利用液化天然气冷能捕集液化二氧化碳的系统装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于液化天然气冷能利用和二氧化碳减排领域，具体涉及一种利用液化天然气冷能捕集液化二氧化碳的系统装置及其方法。
【背景技术】
[0002]LNG及其冷能利用:液化是运输天然气的一种可行方式，使用绝热的LNG储罐运输液化天然气已成为现代天然气贸易的重要手段。运输来的液化天然气在接收站经加压后气化进入燃气管网输配，这个过程有大约800KJ/kg的冷量释放。上个世纪九十年代，人们已经开始研究LNG气化冷能回收利用的技术，目前LNG冷能主要被用于空气分离、轻烃分离、冷能发电、二氧化碳捕集及干冰制备、冷库、海水淡化及低温粉碎等方面。
[0003]近些年来，我国LNG进入快速发展期，沿海接收站建设掀起了一个个高潮。目前已建成投运的接收站有6座，接收能力2420万吨/年。核准在建6座，设计接收能力2150万吨/年，另有6座接收站取得了发改委“路条”文件，正在开展前期工作，预计总设计接收能力1720万吨/年。于此对应，围绕着LNG接收站聚集了一批LNG及其冷能利用产业。以福建莆田LNG接收站为例，周围相继建成了莆田燃气电厂、冷能利用空分厂和精细胶粉厂。然而，与日本、韩国等相比，我国LNG冷能利用起步相对较晚，利用形式单一，目前只有冷能空分和橡胶深冷粉碎实现了工业化，其它冷能利用技术尚在研究阶段。
[0004]二氧化碳排放与减排:二氧化碳是一种温室气体已经到了人们的共识，随着工业化的进程，人类用近二百年的时间创造了超过近代之前社会财富的总和，于此相伴的是大量煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧，这些化石燃料燃烧后将排放大量二氧化碳。根据近代研究表明，近100年来全球温升已经超过0.6°C，如果继续持续，预计到本世纪中叶，全球气温将升高1.5?4.5°C，届时世界各地沿海城市将不复存在。这种问题逐渐引起了人们的关注，并做出了应对气候变化的行动，人们普遍认为减少二氧化碳排放将有效减慢全球温升。欧盟、日本等国家率先启动了碳排放权交易，以减少二氧化碳的排放。
[0005]在应对气候变化方面，我国也做出了巨大的努力。首先，2009年哥本哈根气候变化大会前夕，我国政府向世界做出了负责任的承诺:到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%?45%。其次，积极开展碳排放权交易，用市场的手段实现减排目的。作为先期碳排放交易试点北京、广东、上海、天津、重庆、湖北和深圳7省市已相继开市，截止2014年末，七大试点二级市场交易额突破5.3亿元。从2014年初，国家相关部委领导就在不同场合释放了全国碳排放权交易市场将在2016年运行的信号。当年12月12日发改委发布了《碳排放权交易管理暂行办法》，对全国碳排放权交易的整个过程做了详细的规定，至此中国碳市场开始进入倒计时。
[0006]在未来，碳排放权将会成为一种硬通商品。多排是成本，减排是收益，如何通过碳减排增加收益已经成为企业需要研究的课题。
[0007]二氧化碳捕集与液化:二氧化碳捕集根据技术路线可分为燃烧前分离和燃烧后分离。燃烧前分离技术是利用化石燃料富含碳氢两种元素的特性，通过化学反应将二者分离，制成以氢为主的燃料，同时分离二氧化碳。该技术目前主要存在于工业合成气的制备过程，化石燃料通过水蒸气重整变换反应生成以氢气和二氧化碳为主的合成气，分离提纯得到纯净的氢气和二氧化碳。
[0008]燃烧后分离技术根据燃烧后烟气中二氧化碳浓度的差异又可以分为常规燃烧和富氧燃烧。常规燃烧是化石燃料以空气作为助燃剂进行的燃烧技术，这种方法得到的烟气中二氧化碳含量偏低，一般低于15%，后续需配备变压吸附装置、胺溶液吸收装置或膜分离装置等分离提纯二氧化碳。富氧燃烧技术是化石燃料在纯氧与循环烟气组成的助燃剂下燃烧，通过烟气循环提高烟气中二氧化碳的含量的燃烧技术，利用该方法烟气中二氧化碳的浓度可以达到95%以上。
