CN105545391A | 公开(公告)日 | 2016-05-04 |
| 申请人 | 新地能源工程技术有限公司; | 发明人 | 何振勇; 蔚龙; 郑忠英; 张洪耀; 牛卓韬; 傅建青; 王培; 寇伟伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种利用LNG冷能发电的工艺，LNG 汽化 向下游管网供应 天然气 的过程中释放出大量的冷能，本工艺利用三个独立的循环将冷能回收用于发电，避免了冷能的损失，提升了企业的经济效益，在发电的同时避免了电厂发电带来的污染问题，符合节能环保的要求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.利用LNG冷能发电的工艺，其包括： |
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| 说明书全文 | 利用LNG冷能发电的工艺及装置技术领域背景技术[0002] LNG携带大量的低温冷能，随着我国大量进口LNG，其经济价值已不能被忽视。冷能可采用直接或间接的方法加以利用。LNG直接利用方法包括有冷能发电、海水淡化、液化分离空气(液氧、液氮)、轻烃分离、冷冻仓库、液化碳酸、制干冰、空调等；间接利用有冷冻食品，低温粉碎废弃物处理，冻结保存，低温医疗，食品保存等。现有的冷能发电工艺效率较低，本发明提出一种新的工艺，逐级利用LNG冷能以提高其利用效率。 [0003] CN102996378A公开了一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的方法。该方法包括以下步骤：使混合工质与经过升压的液化天然气进入换热器进行换热；经过换热的混合工质进行升压，然后回到换热器进行再次换热，再次换热之后的混合工质进入透平膨胀机膨胀做功并带动发电机发电；经过透平膨胀机的混合工质回到换热器进行下一个循环；将经过换热的液化天然气输出，以向外输送或供气。该发明以LNG为低温热源，以周围环境、工业余热等作为高温热源，通过回收LNG的冷能等能量产生机械能并带动发电机产生电力。该专利申请公开的技术方案采用的循环工质为混合烃类，通过调整混合工质的组成适应不同的液化天然气组分、压力等条件，实际操作可以发现混合烃各组分的配比较为困难，直接影响到开车周期；而且混合工质在使用过程中一些组分会损失，从而导致混合工质性质发生改变。 [0004] CN103075250A公开了一种梯级利用液化天然气冷能发电的方法，该方法包括天然气介质朗肯循环和冷媒介质朗肯循环两个部分，是利用汽化的天然气和另一种冷媒作为发电工质，通过控制天然气介质和冷媒介质的压力来实现与LNG的多重梯级换热，一方面解决朗肯循环发电时冷媒回收LNG冷能的过程中有效能损失过大的问题，另一方面通过系统集成将朗肯循环中增压后的液化冷媒携带的冷能再次利用，提高冷能的利用效率；同时，该发明以热媒水为介质利用接收站附近的燃气-蒸汽联合电厂发电后排向大气的烟气余热作为冷能发电的低温热源，不仅可以提高朗肯循环的发电效率，而且余热利用不会对燃气电厂的发电效率产生不利影响，并且可以减少烟气余热对环境造成的热污染。该系统可以理解为五个冷能回收循环，虽然冷能回收效率较高，但是流程过于复杂，适用于对冷能利用效率要求较高的场合。 [0005] CN103362579A公开了一种回收液化天然气冷能的两级膨胀发电装置及方法，LNG经过LNG泵提升压力后进入多股流低温换热器的第一流道汽化并升温；高压工质气体进入第一级透平膨胀机膨胀后输出电力，工质气体分成两部分，第一部分进入板翅式多股流低温换热器的第二流道吸收LNG冷能冷凝为液体，再用泵加压；第二部分经第二换热器后进入第二级透平膨胀机膨胀，并进入板翅式多股流低温换热器的第三流道冷凝为液体，用泵加压后进入第四流道，之后与第一部分工质汇合，汇合后与冷媒换热，再与环境换热及/或吸收工业余热后回到第一级透平膨胀机入口，完成循环。第一级透平膨胀机和第二级透平膨胀机输出的功均用来产生电力。本发明以乙烯或乙烷为工质，通过回收LNG冷能及余热进行发电，可以广泛应用于利用液化天然气冷能发电中。