一种液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统技术方案

本发明专利技术公开一种液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统，包括分别用于有机朗肯循环发电的一级冷能发电子系统、二级冷能发电子系统和三级冷能发电子系统，用于有机朗肯循环发电或者冷库制冷及制冰的四级冷能利用子系统及用于直接气化膨胀发电的五级冷能发电子系统。一级冷能发电系统、三级冷能发电系统、四级冷能利用系统与五级冷能发电子系统逐级横向并联，二级冷能发电系统与一级冷能发电系统纵向串联，以实现LNG冷能的梯级耦合回收与利用。所述系统将低温段LNG冷能用于发电，将高温段LNG冷能用于发电或者冷库制冷及制冰，且上一级循环为下一级循环提供部分冷量，从而降低换热过程温度差和损失，提高LNG冷能利用率。提高LNG冷能利用率。提高LNG冷能利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统


[0001]本专利技术属于LNG冷能回收及利用
，更具体地，涉及一种液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统。

技术介绍

[0002]LNG是为了便于存储和运输天然气，将天然气净化后降温至
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162℃所形成的常压液体。LNG气化过程中约释放830kJ/kg冷量，大型LNG接收站一般利用海水作为热源直接气化LNG，造成了巨大的能源浪费和环境污染。若可以充分回收LNG气化过程释放的冷能，不仅可以实现可观的经济效益和社会效益，对于我国实现“碳达峰、碳中和”目标也具有重要意义。
[0003]LNG来液压力越低、来液温度越低、甲烷含量越高，LNG冷能品位就越高。目前，LNG冷能利用方式主要包括冷能发电、空分、轻烃回收、制取干冰、粉碎橡胶和冷库空调等，其中冷能发电具有产业链短和风险低等优点，利用LNG冷能发电主要采用直接气化膨胀发电法(DC法)、单级有机朗肯循环发电法(单级ORC法)、串联或并联双级有机朗肯循环发电法(双级ORC法)等，当前大多采用单位质量或单位体积LNG冷能发电量或净发电量、系统效率等指标衡量系统优劣。
[0004]申请公布号为CN108005739A的中国专利技术专利申请公开了一种采用冷能发电的LNG冷能梯级利用方法，该方法采用的是单级DC法+单级ORC法，然而，该方法仅设置了一级有机朗肯循环，损失相对较大，每吨LNG发电量为45kWh，发电量较低。
[0005]申请公布号为CN105569752A的中国专利技术专利申请公开了一种利用LNG冷能发电的工艺及装置，该专利技术专利申请采用了双级ORC工艺，两级有机朗肯循环分别对不同温度段的LNG冷能进行回收，每一级的循环工质为单一有机工质，工质在气化、冷凝温度和冷热源存在温差，而且第二级循环工质经增压泵加压后直接进入丙烷升温加热器时，产生了较大的损失，每方LNG发电量为11.4～12.1kWh。
[0006]申请公布号为CN106150578A的中国专利技术专利申请公开了一种多级耦合LNG冷能利用循环发电系统，该系统采用了纵向三级循环流程，该循环流程只有第三级循环以海水为热源，使得每一级循环蒸发温度和冷凝温度差值减小，损失虽然得到降低，但是由于第一级循环由第二级循环放热提供热源、第二级循环由第三级循环放热提供热源，导致每一级循环净发电量不高，这种工艺只是简单回收了部分冷能，没有回收低品位LNG冷能。根据杨红昌(杨红昌.液化天然气(LNG)冷能发电系统的优化研究[D].北京工业大学,2010.)提供的纵向三级循环流程发电量计算结果，当LNG来液压力为0.6～7MPa时，系统经过循环工质优选后，每吨LNG净发电量为66.5～29.74kWh，LNG离开系统温度在
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53℃～
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47℃，仍然有较高的回收价值。
[0007]申请公布号为CN108798807A的中国专利技术专利申请公开了一种LNG冷能纵向三级发电与海水淡化系统及其综合利用方法，其中的LNG冷能纵向三级发电部分为另一种更为复杂的纵向三级发电系统，但当LNG来液压力为0.1MPa时，每吨LNG发电量仅为26.1kWh。
