一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法。本发明专利技术采用2

【技术实现步骤摘要】
一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法


[0001]本专利技术涉及低品位热能发电
，具体涉及一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法。

技术介绍

[0002]目前应用最广泛的发电方法为朗肯循环，然而在实际应用中主要存在以下两个方面问题。一是由于循环介质多采用低沸点化合物，因此需要设置冷凝器、蒸发器使工质发生相变，消耗能量较多，设备热负荷较大。另一方面，为提高朗肯循环热效率，常引入再热器实现二次等压加热过程，过热水蒸汽使得过热器和透平机等耐高温设备投资费用较高。
[0003]2‑
甲基咪唑属于咪唑类化合物，沸点267℃，因其低毒性、高化学稳定性、生产成本低等性质被广泛应用于缓蚀剂、气体分离等领域，常作为配体合成沸石咪唑类材料(ZIFs)。2
‑
甲基咪唑对CO2气体有着良好的吸收性能，因此可作为CO2气体的吸收剂，此外在温度较高时(约80℃)溶液中的CO2可以发生解吸过程，实现吸收剂的可循环利用。本专利技术利用低品位热能，如太阳能、地热能以及工厂低温废热等，只需为流体输送消耗较少的机械能，能够大幅度降低低温发电循环的能耗，具有安全环保、运行稳定、热效率高等优点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法。该低温循环发电系统利用低品位热能提供热量，2
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甲基咪唑水溶液对CO2气体的吸收
‑
解吸过程实现发电，相比于传统的低温朗肯循环发电，可实现太阳能热水、地热能以及工厂废热等低品位热源的高效利用，整体提高系统的稳定性与高效性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的以下技术方案：
[0006]本专利技术一方面提供一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统，该低温循环发电系统采用CO2气体作为循环工质，2
‑
甲基咪唑水溶液为吸收介质，包括：
[0007]CO2吸收单元、第一换热器、循环增压泵、CO2解吸单元、CO2透平机、发电机；
[0008]所述CO2吸收单元的出口经过所述第一换热器之后与所述循环增压泵的入口连接，所述循环增压泵的出口与所述CO2解吸单元的入口连接，所述CO2解吸单元的液体出口经过所述第一换热器之后与所述CO2吸收单元的入口连接；所述CO2解吸单元的气体出口与所述CO2透平机的入口连接，所述CO2透平机的出口与所述CO2吸收单元的入口连接，且所述CO2透平机与所述发电机连接；所述CO2解吸单元设置有加热装置，所述加热装置由低品位热源提供热量。
[0009]根据本专利技术的低温循环发电系统，优选地，所述低品位热源选自太阳能热水、地热或工厂低温废热。例如，所述加热装置为热水器，其加热水的热源为太阳能热水、地热或工厂低温废热等低品位热源；所述加热装置中的热水通过加热盘管为所述CO2解吸单元提供热量。当采用太阳能热水时，所述加热装置为太阳能热水器。
[0010]根据本专利技术的低温循环发电系统，优选地，所述CO2吸收单元设置有外取热器，用
于及时移走反应的吸收热，使CO2吸收过程体系温度稳定。
[0011]根据本专利技术的低温循环发电系统，优选地，所述外取热器的内部取热介质为冷却水。
[0012]根据本专利技术的低温循环发电系统，优选地，所述第一换热器为管壳式换热器；所述CO2吸收单元的出口与所述第一换热器的管程入口连接，所述第一换热器的管程出口与所述循环增压泵的入口连接；所述CO2解吸单元的液体出口与所述换热器的壳程入口连接，所述第一换热器的壳程出口与所述CO2吸收单元的入口连接。
[0013]即，所述第一换热器的管程为富液(富CO2的2
‑
甲基咪唑水溶液)，壳程为贫液(也称解吸液)；二者在此进行换热。
[0014]根据本专利技术的低温循环发电系统，优选地，所述低温循环发电系统还包括第二换热器，所述第一换热器的壳程出口经过所述第二换热器之后与所述CO2吸收单元的入口连接。贫液经过第一换热器与富液换热降温后进一步经过所述第二换热器冷却。
[0015]根据本专利技术的低温循环发电系统，优选地，所述第二换热器的内部换热介质为冷却水。
[0016]根据本专利技术的低温循环发电系统，优选地，所述CO2解吸单元的液体出口与所述第一换热器之间的连接管线上设置有减压阀；所述CO2解吸单元中解析后的贫液经所述减压阀减压、第一换热器和第二换热器冷却后回到CO2吸收单元。
[0017]本专利技术另一方面提供一种以CO2为工质的低温循环发电方法，其使用以上任一低温循环发电系统进行。
