用于LNG接收站零碳排高温可逆燃料电池供能/储能系统的制作方法

用于lng接收站零碳排高温可逆燃料电池供能/储能系统
技术领域
1.本实用新型涉及一种用于lng接收站零碳排高温可逆燃料电池供能/储能系统，属于高温可逆燃料电池供能和储能技术领域。


背景技术：

2.液化天然气(lng)是一种清洁高效的化石能源，我国的液化天然气主要从海外通过远洋贸易运输到国内，在我国沿海各地已经建设几十座液化天然气接收站，其主要功能是接收液化天然气，存储于大型lng储存罐中，然后利用气化系统将液化天然气变为气态天然气，通过增压系统外输管道提供清洁高效的天然气。尽管如此，lng 接收站对于电力需求较大，以年处理量为600万吨的lng接收站为例，每年用电量大约为1.5亿度电，间接二氧化碳排放约为10万吨。此外，液化天然气(lng)其低温特性不可避免的形成bog(boil off gas，闪蒸气)，一般大型lng储罐日蒸发量为0.03％～0.08％(质量)。尤其对于大型lng储罐bog的产生量非常可观，需要设置专门的设备处理bog，并且需要消耗大量额外电耗。在“碳达峰”和“碳中和”双碳背景下，如何使lng接收站更加清洁、更加低碳，以优化lng接收站的用电需求，实现节能降耗。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种清洁高效的lng接收站零碳排新型高温可逆供能和储能系统，采用液化天然气作为燃料利用高温可逆固体氧化物燃料电池发电为lng 接收站提供稳定电源，同时利用海上风电发电采用高温可逆固体氧化物电解池共电解水和二氧化碳得到一氧化碳与氢气再作为发电燃料。
4.本实用新型提供的用于lng接收站零碳排高温可逆燃料电池供能/储能系统，包括天然气重整装置、高温可逆燃料电池发电供能装置和高温可逆燃料电池电解储能装置；
5.所述天然气重整装置设有天然气入口、水蒸气入口和产品出口，所述天然气入口与lng储罐连接，用于将所述lng储罐产生bog进入所述天然气重整装置中，所述产品出口与所述高温可逆燃料电池发电供能装置的阳极连接，所述高温可逆燃料电池发电供能装置的阴极与氧气/空气入口管路连接；
6.所述高温可逆燃料电池电解储能装置的原料入口与所述高温可逆燃料电池发电供能装置的尾气排放管路连接，产品气出口与所述高温可逆燃料电池发电供能装置的阳极连接；
7.所述高温可逆燃料电池电解储能装置由海上风电供电；
8.所述高温可逆燃料电池发电供能装置为lng接收站供应电力；
9.所述燃料电池供能/储能系统的热量来自于所述高温可逆燃料电池发电供能装置产生的余热。
10.上述的燃料电池供能/储能系统中，所述lng储罐与所述天然气重整装置的连接管路上设有天然气净化装置，以对bog脱硫处理。
11.上述的燃料电池供能/储能系统中，所述lng储罐与所述天然气净化装置的连接管路、所述天然气净化装置与所述天然气重整装置的连接管路均与所述高温可逆燃料电池发电供能装置的余热回收管路连接，以利用所述高温可逆燃料电池发电供能装置产生的余热。
12.上述的燃料电池供能/储能系统中，所述天然气重整装置的水蒸气入口连接蒸汽发生器；
13.所述蒸汽发生器的入口管路连接所述高温可逆燃料电池发电供能装置的余热回收管路，以利用所述高温可逆燃料电池发电供能装置产生的余热将水加热得到水蒸气。
14.上述的燃料电池供能/储能系统中，所述氧气/空气入口管路与所述高温可逆燃料电池发电供能装置的余热回收管路连接，以利用所述高温可逆燃料电池发电供能装置产生的余热加热空气或氧气。
15.上述的燃料电池供能/储能系统中，所述高温可逆燃料电池发电供能装置的尾气排放管路上设有尾气浓缩装置，以对所述高温可逆燃料电池发电供能装置发电过程产生的尾气进行浓缩。
16.上述的燃料电池供能/储能系统中，所述高温可逆燃料电池电解储能装置的产品气出口管路与所述天然气重整装置的产品出口管路汇合后与所述高温可逆燃料电池发电供能装置连接。
17.利用所述燃料电池供能/储能系统为lng接收站供电时，可按照下述步骤进行：
18.来自所述lng储罐的bog(组分主要是天然气)经加热和净化后进入所述天然气重整装置，与通入的水蒸气发生转化反应得到重整气(主要组分是一氧化碳和氢气)；
19.所述重整气与来自所述高温可逆燃料电池电解储能装置的一氧化碳与氢气的混合气体进入所述高温可逆燃料电池发电供能装置的阳极产生电力，为lng接收站供电，同时产生富余的热量；空气或氧气经加热后进入所述高温可逆燃料电池发电供能装置的阴极，氧气得电子生成的o
2-经过电解质到达所述阳极与一氧化碳和氢气分别反应生成二氧化碳和水，同时失去电子，完成高温可逆燃料电池发电供能装置发电过程；
20.所述高温可逆燃料电池发电供能装置发电过程产生的尾气进入所述高温可逆燃料电池电解储能装置中进行电解，得到的一氧化碳和氢气与所述重整气混合；
21.所述高温可逆燃料电池电解储能装置由海上风电供电。
22.上述的方法中，所述bog的温度为-155℃～-120℃；
23.所述bog经来自所述高温可逆燃料电池发电供能装置的余热加热至200～250℃后进行脱硫处理，再经来自所述高温可逆燃料电池发电供能装置的余热加热至 380℃～480℃后进入所述天然气重整装置中；