[0008]申请公布号为CN107725129A、CN110925042A和CN105545390A的中国专利技术专利申请存在第一级或第二级朗肯循环中有机工质蒸发器直接与海水或其他热源换热，产生了较大的损失的问题，导致系统发电量折损。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于解决现有的液化天然气冷能回收发电系统的损失大和冷能利用率低的问题。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供一种液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统，该系统包括分别用于实现有机朗肯循环发电的一级冷能发电子系统、二级冷能发电子系统和三级冷能发电子系统，
[0011]用于实现有机朗肯循环发电或者冷库制冷及制冰的四级冷能利用子系统，
[0012]以及，用于实现直接气化膨胀发电的五级冷能发电子系统；
[0013]所述液化天然气被加压至气化压力后依次流经所述一级冷能发电子系统、所述三级冷能发电子系统、所述四级冷能利用子系统和所述五级冷能发电子系统；
[0014]所述一级冷能发电子系统的做功后的循环工质先作为热介质与液化天然气换热，再作为冷介质依次与所述二级冷能发电子系统的循环工质、所述三级冷能发电子系统的循环工质和所述四级冷能利用子系统的循环工质换热，然后返回所述一级冷能发电子系统并作为冷介质与预定热介质换热，以准备下一次做功；
[0015]所述二级冷能发电子系统的做功后的循环工质先作为热介质与所述一级冷能发电子系统的循环工质换热，再作为冷介质依次与所述三级冷能发电子系统的循环工质和所述四级冷能利用子系统的循环工质换热，然后返回所述二级冷能发电子系统并作为冷介质与预定热介质换热，以准备下一次做功；
[0016]所述三级冷能发电子系统的做功后的循环工质先作为热介质同时与液化天然气、所述一级冷能发电子系统的循环工质和所述二级冷能发电子系统的的循环工质进行换热，再作为冷介质与所述四级冷能利用子系统的循环工质换热，然后返回所述三级冷能发电子系统并作为冷介质与预定热介质换热，以准备下一次做功；
[0017]当所述四级冷能利用子系统用于实现有机朗肯循环发电时，其做功后的循环工质先作为热介质同时与液化天然气、所述一级冷能发电子系统的循环工质、所述二级冷能发电子系统的循环工质和所述三级冷能发电子系统的循环工质换热，再作为冷介质与预定热介质换热，以准备下一次做功；
[0018]当所述四级冷能利用子系统用于冷库制冷及制冰时，其吸热后的循环工质在作为热介质同时与液化天然气、所述一级冷能发电子系统的循环工质、所述二级冷能发电子系统的循环工质和所述三级冷能发电子系统的循环工质换热后，准备下一次吸热；
[0019]经所述四级冷能利用子系统流出的天然气在作为冷介质与预定热介质换热后进入所述五级冷能发电子系统做功；
[0020]经所述五级冷能发电子系统流出的天然气在作为冷介质与预定热介质换热后进入下游输气管道。
[0021]作为优选的是，所述冷能梯级耦合回收利用系统还包括：
[0022]液化天然气增压泵，用于将液化天然气来液加压至气化压力。
[0023]作为优选的是，所述冷能梯级耦合回收利用系统还包括：
[0024]预定热介质供给子系统，用于供给预定热介质，所述预定热介质为海水；
[0025]所述预定热介质供给子系统包括海水泵和海水分液器；
[0026]当所述四级冷能利用子系统用于实现有机朗肯循环发电时，所述海水分液器用于将所述海水泵泵入的海水分为五路，五路海水分别输出至所述一级冷能发电子系统、所述二级冷能发电子系统、所述三级冷能发电子系统、所述四级冷能利用子系统和所述五级冷能发电子系统；
[0027]当所述四级冷能利用子系统用于冷库制冷及制冰时，所述海水分液器用于将所述海水泵泵入的海水分为四路，四路海水分别输出至所述一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统，其特征在于，包括分别用于实现有机朗肯循环发电的一级冷能发电子系统、二级冷能发电子系统和三级冷能发电子系统，用于实现有机朗肯循环发电或者冷库制冷及制冰的四级冷能利用子系统，以及，用于实现直接气化膨胀发电的五级冷能发电子系统；所述液化天然气被加压至气化压力后依次流经所述一级冷能发电子系统、所述三级冷能发电子系统、所述四级冷能利用子系统和所述五级冷能发电子系统；所述一级冷能发电子系统的做功后的循环工质先作为热介质与液化天然气换热，再作为冷介质依次与所述二级冷能发电子系统的循环工质、所述三级冷能发电子系统的循环工质和所述四级冷能利用子系统的循环工质换热，然后返回所述一级冷能发电子系统并作为冷介质与预定热介质换热，以准备下一次做功；所述二