一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法 |
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| 申请号 | CN201710151503.2 | 申请日 | 2017-03-14 | 公开(公告)号 | CN106948888A | 公开(公告)日 | 2017-07-14 |
| 申请人 | 辽宁石油化工大学; | 发明人 | 张丽; 潘振; 商丽艳; 刘宝玉; 佟伟伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于油气储存与运输工程技术领域，具体涉及一种利用 液化 天然气 冷能辅助 水 合物法 碳 捕集的方法。根据我国 能源 发展“十三五”规划的要求，减少工业废气的排放，增加清洁能源在能源消费中所占的比重变得尤为重要。LNG冷能作为一种绿色清洁能源得到了更多的重视和利用。LNG 气化 过程中释放出大量冷能，将其与水合物的生成过程联合起来，可以将发电、供暖过程中产生的CO2捕集储存，实现了对 能量 的高效利用和对环境的保护。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，方法中采用的装置包括：LNG卫星站(1)，LNG泵(2)，第一冷凝器(3)，工质泵(4)，第一换热器(5)，第一透平膨胀机(6)，第一发电机(7)，水泵(8)，锅炉(9)，过热器(10)，汽轮机(11)，第二发电机(12)，干燥器(13)，第二冷凝器(14)，CO2压缩机(15)，阀门(16)，真空泵(17)，反应釜(18)，水浴(19)，磁力搅拌器(20)，压力传感器(21)，温度传感器(22)，数据采集器(23)，第三冷凝器(24)，节流阀(25)，第二换热器(26)，乙二醇泵(27)，第二透平膨胀机(28)，第三发电机(29)，燃气轮发电机(30)，余热锅炉(31)，第三换热器(32)；其特征在于，LNG卫星站(1)输送的LNG经过LNG泵(2)加压后，通过管路依次与第一冷凝器(3)，第二冷凝器(14)，第三冷凝器(24)，第二透平膨胀机(28)和第三发电机(29)连接；第一冷凝器(3)通过管路依次与工质泵(4)，第一换热器(5)，第一透平膨胀机(6)和第一发电机(7)连接并回到第一冷凝器(3)构成封闭的循环回路，该循环回路中用水作为热源，第一透平膨胀机(6)通过机械轴与第一发电机(7)连接，第一换热器(5)通过另一管路与燃煤电厂高温水蒸气管路连接；由锅炉(9)产生的水蒸气经过过热器(10)进入汽轮机(11)驱动第二发电机(12)发电，从汽轮机(11)出来的水蒸气经过第一换热器(5)由水泵(8)注入锅炉(9)中，构成封闭的燃煤电厂发电回路；乙二醇溶液由乙二醇泵(27)注入第三冷凝器(24)和节流阀(25)后进入第二换热器(26)，第二换热器(26)通过另一管路与低温供热水管连接，为水合物生成单元提供冷水浴；由锅炉(9)和第三换热器(32)产生的废气经过干燥器(13)后进入CO2压缩机(15)和第二冷凝器(14)，对废气进行增压降温操作，由阀门(16)控制进液、进气和排液的情况，真空泵(17)把反应釜(18)抽真空后将废气CO2和水通入反应釜(18)中，水浴(19)控制反应釜(18)中水的温度，反应开始后，用磁力搅拌器(20)进行搅拌，并用压力传感器(21)，温度传感器(22)对二氧化碳水合物的生成状况进行实时数据采集；由LNG汽化升温膨胀主回路产生的天然气，依次与燃气轮发电机(30)，余热锅炉(31)和第三换热器(32)连接，第三换热器(32)通过另一管路与低温供冷水管连接，满足LNG卫星站内部的供暖需求。 |