24.水经来自所述高温可逆燃料电池发电供能装置的余热加热得到320℃～420℃的水蒸气。
25.上述的方法中，所述高温可逆燃料电池发电供能装置的阴极处的温度为 600℃～800℃；
26.所述高温可逆燃料电池电解储能装置的电解温度为600℃～800℃。
27.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
28.(1)本实用新型系统充分利用液化天然气的bog为发电基础原料，大大减少将bog
重新液化的能量，为lng接收站bog利用开辟新路径。
29.(2)本实用新型设置高温可逆燃料电池供能和储能系统，该系统包含多台高温可逆燃料电池发电供能装置和高温可逆燃料电池电解储能装置，由于以上装置具有可逆的功能，可以根据lng接收站用电负荷和海上风电的规模进行相应转换，保证供能和储能系统平稳。
30.(3)本实用新型系统解决了天然气发电的二氧化碳排放问题，以反应生成的二氧化碳和水蒸气为原料，利用海上风电电解得到一氧化碳和氢气，进一步为天然气发电提供原料，变废为宝，实现了工艺系统物质利用率显著提升。
31.(4)本实用新型系统设计了热量利用网络，充分利用高温可逆燃料电池发电供能装置副产的热能，实现系统用热需求的动态平衡，大大提升系统能量利用率。
附图说明
32.图1为本实用新型用于lng接收站零碳排高温可逆燃料电池供能/储能系统的结构示意图。
33.图中各标记如下：
34.1lng储罐、2天然气净化装置、3天然气重整装置、4高温可逆燃料电池发电供能装置、5尾气浓缩装置、6高温可逆燃料电池电解储能装置、7海上风电供应装置、8蒸汽发生装置。
具体实施方式
35.下面结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
36.如图1所示，本实用新型提供的清洁高效的lng接收站零碳排新型高温可逆供能和储能系统的结构示意图，包括lng储罐1、天然气净化装置2、天然气重整装置 3、高温可逆燃料电池发电供能装置4、尾气浓缩装置5、高温可逆燃料电池电解储能装置6、海上风电供应装置7和蒸汽发生装置8。
37.lng储罐1、天然气净化装置2和天然气重整装置3依次连接，天然气重整装置3的水蒸气入口连接蒸汽发生装置8，产品气出口连接高温可逆燃料电池发电供能装置4的阳极连接，高温可逆燃料电池发电供能装置4的阴极与氧气/空气入口管路连接。高温可逆燃料电池电解储能装置6的原料入口与高温可逆燃料电池发电供能装置4的尾气排放管路连接，该尾气排放管路上连接尾气浓缩装置5，高温可逆燃料电池电解储能装置6的产品气出口与天然气净化装置2的产品气出口汇合。海上风电经海上风电供应装置7后为高温可逆燃料电池电解储能装置6供电。
38.本实用新型燃料电池供能/储能系统的热量来自于高温可逆燃料电池发电供能装置4产生的余热，通过如下配合实现供热：
39.lng储罐1与天然气净化装置2之间的管路连接高温可逆燃料电池发电供能装置4的余热回收管路，用于接收余热q1，用于加热bog。
40.天然气净化装置2与天然气重整装置3之间的管路连接高温可逆燃料电池发电供能装置4的余热回收管路，用于接收余热q3，用于加热天然气。
41.与高温可逆燃料电池发电供能装置4的阴极连接的氧气/空气入口管路连接高温可逆燃料电池发电供能装置4的余热回收管路，用于接收余热q4，用于加热空气/氧气。
42.蒸汽发生装置8的入口管路连接高温可逆燃料电池发电供能装置4的余热回收管路，用于接收余热q4，用于加热水得到水蒸气。
43.本实用新型清洁高效的lng接收站零碳排新型高温可逆供能和储能系统的工作过程如下：
44.利用1000nm3/h温度为-130℃的lng储罐挥发的bog气体经过来自高温可逆燃料电池发电供能装置4的余热q1加热至214℃，进入天然气净化装置2进行脱硫处理，脱硫后的天然气经过来自高温可逆燃料电池发电供能装置4的余热q3加热至 413℃。蒸汽发生器8得到高温可逆燃料电池发电供能装置4的余热q2，将来自界外的水加热得到385℃的水蒸气。加热后的天然气与2140kg/h水蒸气混合一同进入天然气重整装置3进行转化反应得到重整气(主要组分是一氧化碳和氢气)。
45.5000nm3/h空气经来自高温可逆燃料电池发电供能装置4的余热q4加热后进入高温可逆燃料电池发电供能装置4的阴极(反应温度720℃)。按照1:1至1:5逐渐递减比例，重整气与来自高温可逆燃料电池电解储能装置的一氧化碳和氢气混合进入高温可逆燃料电池发电供能装置4的阳极产生0.5mw～2mw的稳定电力，同时产生富余的热量0.4mw～1.5mw，为本实用新型系统提供热源。
46.高温可逆燃料电池发电供能装置4发电过程产生的尾气经过尾气浓缩装置5得到纯度较高的二氧化碳和水蒸气，然后进入高温可逆燃料电池电解储能装置6(反应温度720℃)。规模为5mw海上风电经过海上风电供应装置7为高温可逆燃料电池电解储能装置6提供电能，并将进入的二氧化碳和水蒸气进行电解，得到一氧化碳和氢气，然后按照一定比例与重整气混合进去高温可逆燃料电池发电供能装置4转化为稳定的电能。