级冷能发电子系统的做功后的循环工质先作为热介质与所述一级冷能发电子系统的循环工质换热，再作为冷介质依次与所述三级冷能发电子系统的循环工质和所述四级冷能利用子系统的循环工质换热，然后返回所述二级冷能发电子系统并作为冷介质与预定热介质换热，以准备下一次做功；所述三级冷能发电子系统的做功后的循环工质先作为热介质同时与液化天然气、所述一级冷能发电子系统的循环工质和所述二级冷能发电子系统的的循环工质进行换热，再作为冷介质与所述四级冷能利用子系统的循环工质换热，然后返回所述三级冷能发电子系统并作为冷介质与预定热介质换热，以准备下一次做功；当所述四级冷能利用子系统用于实现有机朗肯循环发电时，其做功后的循环工质先作为热介质同时与液化天然气、所述一级冷能发电子系统的循环工质、所述二级冷能发电子系统的循环工质和所述三级冷能发电子系统的循环工质换热，再作为冷介质与预定热介质换热，以准备下一次做功；当所述四级冷能利用子系统用于冷库制冷及制冰时，其吸热后的循环工质在作为热介质同时与液化天然气、所述一级冷能发电子系统的循环工质、所述二级冷能发电子系统的循环工质和所述三级冷能发电子系统的循环工质换热后，准备下一次吸热；经所述四级冷能利用子系统流出的天然气在作为冷介质与预定热介质换热后进入所述五级冷能发电子系统做功；经所述五级冷能发电子系统流出的天然气在作为冷介质与预定热介质换热后进入下游输气管道。2.根据权利要求1所述的液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统，其特征在于，还包括：液化天然气增压泵，用于将液化天然气来液加压至气化压力。3.根据权利要求2所述的液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统，其特征在于，还包括：预定热介质供给子系统，用于供给预定热介质，所述预定热介质为海水；所述预定热介质供给子系统包括海水泵和海水分液器；当所述四级冷能利用子系统用于实现有机朗肯循环发电时，所述海水分液器用于将所述海水泵泵入的海水分为五路，五路海水分别输出至所述一级冷能发电子系统、所述二级冷能发电子系统、所述三级冷能发电子系统、所述四级冷能利用子系统和所述五级冷能发
电子系统；当所述四级冷能利用子系统用于冷库制冷及制冰时，所述海水分液器用于将所述海水泵泵入的海水分为四路，四路海水分别输出至所述一级冷能发电子系统、所述二级冷能发电子系统、所述三级冷能发电子系统和所述五级冷能发电子系统。4.根据权利要求3所述的液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统，其特征在于，所述一级冷能发电子系统包括一级工质冷凝器、一级工质泵、一级海水
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工质蒸发器和一级膨胀发电机；所述一级海水
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工质蒸发器的工质输出端依次通过所述一级膨胀发电机、所述一级工质冷凝器的工质流道、所述一级工质泵、所述二级冷能发电子系统、所述三级冷能发电子系统和所述四级冷能利用子系统与自身的工质输入端相连通；所述液化天然气增压泵的液化天然气输出端接入所述一级工质冷凝器的液化天然气流道；所述海水分液器的第一海水输出端接入所述一级海水
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工质蒸发器的海水流道，该海水流道的输出端开放设置。5.根据权利要求4所述的液化天然气的冷能梯级耦合回收利用系统，其特征在于，所述二级冷能发电子系统包括二级工质冷凝器、二级工质泵、二级海水
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工质蒸发器和二级膨胀发电机；所述二级海水
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工质蒸发器的工质输出端依次通过所述二级膨胀发电机、所述二级工质冷凝器的工质流道、所述二级工质泵、所述三级冷能发电子系统和所述四级冷能利用子系统与自身的工质输入端相连通；所述一级冷能发电子系统的循环工...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏飞，李成嵩，吴军，李瑞霞，李宏武，吴陈冰洁，
申请(专利权)人：中国石化集团新星石油有限责任公司中石化新星北京新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：