该系统仅仅采用一种工质且只有一级循环，存在的问题是冷能回收换热器温差相对较大，有效能损失相对会大一些。 [0006] CN104373165A公开了一种利用液化天然气冷能发电的系统，包括第一LNG泵、第二LNG泵、第三LNG泵、低压天然气冷凝器、中压天然气冷凝器、低压冷媒冷凝器、第一液体冷媒泵、第二液体冷媒泵、第三液体冷媒泵、冷媒气化器、高压天然气加热器、高压天然气过热器、冷媒膨胀机、天然气膨胀机、次中压冷媒冷凝器和中压冷媒冷凝器，整个发电过程包括天然气介质朗肯循环和混合冷媒介质朗肯循环两个部分，减少了LNG冷能回收过程中有效能损失，提高了LNG冷能的发电效率。该专利申请公布的流程与CN103075250A公布的流程基本一致，虽然可以回收LNG从-160℃～0℃整个温度区别的冷量，但流程过于复杂，动设备较多，适用于对冷能利用效率要求较高的场合。 发明内容[0007] 本发明提供了一种利用LNG冷能发电的工艺，用于回收LNG汽化向下游管网供应天然气的过程中释放出的大量冷能，利用三个独立的循环将冷能回收用于发电，避免了冷能的损失。 [0008] 与上属于现有方法相比，本发明采用三个冷能回收循环，采用三种冷媒将冷能回收，整个过程的换热温差较小，从而有效降低换热过程的有效能损失，提高冷能利用效率。 [0009] 本发明的利用LNG冷能发电的工艺包括： [0010] (A)经LNG增压泵增压后的LNG(约-160℃～-140℃)，通过LNG蒸发器复热并汽化，然后依次经过第一LNG升温换热器和第二LNG升温换热器回收冷量，最后经一台或多台天然气换热器加热至适宜送入下游管网的温度(例如较环境温度低至少5℃)，进入管网；这一过程中释放的冷能通过三个独立的循环，循环一、循环二和循环三，回收利用进行发电。 [0011] (B)循环一：在甲烷膨胀发电机组膨胀发电后的6.0-10.0barg，优选7.0-8.5barg，更优选约7.7barg，-55～-68℃，优选-60～-65℃，更优选约-61.4℃的甲烷通过LNG蒸发器，与增压后的LNG进行换热取走冷量，循环一中的甲烷被降温至-128℃～-155℃，优选-135～-150℃而液化，接着被甲烷增压泵增压至30-40barg，优选32-38barg，更优选约35barg，增压后的甲烷首先进入第一LNG升温换热器，与循环二中的乙烯进行换热而汽化，然后进入第二LNG升温换热器，与循环三中的丙烷换热，最后循环一中的甲烷升温至-18～-25℃，优选-20～-22℃，更优选约-21.6℃，接着进入一台或多台甲烷升温加热器加热至保证甲烷膨胀后不至于产生液相的适宜温度(例如约9-12℃，优选约10℃)，然后通过甲烷膨胀发电机组膨胀至6.0～10.0barg，优选7.0-8.5barg，更优选约7.8barg，膨胀后的甲烷进入LNG蒸发器从而完成循环一，膨胀发电机组输出功用来发电； [0012] (C)循环二：在乙烯膨胀发电机组中膨胀发电后的3～9barg，优选4.5～6.5barg，更优选约5.6barg，-40～-60℃，优选-47～56℃，更优选约-52℃的乙烯通过LNG第一升温换热器，与增压后的循环一中的液化甲烷进行换热，循环二中的乙烯被降温至-64.4℃～-100℃，优选约-70～-90℃而液化，接着被乙烯增压泵增压至15-30barg，优选20-25barg，23.5barg，增压后的乙烯进入LNG第二升温换热器，与循环三中的丙烷进行换热，循环二中的乙烯被复热至-15～-25℃，优选-18～-23℃，更优选约-21.6℃而汽化，接着进入一台或多台乙烯升温加热器加热至保证乙烯膨胀后不至于产生液相的适宜温度(例如10-15℃，优选约12.2℃)，然后通过乙烯膨胀发电机组膨胀至4.5-6.5barg(表压)，优选5.0-6.0barg，更优选约5.7barg，膨胀后的乙烯进入第一LNG升温换热器从而完成循环二，膨胀发电机组输出功用来发电； [0013] (D)循环三：在丙烷膨胀发电机组膨胀发电后的压力1.2-2.0barg(表压)、优选1.5～1.8barg，更优选约1.65barg，温度-15～-23℃，优选-16～-19℃，更优选约-17.5℃的丙烷通过LNG第二升温换热器，与循环二中的乙烯进行换热，丙烷温度被降至-19.8℃～-35℃，优选-22～-30℃以下而液化，然后进入丙烷增压泵增压至4.5-10barg，优选5.5-8barg，更优选约6.1barg，增压后的丙烷进入一台或多台丙烷升温加热器加热至保证丙烷膨胀后不至于产生液相的适宜温度(例如17-23℃，优选约20℃)，然后通过丙烷膨胀发电机组膨胀至1.2-2.0barg(表压)、优选1.5～1.8barg，更优选约1.75barg，膨胀后的丙烷进入第二LNG升温换热器从而完成循环三，膨胀发电机组输出功用来发电。 [0014] 本发明另外提供了利用LNG冷能发电的装置，其包括：一台LNG蒸发器，一台第一LNG升温换热器，一台第二LNG升温换热器，一台或多台天然气加热器(天然气换热器)，一台或多台甲烷升温加热器，一台或多台乙烯升温加热器，一台或多台丙烷升温加热器，一台甲烷膨胀发电机组，一台乙烯膨胀发电机组，一台丙烷膨胀发电机组，一台液化甲烷泵，一台液化乙烯泵，一台液化丙烷泵， [0015] 来自LNG储库的LNG管道经LNG增压泵连接至LNG蒸发器，出LNG蒸发器后先后连接第一LNG升温换热器、第二LNG升温换热器、天然气加热器，然后连接下游管网输送至天然气用户； [0016] 甲烷循环管道经过LNG蒸发器之后，先后连接甲烷增压泵、第一LNG升温换热器、第二LNG升温换热器、甲烷升温加热器、甲烷膨胀发电机组，然后返回LNG蒸发器； [0017] 乙烯循环管道经过第一LNG升温换热器之后，先后连接乙烯增压泵、第二LNG升温换热器、乙烯升温加热器、乙烯膨胀发电机组，然后返回到第一LNG升温换热器； [0018] 丙烷循环管道经过第二LNG升温换热器之后，先后连接丙烷增压泵、丙烷升温加热器、丙烷膨胀发电机组，然后返回到第二LNG升温换热器， [0019] 其中，LNG管道内的LNG与甲烷循环管道内的甲烷能够在LNG蒸发器中实现换热； [0020] LNG管道内的LNG、与甲烷循环管道内的甲烷、乙烯循环管道内的乙烯能够在第一LNG升温换热器中换热， [0021] LNG管道内的LNG与甲烷循环管道内的甲烷、乙烯循环管道内的乙烯、丙烷循环管道内的丙烷能够在第二LNG升温换热器中实现换热。 [0022] 本发明的优点： [0023] 1、逐级利用LNG冷能，发电效率高； [0024] 2、各冷能回收循环工艺流程简单，且相对独立，装置易于开停车； [0026] 图1是本发明的工艺流程图。 [0027] 其中，E-1、LNG蒸发器 E-2、第一LNG升温换热器 E-3、第二LNG升温换热器 E-4、天然气加热器 E-5、甲烷升温加热器 E-6、乙烯升温加热器 E-7、丙烷升温加热器 X-1、甲烷膨胀发电机组 X-2、乙烯膨胀发电机组 X-3、丙烷膨胀发电机组 P-1、液化甲烷泵 P-2、液化乙烯泵 P-3、液化丙烷泵。 具体实施方式[0028] 本发明提供了一种利用LNG冷能发电的工艺，用于回收LNG汽化向下游管网供应天然气的过程中释放出的大量冷能，利用三个独立的循环将冷能回收用于发电，避免了冷能的损失。 [0029] 以下通过具体实施例来说明本发明。 [0030] 实施例1 [0031] 结合附图1，经LNG增压泵增压后的LNG(约-160℃)，通过LNG蒸发器E-1复热并汽化，然后依次经过第一LNG升温换热器E-2和第二LNG升温换热器E-3回收冷量，最后经一台或多台天然气换热器E-4加热至适宜送入下游管网的温度(较环境温度低至少5℃)，进入管网。这一过程中释放的冷能通过三个独立的循环，循环一、循环二和循环三，回收利用进行发电。 [0032] 循环一：7.7barg，-61.4℃的甲烷通过LNG蒸发器E-1，与增压后的LNG进行换热取走冷量，循环一中的甲烷被降温至-128℃而液化，接着被甲烷增压泵P-1增压至35barg。增压后的甲烷首先进入第一LNG升温换热器E-2，与循环二中的乙烯进行换热而汽化，然后进入第二LNG升温换热器E-3，与循环三中的丙烷换热，最后循环一中的甲烷升温至-21.6℃，接着进入一台或多台甲烷升温加热器E-5加热至适宜温度(如10℃，保证甲烷膨胀后不至于产生液相)，然后通过甲烷膨胀发电机组X-1膨胀至7.8barg，膨胀后的甲烷进入LNG蒸发器从而完成循环一，膨胀发电机组输出功用来发电，每方LNG通过甲烷膨胀发电机发电约17.7kWh。 [0033] 循环二：5.6barg，-52℃的乙烯通过第一LNG升温换热器E-2，与增压后的循环一中的液化甲烷进行换热，循环二中的乙烯被降温至-64.4℃而液化，接着被乙烯增压泵P-2增压至23.5barg。增压后的乙烯进入第二LNG升温换热器E-3，与循环三中的丙烷进行换热，循环二中的乙烯被复热至-21.6℃而汽化，接着进入一台或多台乙烯升温加热器E-6加热至适宜温度(如12.2℃，保证乙烯膨胀后不至于产生液相)，然后通过乙烯膨胀发电机组X-2膨胀至5.7barg，膨胀后的乙烯进入第一升温换热器E-2从而完成循环二，膨胀发电机组输出功用来发电，每方LNG通过乙烯膨胀发电机发电约11.7kWh。 [0034] 循环三：1.65barg，-17.5℃的丙烷通过第二LNG升温换热器E-3，与循环二中的乙烯进行换热，丙烷温度被降至-19.8℃而液化，然后进入丙烷增压泵P-3增压至6.1barg，增压后的丙烷进入一台或多台丙烷升温加热器E-7加热至适宜温度(如20℃，保证丙烷膨胀后不至于产生液相)，然后通过丙烷膨胀发电机组X-3膨胀至1.75barg，膨胀后的丙烷进入LNG升温换热器从而完成循环三，膨胀发电机组输出功用来发电，每方LNG通过丙烷膨胀发电机发电约8.1kWh。 [0035] 根据所采用的膨胀机组效率，上述发电量还可适当提高。 [0036] 实施例2 [0037] 结合附图1，经LNG增压泵增压后的LNG(约-160℃)，通过LNG蒸发器E-1复热并汽化，然后依次经过第一LNG升温换热器E-2和第二LNG升温换热器E-3回收冷量，最后经一台或多台天然气换热器E-4加热至适宜送入下游管网的温度(较环境温度低至少5℃)，进入管网。这一过程中释放的冷能通过三个独立的循环，循环一、循环二和循环三，回收利用进行发电。 [0038] 循环一：7.7barg，-61.4℃的甲烷通过LNG蒸发器E-1，与增压后的LNG进行换热取走冷量，循环一中的甲烷被降温至-155℃而液化，接着被甲烷增压泵P-1增压至35barg。增压后的甲烷首先进入第一LNG升温换热器E-2，与循环二中的乙烯进行换热而汽化，然后进入第二LNG升温换热器E-3，与循环三中的丙烷换热，最后循环一中的甲烷升温至-21.6℃，接着进入一台或多台甲烷升温加热器E-5加热至适宜温度(如10℃，保证甲烷膨胀后不至于产生液相)，然后通过甲烷膨胀发电机组X-1膨胀至7.8barg，膨胀后的甲烷进入LNG蒸发器从而完成循环一，膨胀发电机组输出功用来发电，每方LNG通过甲烷膨胀发电机发电约9.8kWh。 [0039] 循环二：5.6barg，-52℃的乙烯通过第一LNG升温换热器E-2，与增压后的循环一中的液化甲烷进行换热，循环二中的乙烯被降温至-100℃而液化，接着被乙烯增压泵P-2增压至23.5barg。增压后的乙烯进入第二LNG升温换热器E-3，与循环三中的丙烷进行换热，循环二中的乙烯被复热至-21.6℃而汽化，接着进入一台或多台乙烯升温加热器E-6加热至适宜温度(如12.2℃，保证乙烯膨胀后不至于产生液相)，然后通过乙烯膨胀发电机组X-2膨胀至5.7barg，膨胀后的乙烯进入第一升温换热器从而完成循环二，膨胀发电机组输出功用来发电，每方LNG通过乙烯膨胀发电机发电约15.1kWh。 [0040] 循环三：1.65barg，-17.5℃的丙烷通过第二LNG升温换热器E-3，与循环二中的乙烯进行换热，丙烷温度被降至-35℃而液化，然后进入丙烷增压泵P-3增压至6.1barg，增压后的丙烷进入一台或多台丙烷升温加热器E-7加热至适宜温度(如20℃，保证丙烷膨胀后不至于产生液相)，然后通过丙烷膨胀发电机组X-3膨胀至1.75barg，膨胀后的丙烷进入LNG升温换热器从而完成循环三，膨胀发电机组输出功用来发电，每方LNG通过丙烷膨胀发电机发电约7.5kWh。 [0041] 根据所采用的膨胀机组效率，发电量还可适当提高。 |
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