利用液化天然气冷能的燃气轮机进气冷却及碳捕集系统

本发明涉及液化天然气领域，特别是涉及一种利用液化天然气冷能的燃气轮机进气冷却及碳捕集系统。

背景技术：

近年来伴随着快速的工业发展，化石燃料的需求迅速增加，天然气作为化石燃料中最清洁的能源，天然气贸易迅速发展，天然气在世界范围内已被广泛应用。运输天然气的方式有很多种，对于一些跨洋、长距离运输等，最常见的运输方式是液化天然气。

在液化天然气储存和运输过程中，尽管液化天然气储存装置配有保温层，但仍会有热量进入，会不可避免地产生bog(液化天然气闪蒸气)。目前，bog的管理方法主要是作为发电燃料。但bog作为燃气轮机发电燃料发电后，燃气轮机会排出大量烟气，烟气中二氧化碳大量地无组织排放，严重污染环境。

另一方面，液化天然气的储存温度为-162℃，而用户使用的天然气的温度多是环境温度，从-162℃气化到环境温度过程中会释放出大约850kj/kg的冷能，目前这部分冷能没有得到充分利用。

因此，如何利用液化天然气化过程中会释放出的冷能提高燃气轮机综合效率，并减少bog作为燃气轮机发电燃料发电后二氧化碳的排放成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供一种利用液化天然气冷能对燃气轮机进气冷却并捕集二氧化碳，不仅可以提高燃气轮机综合效率，又可以有效减少系统碳排放，减轻对环境的污染的利用液化天然气冷能的燃气轮机进气冷却及碳捕集系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种利用液化天然气冷能的燃气轮机进气冷却及碳捕集系统，包括：液化天然气储存装置，所述液化天然气储存装置内部储存有液化天然气；燃气轮机系统，其包括空气换热器、闪蒸气换热器以及燃气轮机，所述空气换热器的冷媒侧入口和热媒侧入口分别与所述液化天然气储存装置及空气相连通，所述闪蒸气换热器的冷媒侧入口和热媒侧入口分别与所述液化天然气储存装置及液化天然气闪蒸气相连通，所述空气换热器的热媒侧出口以及所述闪蒸气换热器的热媒侧出口均与所述燃气轮机的进气口相连通；烟气处理系统，其包括第一烟气换热器，所述液化天然气储存装置与所述第一烟气换热器的冷媒侧入口相连通，所述第一烟气换热器的热媒侧入口与所述燃气轮机的出烟口相连通；液态二氧化碳收集系统，所述液态二氧化碳收集系统与所述第一烟气换热器的热媒侧出口相连通。

优选地，所述液态二氧化碳收集系统包括第一气液分离器以及液态二氧化碳储存装置，所述第一烟气换热器的热媒侧出口、所述第一气液分离器以及所述液态二氧化碳储存装置依次连通。

优选地，所述液态二氧化碳储存装置为液态二氧化碳储罐，所述液化天然气储存装置为液态天然气储罐。

优选地，所述烟气处理系统还包括第二烟气换热器、第二气液分离器以及气体压缩装置，所述液化天然气储存装置和所述燃气轮机的出烟口分别与所述第二烟气换热器的冷媒侧入口和热媒侧入口相连通，所述第二烟气换热器的热媒侧出口与所述第二气液分离器的进口相连通，所述第二气液分离器的出气口与所述气体压缩装置的进气口相连通，所述气体压缩装置的出气口与所述第一烟气换热器的热媒侧入口相连通。

优选地，所述液化天然气储存装置与所述空气换热器的冷媒侧入口以及所述第一烟气换热器的冷媒侧入口均连通，且所述空气换热器的冷媒侧、所述闪蒸气换热器的冷媒侧、所述第二烟气换热器的冷媒侧以及所述第一烟气换热器的冷媒侧依次连通。

优选地，所述液化天然气储存装置通过第一支路与所述空气换热器的冷媒侧入口相连通，所述液化天然气储存装置通过第二支路与所述第一烟气换热器的冷媒侧入口相连通，所述空气换热器的冷媒侧出口通过第三支路与所述闪蒸气换热器的冷媒侧入口相连通，所述闪蒸气换热器的冷媒侧出口通过第四支路与所述第二烟气换热器的冷媒侧入口相连通，所述第二烟气换热器的冷媒侧出口通过第五支路与所述第一烟气换热器的冷媒侧入口相连通。

