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_3

文档序号:9394746阅读:来源:国知局
161°C的LNG冷火用为402.3KJ/Kg。
[0056]下述实施例中,甲烷低位热值35.99MJ/Nm3。
[0057]下述实施例中,所用公式如下:
[0058]发电效率=净输出功率/ (天然气消耗量X天然气地位热值)
[0059]综合效率=净输出功率/ (天然气消耗量X天然气地位热值+LNG量XLNG单位冷火用)
[0060]实施例1、利用液化天然气(LNG)冷能捕集二氧化碳的方法及其系统:
[0061]—、利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的系统,其系统结构如图1所示: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(蒸汽循环发电系统)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。
[0062]其中,所述LNG冷能回收及压力能回收系统包括LNG高压栗B24、换热器B25、冷凝器记作B26、分流器B27、余热锅炉B16、燃气透平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 (即烟气余热换热器)、燃气透平B28 (即NG透平)和换热器B29依次连接。
[0063]所述燃气燃烧发电、烟气废热回收发电(蒸汽循环发电系统)及烟气循环系统包括烟气空气混合器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和蒸汽郎肯循环发电系统依次连接。
[0064]其中,所述蒸汽郎肯循环发电系统包括废热锅炉B15、高压蒸汽透平B20、中压蒸汽透平B21、冷凝器B22和循环水栗B23 ;所述废热锅炉B15、高压蒸汽透平B20、中压蒸汽透平B21、冷凝器B22和循环水栗B23依次连接。
[0065]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中烟气二氧化碳分离提纯系统包括余热锅炉B16、冷却器B17、气液分离器B18、分流器B19、压缩机B30、换热器B31、分子筛除水器B32和CO2提纯净化系统B33 ;所述余热锅炉B16、冷却器B17、气液分离器B18、分流器B19、压缩机B30、换热器B31、分子筛除水器B32和CO2提纯净化系统B33依次连接。
[0066]其中,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中丙烷循环二氧化碳液化系统包括C(V液化器B36、丙烷循环栗B37和换热器B25 ;所述CO 2液化器B36、丙烷循环栗B37和换热器B25依次连接。
[0067]二、利用液化天然气(LNG)冷能捕集二氧化碳的方法,工艺流程图如图1所示:
[0068]I)燃气电厂发电:标准状况下500,OOONmVh的空气(AIR)与来自步骤2)的330,OOONmVh的循环烟气F-GAS16在空气烟气混合器Bll中混合均匀,经空气压缩机B12升压至13?20atm,具体升压至17atm。
[0069]来自于LNG气化段的25000Kg/h、30°C,17bar的天然气NG7与混合气记作F-GAS18进入燃烧反应器B13中燃烧生成1280°C,17bar的高温高压烟气F-GASl,高温高压烟气推动烟气透平B14做功,温度降至630°C,压力降至1.3atm。
[0070]上述步骤为常规燃气电厂发电工艺,烟气透平B14与空气压缩机B12同轴做功,总发电功率为119.3MW。
[0071]从烟气透平B14中排出的烟气F-GAS2进入蒸汽郎肯循环系统,回收其剩余的热量。具体步骤如下:
[0072]做功后烟气F-GAS2温度为630°C,来自循环水栗B23(即锅炉给水栗)的240t/h,18MPa,105°C的循环水在废热锅炉(B15)中与烟气换热,经换热、蒸发、过热,循环水在废热锅炉B15中产生580°C,18MPa过热蒸汽STEAM-1,烟气F-GAS2温度降至110°C左右。高压蒸汽STEAM-1进入高压蒸汽透平B20中做功,从蒸汽透平中流出的压力为7MPa,温度为其温度降至350°C。然后在将蒸汽STEAM-2送回废热锅炉B15中再次吸收热量,温度升至530°C。将蒸汽STEAM-3送至中压蒸汽透平B21做功,温度下降至120°C,压力下降至1.2atm。经冷却器B22 (即冷却塔)冷却,蒸汽STEAM-4全部冷凝为液态水,液态水再经循环水栗B23增压,输送至废热锅炉B15中进行循环利用。
[0073]该步骤完成一个完整的蒸汽郎肯循环,净发电功率为65.7MW。
[0074]2) LNG冷能回收及压力能发电:
[0075]LNG以常压(Iatm)状态储存在LNG储罐,温度为_161°C。为达到输配要求,需要将LNG加压至管网压力。
[0076]来自储罐30t/h的LNG的经栗B24加压至8MPa,进入换热器B25与步骤3)中500t/h的丙烷(C3H8-1)换热。在该步骤中LNG气化为高压燃气,丙烷温度降至-65°C。为了进一步提高能量利用率,高压燃气与步骤3)中的净化提纯的高压二氧化碳换热,温度升至零度,二氧化碳冷却至_30°C。经过该步后,燃气经最后调温进入输配系统远距离输配。
[0077]进入输配系统的SMPa天然气NG2在分流器B27处分离出两股,一股天然气NG3直接进入城市管网,另一股7Kg/s的天然气NG4用于燃气轮机燃烧。燃气轮机的工作压力为17atm,该股天然气NG4需调压后才能进入燃烧反应室B13中燃烧。为了提高发电效率及后续燃气轮机燃烧效率,该股天然气NG4再次与步骤I)中接近常压的烟气F-GAS3在余热锅炉B16中进行二次换热升高温度至95°C,燃气NG5通入到燃气透平B28膨胀做功,压力降至17atm后,进入到燃烧反应器(燃气轮机燃烧室)中燃烧发电。
[0078]该步骤为燃气压力能回收,净发电功率为1.5丽。
[0079]3) LNG冷能进行二氧化碳液化捕集:
[0080]从废热锅炉B15中排出的烟气F-GAS3进入废热锅炉B16中,从废热锅炉B16排出的烟气F-GAS4温度接至近105°C,经冷却器B17冷却至常温,烟气中的大部分水蒸气液化,将烟气F-GAS5通过气液分离器B18除去其中的冷凝水,得到烟气F-GAS6,该烟气组成为氮气83%,氧气5%,二氧化碳10%。
[0081]将烟气F-GAS6通过分流器B19按体积比1:1分为两股,一股用于步骤I)中空气混合,用于循环燃烧,另一股用于二氧化碳捕集。
[0082]经分流器B19分出330,OOONmVh的烟气F-GAS7用于回收二氧化碳,烟气F-GAS7通过压缩机B30中加压至4atm,在压缩机出口设置冷却器B31冷却烟气至常温,烟气F-GAS9经分子筛除水器B32深度除水得到以氮气、氧气、二氧化碳为主的纯净烟气,再将其经过CO2提纯净化系统B33(变压吸附提纯工段包含吸附、脱附等工艺)的处理,得到纯度在95%以上的二氧化碳(即烟气F-GASlI),该步骤二氧化碳的回收率85%。
[0083]烟气F-GASl I经压缩机B34增压至9atm,在压缩机末端设置冷凝器记作B35冷却烟气,烟气F-GAS13进入冷凝器B26中预冷,温度降至_30°C,最后烟气F-GAS14进入0)2液化器B36中液化,去除残留的氮气和氧气等,得到液化二氧化碳(L-CO2),温度-50°C,纯度98 %,此步骤二氧化碳的回收率95 %。
[0084]根据需要液态二氧化碳可以经行后续深加工精细化处理。
[0085]上步中,二氧化碳液化处理工段包含一个以丙烷为冷媒的循环过程。500t/h的丙烷经
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