[0018]进一步的，该低温循环发电方法包括以下步骤：
[0019]在所述CO2吸收单元中2
‑
甲基咪唑水溶液吸收CO2气体成为富液，富液经所述第一换热器与贫液换热升温后，经升压进入所述CO2解吸单元；
[0020]所述低品位热源为所述CO2解吸单元供热，使得CO2气体从富液中解吸逸出，进入所述CO2透平机膨胀做功，带动所述发电机发电；解吸后的贫液经所述第一换热器与富液换热冷却后回到所述CO2吸收单元。
[0021]根据本专利技术的低温循环发电方法，优选地，所述CO2吸收单元的操作温度为20～40℃，操作压力0.2～0.3MPa。
[0022]根据本专利技术的低温循环发电方法，优选地，所述CO2解吸单元的操作温度为80～120℃，操作压力为0.8～1.2MPa；通过循环增压泵将富液增压至此0.8～1.2MPa。
[0023]根据本专利技术的低温循环发电方法，优选地，所述2
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甲基咪唑水溶液的浓度为30～60wt.％。
[0024]根据本专利技术的低温循环发电方法，优选地，所述CO2透平机的出口压力为0.2～0.3MPa。
[0025]本专利技术提供的以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法采用2
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甲基咪唑水溶液在低温(20～40℃)、低压(0.2～0.3MPa)下吸收CO2，在较高温度(80～120℃)下吸收热量，释放出高压(0.8～1.2MPa)CO2气体，通过透平膨胀对外做功发电。由于CO2的解吸温度在80℃左右，因此可以利用太阳能热水、地热或工厂低温废热作为解吸的热源，实现低温位循环发电。本专利技术的系统以CO2为工质，2
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甲基咪唑水溶液为吸收介质，利用太阳能热水、地热和工厂废热等低品位热源来发电，实现节能和碳减排。由于CO2无毒、不易燃易爆，该循
环比现有低温有机朗肯循环更为安全环保，热电效率也更高。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一优选实施例中的以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统示意图。
[0027]图2为本专利技术一优选实施例中的海上太阳能驱动的二氧化碳气体循环发电系统示意图。
[0028]附图标记说明：
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CO2吸收单元
[0030]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统，其特征在于，该低温循环发电系统采用CO2气体作为循环工质，2
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甲基咪唑水溶液为吸收介质，包括：CO2吸收单元(1)、第一换热器(2)、循环增压泵(3)、CO2解吸单元(4)、CO2透平机(6)、发电机(7)；所述CO2吸收单元(1)的出口经过所述第一换热器(2)之后与所述循环增压泵(3)的入口连接，所述循环增压泵(3)的出口与所述CO2解吸单元(4)的入口连接，所述CO2解吸单元(4)的液体出口经过所述第一换热器(2)之后与所述CO2吸收单元(1)的入口连接；所述CO2解吸单元(4)的气体出口与所述CO2透平机(6)的入口连接，所述CO2透平机(6)的出口与所述CO2吸收单元(1)的入口连接，且所述CO2透平机(6)与所述发电机(7)连接；所述CO2解吸单元(4)设置有加热装置。2.根据权利要求1所述的低温循环发电系统，其特征在于，所述加热装置由低品位热源提供热量，所述低品位热源选自太阳能热水、地热或工厂低温废热。3.根据权利要求1所述的低温循环发电系统，其特征在于，所述CO2吸收单元(1)设置有外取热器(11)。4.根据权利要求3所述的低温循环发电系统，其特征在于，所述外取热器(11)的内部取热介质为冷却水。5.根据权利要求1所述的低温循环发电系统，其特征在于，所述第一换热器(2)为管壳式换热器；所述CO2吸收单元(1)的出口与所述第一换热器(2)的管程入口连接，所述第一换热器(2)的管程出口与所述循环增压泵(3)的入口连接；所述CO2解吸单元(4)的液体出口与所述换热器(2)的壳程入口连接，所述第一换热器(2)的壳程出口与所述CO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光进，邓春，刘蓓，孙长宇，蔡进，李昆，汤涵，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：