优选地，所述气体压缩装置为压缩机。

优选地，所述燃气轮机包括依次连通的压气机、燃烧室以及燃气透平，所述空气换热器的热媒侧出口与所述压气机相连通，所述闪蒸气换热器的热媒侧出口与所述燃烧室相连通，所述燃气透平与所述第二烟气换热器的热媒侧入口相连通。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的利用液化天然气冷能的燃气轮机进气冷却及碳捕集系统，包括：液化天然气储存装置，液化天然气储存装置内部储存有液化天然气；燃气轮机系统，其包括空气换热器、闪蒸气换热器以及燃气轮机，空气换热器的冷媒侧入口和热媒侧入口分别与液化天然气储存装置及空气相连通，闪蒸气换热器的冷媒侧入口和热媒侧入口分别与液化天然气储存装置及液化天然气闪蒸气相连通，空气换热器的热媒侧出口以及闪蒸气换热器的热媒侧出口均与燃气轮机的进气口相连通；烟气处理系统，其包括第一烟气换热器，液化天然气储存装置与第一烟气换热器的冷媒侧入口相连通，第一烟气换热器的热媒侧入口与燃气轮机的出烟口相连通；液态二氧化碳收集系统，液态二氧化碳收集系统与第一烟气换热器的热媒侧出口相连通。

具体使用过程中，液化天然气与空气和液化天然气闪蒸气进行换热，从而降低空气及液化天然气闪蒸气的温度，使得燃气轮机进气(空气和液化天然气闪蒸气)温度降低，燃气轮机发电的综合效率提高，同时液化天然气对燃气轮机排出的烟气进行降温，使得二氧化碳气体冷凝成液态二氧化碳，自烟气中分离出来，有效避免了大量二氧化碳气体排放至大气中，严重污染环境的情况发生。该系统利用液化天然气的冷能，在避免液化天然气冷能浪费的基础上，提高了燃气轮机综合效率，减少了系统碳排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的利用液化天然气冷能的燃气轮机进气冷却及碳捕集系统的整体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的利用液化天然气冷能的燃气轮机进气冷却及碳捕集系统的流程示意图。

附图标记说明：100、利用液化天然气冷能的燃气轮机进气冷却及碳捕集系统；1、液化天然气储存装置；2、燃气轮机系统；3、烟气处理系统；4、液态二氧化碳收集系统；11、第一支路；12、第二支路；21、空气换热器；22、闪蒸气换热器；23、压气机；24、燃气透平；25、燃烧室；26、第三支路；27、第四支路；31、烟气管路；32、第二烟气换热器；33、第二气液分离器；34、气体压缩装置；35、第一烟气换热器；36、第五支路；41、第一气液分离器；42、液态二氧化碳储罐；5、空气储罐；6、闪蒸气储罐。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种利用液化天然气冷能对燃气轮机进气冷却并捕集二氧化碳，不仅可以提高燃气轮机综合效率，又可以有效减少系统碳排放，减轻对环境的污染的燃气轮机进气冷却及烟气二氧化碳捕集一体化系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1-图2所示，本实施例提供一种利用液化天然气冷能的燃气轮机进气冷却及碳捕集系统100，包括：液化天然气储存装置1，液化天然气储存装置1内部储存有液化天然气；燃气轮机系统2，其包括空气换热器21、闪蒸气换热器22以及燃气轮机，空气换热器21的冷媒侧入口和热媒侧入口分别与液化天然气储存装置1及空气相连通、以利用液态天然气与空气进行换热，闪蒸气换热器22的冷媒侧入口和热媒侧入口分别与液化天然气储存装置1及液化天然气闪蒸气相连通、以利用液态天然气与液态天然气闪蒸气进行换热，空气换热器21的热媒侧出口以及闪蒸气换热器22的热媒侧出口均与燃气轮机的进气口相连通；烟气处理系统3，其包括第一烟气换热器35，液化天然气储存装置1与第一烟气换热器35的冷媒侧入口相连通、以利用液态天然气对燃气轮机排出的烟气进行换热，第一烟气换热器35的热媒侧入口与燃气轮机的出烟口相连通；液态二氧化碳收集系统4，液态二氧化碳收集系统4与第一烟气换热器35的热媒侧出口相连通，以收集冷凝后的液态二氧化碳。