[0009]不论是燃烧前分离技术或是燃烧后分离技术，得到的二氧化碳都是以气态存在，这给储存、运输带来了极大的不便，为了便于储存、运输，上文捕集到的二氧化碳需进一步液化。
[0010]传统的液化工艺将二氧化碳压缩至2.5?3.0MPa,再利用制冷设备冷却和液化。而利用LNG的冷能，则很容易获得冷却和液化二氧化碳所需要的低温，从而将液化装置的工作压力降至0.9MPa左右。与传统的液化工艺相比，制冷设备的负荷大为减少，电耗也降低了 30%?40%。
[0011]中国专利201020000778.X给出了一种常规燃煤电厂二氧化碳捕集技术，它利用乙醇胺溶液吸收二氧化碳，得到分离提纯，但是该工艺缺少二氧化碳液化过程，缺少远距离运输的可能性。
[0012]美国专利US7637109B2给出了一种富氧燃烧技术，通过在燃烧室中加水控制燃烧温度，产生高温高压烟气推动透平做功，利用LNG冷却做功后的烟气分离二氧化碳，该方案实现了二氧化碳的捕集，但是未考虑能量的综合利用，整体效率较低。
[0013]中国发明专利(申请号)201310618307.3对上述方案做了改进，在利用富氧燃烧技术的基础上，添加了废热锅炉回收做功后烟气的余热，同时利用LNG冷凝捕集二氧化碳，实现了二氧化碳捕集的基础上，提高装置的总体能量效率。但是该方案需要增加空分装置来制备纯氧，设备总体投资大，单位液态二氧化碳成本较高。
[0014]中国发明专利(申请号)02107780.0给出了一种常规燃烧下LNG冷能捕集二氧化碳的技术。它利用LNG气化的冷能凝华烟气中的二氧化碳，凝结在换热器外壁的二氧化碳通过两列平行换热器交替操作得到回收，但是该方案中捕集单位二氧化碳LNG冷能消耗量较大。
[0015]中国发明专利(申请号)201110073906.2给出了一种通过烟气节流膨胀法产生低温捕集二氧化碳的方案，该方案省去了二氧化碳净化过程，但是节流压力较高，空气压缩费用及后期操作费用高，并且二氧化碳捕集率较低，约10%。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是提供一种利用液化天然气冷能捕集液化二氧化碳的系统装置及其方法。
[0017]本发明所提供的系统装置，包括LNG冷能回收及压力能回收系统，燃气燃烧发电、烟气废热回收发电及烟气循环系统和烟气二氧化碳分离提纯与丙烷循环二氧化碳液化系统三个部分，
[0018]其中，所述LNG冷能回收及压力能回收系统中的余热锅炉记作B16和所述燃气燃烧发电、烟气废热回收发电及烟气循环系统中的废热锅炉记作B15相连；
[0019]所述LNG冷能回收及压力能回收系统中的换热器记作B29和所述燃气燃烧发电、烟气废热回收发电及烟气循环系统中的燃烧反应器记作B13相连；
[0020]所述烟气二氧化碳分离提纯与丙烷循环二氧化碳液化系统通过余热锅炉B16分别与所述LNG冷能回收及压力能回收系统和所述燃气燃烧发电、烟气废热回收发电及烟气循环系统中的废热锅炉B15相连。
[0021]上述系统装置中，所述LNG冷能回收及压力能回收系统包括LNG高压栗记作B24、换热器记作B25、冷凝器记作B26、分流器记作B27、余热锅炉B16、燃气透平记作B28和换热器B29 ;所述LNG高压栗B24、换热器B25、冷凝器B26、分流器B27、余热锅炉B16、燃气透平B28和换热器B29依次连接。
[0022]所述燃气燃烧发电、烟气废热回收发电及烟气循环系统包括烟气空气混合器记作B11、空气压缩机记作B12、燃烧反应器B13、烟气透平记作B14和蒸汽郎肯循环发电系统；所述烟气空气混合器B11、空气压缩机B12、燃烧反应器B13、烟气透平B14和蒸汽郎肯循环