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| 说明书全文 | 一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法技术领域背景技术[0002] 根据国家发展改革委员会公布的能源发展“十三五”规划，我国对减少煤炭污染和推进“煤改气”的要求日益提高，能源消费结构将更加倚重天然气和可再生能源的利用。大量的冷能产生于LNG气化过程中，不仅造成能源的浪费，还将会造成冷污染，与此同时LNG所携带的冷能具有重大的经济价值。近年来，CO2等温室气体引发的全球变暖等问题越来越严重，大气中的污染物主要来自于工业排放，如燃煤锅炉、采暖锅炉、石油化工厂、钢铁厂等。因此，利用清洁能源对工业烟气中的CO2进行捕集封存成为了节能减排的重点所在。 [0003] 水合物法碳捕集方法作为一种新兴技术，有着对设备无腐蚀，对环境无污染，又能实现捕集与封存为一体的优点。在保证反应低温高压的条件下，根据气体形成水合物的压力不同，可以在水合物生成反应釜中对混合气体进行分类捕集。 发明内容[0004] 本发明是一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法。利用LNG冷能对电厂燃煤发电和烧气供暖锅炉所产生的烟气进行捕集与封存，实现了LNG冷能的回收利用和CO2的零排放，同时为水合物的生成提供了一种节能新方法。 [0005] 本发明技术方案如下：从LNG卫星站输送的LNG由LNG泵依次经过第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器，升温后的天然气再注入到第二透平膨胀机驱动第三发电机发电，经膨胀做功降温后，一部分天然气进入管网或用户；另一部分天然气进入燃气轮发电机，排出的高温烟气通入余热锅炉进行补燃，放出的烟气进入第三换热器与水换热，得到的热水用于卫星站内部供暖系统；冷媒工质在第一冷凝器中冷凝为低压液态，然后经工质泵加压为高压液态后进入第一换热器，在第一换热器中吸收锅炉水蒸气的热量蒸发为高压气态，该高压气态冷媒工质进入第一透平膨胀机，膨胀做功降压为低压气态，该低压气态冷媒工质进入第一冷凝器再次冷凝为低压液态继续下一次循环；由锅炉产生的水蒸气经过过热器进入汽轮机驱动第二发电机发电，从汽轮机出来的水蒸气经过第一换热器由水泵注入锅炉中；乙二醇溶液由乙二醇泵注入第三冷凝器和节流阀后进入第二换热器，换热后的水为水合物生成提供低温水浴；由锅炉和第三换热器产生的废气，经过干燥器，CO2压缩机和第二冷凝器升压降温后，通入真空的水合物生成反应釜，最后由压力和温度传感器进行数据采集。 [0006] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，方法中涉及的装置包括：LNG卫星站(1)，LNG泵(2)，第一冷凝器(3)，工质泵(4)，第一换热器(5)，第一透平膨胀机(6)，第一发电机(7)，水泵(8)，锅炉(9)，过热器(10)，汽轮机(11)，第二发电机(12)，干燥器(13)，第二冷凝器(14)，CO2压缩机(15)，阀门(16)，真空泵(17)，反应釜(18)，水浴(19)，磁力搅拌器(20)，压力传感器(21)，温度传感器(22)，数据采集器(23)，第三冷凝器(24)，节流阀(25)，第二换热器(26)，乙二醇泵(27)，第二透平膨胀机(28)，第三发电机(29)，燃气轮发电机(30)，余热锅炉(31)，第三换热器(32)； [0007] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，方法中将LNG冷能用于多种回收途径，包括LNG冷能用于汽化升温膨胀流程、用于有机朗肯循环系统、用于冷却蒸汽动力循环流程和低温制冷供暖系统，实现了LNG冷能的回收利用。 [0009] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，方法中由第二换热器(26)出来的水温保持在2℃(±0.1℃)。 [0010] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，方法中由LNG冷能为水浴(19)制冷，由有机朗肯循环发电和LNG膨胀做功发电为CO2压缩机(15)供能，由锅炉(9)和第三换热器(32)产生的废气经过干燥器(13)后进入CO2压缩机(15)和第二冷凝器(14)，进入水合物生成实验装置中，最终以CO2水合物的形式封存在反应釜(18)中，实现了CO2的零排放，减少了发电和供暖过程中产生的废气对环境的污染。 [0011] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，方法中LNG卫星站(1)输送的LNG经过LNG泵(2)加压后，通过管路依次与第一冷凝器(3)，第二冷凝器(14)，第三冷凝器(24)，第二透平膨胀机(28)和第三发电机(29)连接，生成的天然气一部分直接输送至天然气管网或用户连接，另一部分用于LNG卫星站烧气供暖系统，形成LNG卫星站内部自循环系统。 [0012] 发明的优点 [0013] 本发明的优点：(1)将LNG冷能与水合物法碳捕集相结合，为水合物生成提供能量，为反应水浴提供冷量；(2)将LNG冷能用于CO2水合物的生成，减少了发电和采暖过程中废气对环境的污染；(3)回收利用LNG冷能，实现了LNG卫星站内部的天然气自循环；(4)流程简单、原料经济、工作可靠、调节灵活、易启动；附图说明 [0014] 图1为本发明一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法流程示意图； 具体实施方式[0016] 本发明专利具体涉及一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，从LNG卫星站输送的LNG由LNG泵依次经过第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器，升温后的天然气再注入到第二透平膨胀机驱动第三发电机发电，经膨胀做功降温后，一部分天然气进入管网或用户；另一部分天然气进入燃气轮发电机，排出的高温烟气通入余热锅炉进行补燃，放出的烟气进入第三换热器与水换热，得到的热水用于卫星站内部供暖系统；冷媒工质在第一冷凝器中冷凝为低压液态，然后经工质泵加压为高压液态后进入第一换热器，在第一换热器中吸收锅炉水蒸气的热量蒸发为高压气态，该高压气态冷媒工质进入第一透平膨胀机，膨胀做功降压为低压气态，该低压气态冷媒工质进入第一冷凝器再次冷凝为低压液态继续下一次循环；由锅炉产生的水蒸气经过过热器进入汽轮机驱动第二发电机发电，从汽轮机出来的水蒸气经过第一换热器由水泵注入锅炉中；乙二醇溶液由乙二醇泵注入第三冷凝器和节流阀后进入第二换热器，换热后的水为水合物生成提供低温水浴；由锅炉和第三换热器产生的废气，经过干燥器，CO2压缩机和第二冷凝器升压降温后，通入真空的水合物生成反应釜，最后由压力和温度传感器进行数据采集。详细方案如下，所采用的装置包括：LNG卫星站(1)，LNG泵(2)，第一冷凝器(3)，工质泵(4)，第一换热器(5)，第一透平膨胀机(6)，第一发电机(7)，水泵(8)，锅炉(9)，过热器(10)，汽轮机(11)，第二发电机(12)，干燥器(13)，第二冷凝器(14)，CO2压缩机(15)，阀门(16)，真空泵(17)，反应釜(18)，水浴(19)，磁力搅拌器(20)，压力传感器(21)，温度传感器(22)，数据采集器(23)，第三冷凝器(24)，节流阀(25)，第二换热器(26)，乙二醇泵(27)，第二透平膨胀机(28)，第三发电机(29)，燃气轮发电机(30)，余热锅炉(31)，第三换热器(32)；其特征在于： [0017] 由LNG卫星站(1)，LNG泵(2)，第一冷凝器(3)，第二冷凝器(14)，第三冷凝器(24)，第二透平膨胀机(28)和第三发电机(29)构成的LNG汽化升温膨胀主回路，该回路与天然气管网或用户连接； [0018] 由第一冷凝器(3)，工质泵(4)，第一换热器(5)，第一透平膨胀机(6)和第一发电机(7)构成的有机朗肯循环发电单元； [0019] 由第一换热器(5)，水泵(8)，锅炉(9)，过热器(10)，汽轮机(11)和第二发电机(12)构成的燃煤电厂发电单元； [0020] 由锅炉(9)，第三换热器(32)，干燥器(13)，第二冷凝器(14)，CO2压缩机(15)，阀门(16)，真空泵(17)，反应釜(18)，水浴(19)，磁力搅拌器(20)，压力传感器(21)，温度传感器(22)和数据采集器(23)构成的二氧化碳水合物生成单元； [0021] 由第三冷凝器(24)，节流阀(25)，第二换热器(26)和乙二醇泵(27)构成的LNG低温制冷单元； [0022] 由LNG卫星站(1)，LNG泵(2)，第一冷凝器(3)，第二冷凝器(14)，第三冷凝器(24)，第二透平膨胀机(28)，燃气轮发电机(30)，余热锅炉(31)和第三换热器(32)构成的燃烧天然气供暖单元； [0023] 