具体使用过程中，液化天然气与空气和液化天然气闪蒸气进行换热，从而降低空气及液化天然气闪蒸气的温度，使得燃气轮机进气(空气和液化天然气闪蒸气)温度降低，燃气轮机发电的综合效率提高，同时液化天然气对燃气轮机排出的烟气进行降温，使得二氧化碳气体冷凝成液态二氧化碳，自烟气中分离出来，有效避免了大量二氧化碳气体排放至大气中，严重污染环境的情况发生。该系统利用液化天然气的冷能，在避免液化天然气冷能浪费的基础上，提高了燃气轮机综合效率，减少了系统碳排放。

于本实施例中具体地，空气储存于空气储罐5内，液态天然气闪蒸气储存于闪蒸气储罐6内，空气换热器21的热媒侧入口与空气储罐5相连通，闪蒸气换热器22的热媒侧入口与闪蒸气储罐6相连通。

于本实施例中，换热完成的烟气中除含有液态二氧化碳外，还可能还有其它气态杂质，为了分离这些气态杂质，液态二氧化碳收集系统4包括液态二氧化碳储存装置以及用于分离上述气态杂质的第一气液分离器41，第一烟气换热器35的热媒侧出口、第一气液分离器41以及液态二氧化碳储存装置依次连通。

于本实施例中，具体地，液态二氧化碳储存装置为液态二氧化碳储罐42，液化天然气储存装置1为液态天然气储罐。

参考图2所示，于本实施例中，烟气处理系统3还包括第二烟气换热器32、第二气液分离器33以及气体压缩装置34，液化天然气储存装置1和燃气轮机的出烟口分别与第二烟气换热器32的冷媒侧入口和热媒侧入口相连通，第二烟气换热器32的热媒侧出口与第二气液分离器33的进口相连通，第二气液分离器33的出气口与气体压缩装置34的进气口相连通，气体压缩装置34的出气口与第一烟气换热器35的热媒侧入口相连通。第二烟气换热器32对燃气轮机排出的烟气进行预冷，第二气液分离器33用于对预冷后的烟气进行初步气液分离，分离出二氧化碳气体，之后气体压缩装置34对分离出的二氧化碳气体进行压缩，压缩后的二氧化碳气体再次进行第一烟气换热器35进行深冷，以得到液态二氧化碳。

于本实施例中具体地，燃气轮机的出烟口通过烟气管路31与第二烟气换热器32的热媒侧入口相连通。

参考图2所示，于本实施例中，液化天然气储存装置1与空气换热器21的冷媒侧入口以及第一烟气换热器35的冷媒侧入口均连通，且空气换热器21的冷媒侧、闪蒸气换热器22的冷媒侧、第二烟气换热器32的冷媒侧以及第一烟气换热器35的冷媒侧依次连通。具体地，液化天然气储存装置11通过第一支路11与空气换热器21的冷媒侧入口相连通，液化天然气储存装置11通过第二支路12与第一烟气换热器35的冷媒侧入口相连通，空气换热器21的冷媒侧出口通过第三支路26与闪蒸气换热器22的冷媒侧入口相连通，闪蒸气换热器22的冷媒侧出口通过第四支路27与第二烟气换热器32的冷媒侧入口相连通，第二烟气换热器32的冷媒侧出口通过第五支路36与第一烟气换热器35的冷媒侧入口相连通。空气冷却需要-30℃的温度环境，闪蒸气只需要30℃的温度，采用换热器串联设置，分段利用液化天然气冷能，先利用高品位冷量冷却空气，再利用低品位冷量冷却闪蒸气，剩余更低品位的冷量最为后续二氧化碳收集系统提供部分冷量，如此可以对液化天然气冷能进行温度分段，对液化天然气冷能梯级利用，实现更合理的能量利用，提高系统整体的能量利用效率。

于本实施例中，具体地，气体压缩装置34为压缩机。

参考图2所示，于本实施例中，具体地，燃气轮机包括依次连通的压气机23、燃烧室25以及燃气透平24，空气换热器21的热媒侧出口与压气机23相连通，闪蒸气换热器22的热媒侧出口与燃烧室25相连通，燃气透平24与第二烟气换热器32的热媒侧入口相连通。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。