利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统及方法技术方案

本发明专利技术液化天然气冷能利用领域，具体涉及一种利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统及方法。技术方案如下：包括级联双级嵌套式朗肯循环系统、LNG气化系统和CO2捕集系统，级联双级嵌套式朗肯循环系统包括一级嵌套式朗肯循环外循环、一级嵌套式朗肯循环内循环、二级嵌套式朗肯循环外循环和二级嵌套式朗肯循环内循环，LNG气化系统包括依次连接的泵五、所述蒸发冷凝器一、所述蒸发冷凝器二、所述蒸发冷凝器三和所述蒸发冷凝器四，CO2捕集系统包括依次连接的所述蒸发器四、所述蒸发器三、所述蒸发器二、所述蒸发器一、气液分离器和所述回热器三。本发明专利技术提供的利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统及方法，提高能源利用率。

System and method for recovering waste heat and CO2 of magnesite smelting flue gas by utilizing LNG cold energy recovery

The invention relates to the field of cold energy utilization of liquefied natural gas, in particular to a system and a method for recovering and recovering the waste heat and CO2 of magnesite smelting flue gas by utilizing LNG cold energy. The technical scheme is as follows: cascade two-stage nested Rankine cycle system, LNG gasification system and CO2 capture system, cascade two-stage nested Rankine cycle system including circulation, a nested Rankine cycle circulation, two level nested outside the Rankine cycle cycle and two level nested within a Rankine cycle cycle level nested the Rankine cycle, LNG gasification system comprises a pump five, the evaporative condenser, a condenser two, the evaporation of the evaporative condenser and the evaporative condenser three four, CO2 capture system comprises the evaporator, the four evaporator three, the evaporator, the two evaporator a gas-liquid separator and the heat exchanger three. The invention provides a system and a method for recovering and recovering the waste heat and CO2 of magnesite smelting flue gas by using LNG cold energy, thereby improving energy utilization rate.