在所述系统中，各单元的连接关系如下： [0024] 在所述LNG汽化升温膨胀主回路中，LNG卫星站(1)经过LNG泵(2)加压后，通过管路依次与第一冷凝器(3)，第二冷凝器(14)，第三冷凝器(24)，第二透平膨胀机(28)和第三发电机(29)连接； [0025] 在所述有机朗肯循环发电单元中，第一冷凝器(3)通过管路依次与工质泵(4)，第一换热器(5)，第一透平膨胀机(6)和第一发电机(7)连接并回到第一冷凝器(3)构成封闭的循环回路，该循环回路中用水作为热源，第一透平膨胀机(6)通过机械轴与第一发电机(7)连接，第一换热器(5)通过另一管路与燃煤电厂高温水蒸气管路连接； [0026] 在所述燃煤电厂发电单元中，由锅炉(9)产生的水蒸气经过过热器(10)进入汽轮机(11)驱动第二发电机(12)发电，从汽轮机(11)出来的水蒸气经过第一换热器(5)由水泵(8)注入锅炉(9)中，构成封闭的燃煤电厂发电回路； [0027] 在所述二氧化碳水合物生成单元中，由锅炉(9)和第三换热器(32)产生的废气经过干燥器(13)后进入CO2压缩机(15)和第二冷凝器(14)，对废气进行增压降温操作，由阀门(16)控制进液、进气和排液的情况，真空泵(17)把反应釜(18)抽真空后将废气CO2和水通入反应釜(18)中，水浴(19)控制反应釜(18)中水的温度，反应开始后，用磁力搅拌器(20)进行搅拌，并用压力传感器(21)，温度传感器(22)对二氧化碳水合物的生成状况进行实时数据采集。 [0028] 在所述LNG低温制冷单元中，乙二醇溶液由乙二醇泵(27)注入第三冷凝器(24)和节流阀(25)后进入第二换热器(26)，第二换热器(26)通过另一管路与低温供热水管连接，为水合物生成单元提供冷水浴； [0029] 在所述燃烧天然气供暖单元中，由LNG汽化升温膨胀主回路产生的天然气，依次与燃气轮发电机(30)，余热锅炉(31)和第三换热器(32)连接，第三换热器(32)通过另一管路与低温供冷水管连接，满足LNG卫星站内部的供暖需求； [0030] 本发明一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的使用方法如下： [0031] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，其特征在于，本发明将LNG冷能用于多种回收途径，包括LNG冷能用于汽化升温膨胀流程、用于有机朗肯循环系统、用于冷却蒸汽动力循环流程和低温制冷供暖系统，实现了LNG冷能的回收利用。 [0032] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，其特征在于，系统中所用到的冷媒工质分别为水和乙二醇，保证了冷却温度在0℃以上防止水蒸气凝结。 [0033] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，其特征在于，由第二换热器(26)出来的水温保持在2℃(±0.1℃)； [0034] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，其特征在于，由LNG冷能为水浴(19)制冷，由有机朗肯循环发电和LNG膨胀做功发电为CO2压缩机(15)供能，由锅炉(9)和第三换热器(32)产生的废气经过干燥器(13)后进入CO2压缩机(15)和第二冷凝器(14)，进入水合物生成实验装置中，最终以CO2水合物的形式封存在反应釜(18)中，实现了CO2的零排放，减少了发电和供暖过程中产生的废气对环境的污染。 [0035] 所述的一种利用液化天然气冷能辅助水合物法碳捕集的方法，其特征在于，LNG卫星站(1)输送的LNG经过LNG泵(2)加压后，通过管路依次与第一冷凝器(3)，第二冷凝器(14)，第三冷凝器(24)，第二透平膨胀机(28)和第三发电机(29)连接，生成的天然气一部分直接输送至天然气管网或用户连接，另一部分用于LNG卫星站烧气供暖系统，形成LNG卫星站内部自循环系统。 |
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