【技术实现步骤摘要】
利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统及方法
本专利技术液化天然气冷能利用领域，具体涉及一种利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统及方法。
技术介绍
在全球能源消费量和一次能源消费结构中，天然气的占比逐年攀升：1980～2014年之间全球一次能源消费结构中，全球天然气消费量急剧上升，天然气的占比由19.5％提高至23.7％。我国天然气消费量占一次能源比例由2006年的2.7％到2015年的5.9％，年均增长0.9％。截止2014年，全球管道气和液化天然气(LNG)的占比分别为66.6％和33.4％，其中身处亚太地区的中国的天然气以LNG为主要存在形式，在未来10～20年的时间内，LNG将成为我国天然气市场的主力军。我国LNG进口量由2006年的9亿m3增长至2015年的258亿m3，年均增长45.2％；中国已运营的LNG工厂总生产能力为180万t，已建成LNG接收站11座，在建和规划建设的LNG接收站18座，2014年进口量为584亿m3，其中2015年建成投产的营口港接收能力为300万t/a，约占我国LNG接收总量的7％。LNG的储存条件一般为t＝-162℃、p＝0.14MPa，通常在供给用户使用前应该气化为城市供气管网所要求的温度和压力。LNG在气化过程中，会释放大量冷能(860～883kJ/kg)，以此计算可知营口港每年可利用的冷功率为65MW，折合电能约为10亿kWh，但目前在营口市LNG接收终端还未建成LNG冷能利用项目，因此营口港拥有大量尚未得到充分利用的LNG冷能。LNG释放的冷能通常会被用做发电、空气分离、CO2捕集等。在LNG冷能发电系统中，如果以余热资源作为系统高温热源，能够提升冷热源温差，相比于空气和海水，可以有效减少海水或空气的动力消耗，进而可以提高朗肯循环的能源利用率。全球碳排放报告显示，过去几年里中国是CO2排放量最大的国家(约占29％)，而中国近两年对天然气等清洁能源使用量的稳步攀升使得2015年全球CO2排放量终止了过去10年的快速增长，排放量为357亿t，其中工业过程产生CO2的占比约为21％，而菱镁矿的熔炼煅烧技术所产生的CO2是工业生产中不容忽视的一个部分。我国菱镁矿资源丰富，分布广泛，其中辽宁省营口市大石桥地区的菱镁矿已探明总储量930万t，保有储量929万t，占全省的82.2％，占全国总储量的56.9％以上(占世界菱镁矿总储量的16.3％以上)。2013年辽宁省生产氧化镁产品为7.873×106t，每生产1吨MgO制品，至少可产生1.1t的CO2，因此营口地区每年CO2的排放量约为400万t，且绝大部分随烟气排出；由此可见，辽宁省菱镁矿产业每年的CO2排放量是相当大的。同时菱镁矿熔炼烟气带走了大量的热量，约占菱镁矿熔炼工艺总能耗的12％以上，辽宁省电熔镁行业每年耗电量高达70亿kWh(占营口地区工业用电量50％以上，占辽宁省工业用电量6.2％)，因此熔炼烟气带走的热量相当于8.4亿kWh电量，而熔炼、煅烧镁行业烟气余热回收在国内尚处于起步阶段。为保护环境提高能源利用率，提出一种能够减少菱镁矿熔炼生产工艺中CO2气体排放和余热资源浪费的技术已经刻不容缓。目前CO2捕集技术的相关研究基本集中在吸收法与吸附法，而利用低温液化法分离CO2的研究相对较少且不够成熟。但有相关研究已经证明利用低温液化分离法对CO2进行捕集可以有效的减少CO2的排放量。国内外CO2的工业液(固)化工艺大多是把常压下的气态CO2经过2级或3级压缩至1.6～2.5MPa，然后利用制冷机组使其降温液化。在低温液化分离法捕集CO2技术中，如果所选冷源可以直接为CO2液(固)化提供所需的低温环境，便可显著降低CO2液(固)化工艺的工作压力和设备负荷，最终达到节能降耗的目的。因此将LNG冷能用于CO2捕集已经成为当今研究的重点。但现有利用LNG冷能对CO2液化分离的技术中，其CO2来源，或者是理论上假设的CO2，或者是系统自身产生的CO2，而鲜有涉及菱镁矿熔炼或煅烧烟气中的CO2。菱镁矿熔炼烟气经除尘后温度约为80℃，成分是CO2与空气混合后富含CO2的空气，因此利用LNG直接冷凝液化分离技术来捕集菱镁矿熔炼烟气中CO2理论上是可行的。现有利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气中余热和CO2的复合循环大多是由朗肯循环简单串联而成，且其循环工质都是以单一工质为主，对混合工质还是一片空白，最终导致系统存在了大量的冷能浪费。
技术实现思路
本专利技术提供一种利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统及方法，提高能源利用率。本专利技术的技术方案如下：利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统，包括级联双级嵌套式朗肯循环系统、LNG气化系统和CO2捕集系统，级联双级嵌套式朗肯循环系统包括一级嵌套式朗肯循环外循环、一级嵌套式朗肯循环内循环、二级嵌套式朗肯循环外循环和二级嵌套式朗肯循环内循环，一级嵌套式朗肯循环外循环包括依次相连的泵一、蒸发器一、汽轮机一、蒸发冷凝器二和蒸发冷凝器一，一级嵌套式朗肯循环内循环包括依次相连的泵二、回热器一、蒸发器二、汽轮机二、所述回热器一和所述蒸发冷凝器二，二级嵌套式朗肯循环外循环包括依次相连的泵三、蒸发器三、汽轮机三、回热器三、蒸发冷凝器四和蒸发冷凝器三，二级嵌套式朗肯循环内循环包括依次相连的泵四、回热器二、蒸发器四、汽轮机四、所述回热器二和所述蒸发冷凝器四，LNG气化系统包括依次连接的泵五、所述蒸发冷凝器一、所述蒸发冷凝器二、所述蒸发冷凝器三和所述蒸发冷凝器四，CO2捕集系统包括依次连接的所述蒸发器四、所述蒸发器三、所述蒸发器二、所述蒸发器一、气液分离器和所述回热器三。所述的利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统，其中一级嵌套式朗肯循环外循环的循环工质一为甲烷+乙烷，一级嵌套式朗肯循环内循环的循环工质二为乙烷+丙烯，二级嵌套式朗肯循环外循环的循环工质三为丙烯+丙烷，二级嵌套式朗肯循环内循环的循环工质四为正丁烷+正戊烷。利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的方法，基于上述的利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统，具体包括如下过程：(1)LNG气化：从储罐中出来的LNG直接进入泵五进行加压处理，然后依次进入蒸发冷凝器一、蒸发冷凝器二、蒸发冷凝器三、蒸发冷凝器四分别与级联双级嵌套式朗肯循环系统的循环工质一～四进行换热，对循环工质一～四进行冷凝的同时实现自身的蒸发气化，最终吸热气化后的天然气经过进一步升温、加臭处理达到城市输气管网温度要求后供给城市燃气网络；(2)CO2捕集：从储气柜中出来的菱镁矿熔炼烟气具有高温高压，烟气依次进入蒸发器四、蒸发器三与二级嵌套式朗肯循环内循环的循环工质四及二级嵌套式朗肯循环外循环的循环工质三进行换热，实现初步预冷；经过预冷后的烟气依次进入蒸发器二、蒸发器一与一级嵌套式朗肯循环内循环的循环工质二及一级嵌套式朗肯循环外循环的循环工质一进行换热实现CO2的冷凝，从蒸发器一出来的烟气中部分CO2已经被冷凝为液态，该气液混合物直接进入到气液分离器中将液态CO2产品分离储存；分离了液态CO2后的烟气直接进入回热器三与二级嵌套式朗肯循环外循环的循环工质三进行换热，进行冷能的进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统，其特征在于，包括级联双级嵌套式朗肯循环系统、LNG气化系统和CO2捕集系统，级联双级嵌套式朗肯循环系统包括一级嵌套式朗肯循环外循环、一级嵌套式朗肯循环内循环、二级嵌套式朗肯循环外循环和二级嵌套式朗肯循环内循环，一级嵌套式朗肯循环外循环包括依次相连的泵一、蒸发器一、汽轮机一、蒸发冷凝器二和蒸发冷凝器一，一级嵌套式朗肯循环内循环包括依次相连的泵二、回热器一、蒸发器二、汽轮机二、所述回热器一和所述蒸发冷凝器二，二级嵌套式朗肯循环外循环包括依次相连的泵三、蒸发器三、汽轮机三、回热器三、蒸发冷凝器四和蒸发冷凝器三，二级嵌套式朗肯循环内循环包括依次相连的泵四、回热器二、蒸发器四、汽轮机四、所述回热器二和所述蒸发冷凝器四，LNG气化系统包括依次连接的泵五、所述蒸发冷凝器一、所述蒸发冷凝器二、所述蒸发冷凝器三和所述蒸发冷凝器四，CO2捕集系统包括依次连接的所述蒸发器四、所述蒸发器三、所述蒸发器二、所述蒸发器一、气液分离器和所述回热器三。

【技术特征摘要】
1.利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统，其特征在于，包括级联双级嵌套式朗肯循环系统、LNG气化系统和CO2捕集系统，级联双级嵌套式朗肯循环系统包括一级嵌套式朗肯循环外循环、一级嵌套式朗肯循环内循环、二级嵌套式朗肯循环外循环和二级嵌套式朗肯循环内循环，一级嵌套式朗肯循环外循环包括依次相连的泵一、蒸发器一、汽轮机一、蒸发冷凝器二和蒸发冷凝器一，一级嵌套式朗肯循环内循环包括依次相连的泵二、回热器一、蒸发器二、汽轮机二、所述回热器一和所述蒸发冷凝器二，二级嵌套式朗肯循环外循环包括依次相连的泵三、蒸发器三、汽轮机三、回热器三、蒸发冷凝器四和蒸发冷凝器三，二级嵌套式朗肯循环内循环包括依次相连的泵四、回热器二、蒸发器四、汽轮机四、所述回热器二和所述蒸发冷凝器四，LNG气化系统包括依次连接的泵五、所述蒸发冷凝器一、所述蒸发冷凝器二、所述蒸发冷凝器三和所述蒸发冷凝器四，CO2捕集系统包括依次连接的所述蒸发器四、所述蒸发器三、所述蒸发器二、所述蒸发器一、气液分离器和所述回热器三。2.根据权利要求1所述的利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统，其特征在于，一级嵌套式朗肯循环外循环的循环工质一为甲烷+乙烷，一级嵌套式朗肯循环内循环的循环工质二为乙烷+丙烯，二级嵌套式朗肯循环外循环的循环工质三为丙烯+丙烷，二级嵌套式朗肯循环内循环的循环工质四为正丁烷+正戊烷。3.利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的方法，其特征在于，基于如权利要求1或2所述的利用LNG冷能回收捕集菱镁矿熔炼烟气余热和CO2的系统，具体包括如下过程：(1)LNG气化：从储罐中出来的LNG直接进入泵五进行加压处理，然后依次进入蒸发冷凝器一、蒸发冷凝器二、蒸发冷凝器三、蒸发冷凝器四分别与级联双级嵌套式朗肯循环系统的循环工质一～四进行换热，对循环工质一～四进行冷凝的同时实现自身的蒸发气化，最终吸热气化后的天然气经过进一步升温、加臭处理达到城市输气管网温度要求后供给城市燃气网络；(2)CO2捕集：从储气柜中出来的菱镁矿熔炼烟气具有高温高压，烟气依次进入蒸发器四、蒸发器三与二级嵌套式朗肯循环内循环的循环工质四及二级嵌套式朗肯循环外循环的循环工质三进行换热，实现初步预冷；经过预冷后的烟气依次进入蒸发器二、蒸发器一与一级嵌套式...

【专利技术属性】
技术研发人员：董辉，张利慧，赵亮，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21