一种燃气轮机利用LNG冷能碳捕集系统及碳捕集方法与流程

本发明涉及火力发电厂的烟气处理领域，具体涉及一种燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统及碳捕集方法。

背景技术：

本发明涉及火力发电厂的烟气处理领域，具体涉及一种火电厂利用lng冷能碳捕集系统及碳捕集方法。

快速的工业发展进程给人们带来便捷生活的同时，也给人们带来巨大的环境问题。全球超过85％的能量需求来自于化石燃料的燃烧。在世界各国，燃烧化石燃料火力发电厂是co2排放的主要来源。

全球的科学家从20世纪七八十年代开始致力于研究co2的捕集与封存(ccs)，各种各样co2捕集方法应运而生。从化石燃料的燃烧中捕集co2主要有3条技术路线：燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧法。co2的捕集方法有溶液吸收法、膜分离法、电化学法、酶法、光生物合成法、催化剂法、化学链法以及这些方法的混合使用等，烟气与天然气中co2的捕集目前主要采用溶液吸收法。但上述这些方法都存在系统能耗高、设备及运行成本高的问题，难以经济可行地大面积推广。

根据我国能源中长期发展规划，天然气将成为我国能源发展战略的一个亮点和绿色能源支柱之一。在未来的时间内，我国将会大量进口天然气，其中大部分天然气将以液化天然气(lng)的方式输送到中国。大量进口的lng，同时携带着大量的冷能，如果不能有效地利用这些冷能，将会造成巨大的能源浪费和环境污染。因此，如何有效地利用这些冷能，就变得极为重要与必要。

将lng冷能利用与燃气轮机发电厂的烟气排放co2捕集结合，可以极大降低液化co2的能耗。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统及碳捕集方法以解决lng冷能浪费及燃气轮机发电厂的烟气排放co2污染环境的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统，包括：液态天然气储存装置，用于储存液态天然气；烟气冷却液化分离装置，与所述液态天然气储存装置连接，其一端还与外部的燃气轮机连接，用于利用所述液态天然气的冷能对所述燃气轮机排放的烟气中的co2气体进行冷却，使其变成液态co2以从烟气中分离出来；co2收集装置，与所述烟气冷却液化分离装置的另一端连通，用于对所述液态co2进行储存。

进一步地，还包括：天然气输送系统；所述天然气输送系统的一端与所述液态天然气储存装置连通，另一端通入烟气冷却液化分离装置内部并穿出与所述燃气轮机连接，用于输送天然气供给所述燃气轮机燃烧。

进一步地，所述余热锅炉的烟气入口与所述燃气轮机的烟气出口连通，其烟气出口与所述烟气冷却液化分离装置连通，用于利用所述燃气轮机排放的烟气的余热对水加热。

进一步地，所述烟气冷却液化分离装置包括依次连通的烟气预冷装置、烟气净化过滤干燥装置、烟气冷却装置、冷箱及液化co2分离装置；所述烟气预冷装置的烟气入口与所述燃汽轮机烟气出口或所述余热锅炉的烟气出口连通，所述烟气预冷装置的冷却管路与所述液态天然气储存装置连通；所述液化co2分离装置与所述co2收集装置连通。

进一步地，所述烟气预冷装置或烟气冷却装置分别连接液态lng输送管，利用lng气化过程释放的冷能对烟气进行预冷或深度冷却。

进一步地，所述烟气冷却装置包括压缩机、增压机、膨胀机及换热器；所述压缩机、所述增压机及所述换热器依次连通；所述膨胀机分别与所述增压机和所述换热器连通，且所述膨胀机将部分被所述增压机增压的高压烟气膨胀，通过膨胀吸热对所述换热器内部的烟气进行冷却。

进一步地，所述烟气净化冷却液化分离的压缩机、增压机利用所述化石燃料火力发电厂生产的高压蒸汽或电力驱动，或直接由燃气轮机直接带动。

进一步地，所述换热器的冷却介质入口还与所述液态天然气储存装置连通；所述液态天然气储存装置储存的lng经过所述换热器气化吸热对所述换热器内部的烟气进行冷却。

根据本发明的另一个方面，一种燃气轮机利用lng冷能碳捕集方法，其特征在于，包括：确定液态天然气储存装置(1)技术参数；根据所述技术参数计算可利用lng冷源总冷量qlng；根据所述lng冷源总冷量qlng和预设co2的最终参数，计算可处理的烟气总流量f烟；根据设备参数，计算在所述烟气总流量f烟下，利用所述lng冷源总冷量qlng实现烟气温度下降数值t；根据所述设备参数和所述温度下降数值t，设置换热器级数；利用所述换热器及所述液态天然气储存装置对燃气轮机排放的烟气进行碳捕集。

进一步地，所述液态天然气与烟气的换热量计算方法为：

qlng＝qlng潜热+q气升温＝flng*qlng潜热+flng*(t供-t1)*cp气＝q换热器+q预冷器+q冷箱；

其中：

qlng为lng可用冷能量，单位为kj/h；

flng为lng流量，单位为kg/h；

qlng潜热为lng的气化潜热，单位为kj/kg，lng气化潜热为509.6kj/kg-522kj/kg；

t供为lng气化后供给燃气轮机天然气的温度，t1为lng从lng储罐出来的初始温度；cp气为气态lng的比热容，单位为kj/kg℃；

q换热器为换热器热交换的能量，q预冷器为预冷器热交换的能量，q冷箱为冷箱热交换的能量。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)lng冷能得到了有效利用，避免了lng装置对空、对海水或河水释放冷量造成的局部环境温度变化影响；

(2)实现了燃气轮机发电厂的ccs，为碳减排做出有力贡献；

(3)利用燃气轮机内低成本的高压蒸汽或电力能源，作为烟气液化分离的动力来源。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统的结构示意图；

图2是根据本发明一可选实施方式的燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统的结构示意图。

附图标记：

1：液态天然气储存装置；2：烟气冷却液化分离装置；3：燃气轮机；4：co2收集装置；5：电网；6：汽轮机排气冷却装置；21：烟气预冷装置；22：烟气净化过滤干燥装置；23：烟气冷却装置；24：冷箱；25：液化co2分离装置；26：压缩机；27：蒸汽轮机；28：增压机；29：膨胀机；31：燃气轮机；32：汽轮机；33：发电机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

名词解释

lng为液态天然气；ccs为二氧化碳捕集储存技术。

图1是根据本发明第一实施方式的燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统的结构示意图。

如图1所示，在本发明的第一实施例中，提供了一种燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统，包括：液态天然气储存装置1，用于储存液态天然气；烟气冷却液化分离装置2，与所述液态天然气储存装置1连接，其一端还与外部的燃气轮机3连接，用于利用所述液态天然气对所述燃气轮机3排放的烟气中的co2气体进行冷却，使其变成液态co2以从烟气中分离出来；co2收集装置4，与所述烟气冷却液化分离装置2的另一端连通，用于对所述液态co2进行储存。该系统lng冷能得到了有效利用，避免了lng装置对空、对海水或河水释放冷量造成的局部环境温度变化影响；实现了燃气轮机3发电厂的ccs，为碳减排做出有力贡献；利用燃气轮机3内低成本的高压蒸汽或电力能源，作为烟气液化分离的动力来源。

可选的，还包括：天然气输送系统；所述天然气输送系统的一端与所述液态天然气储存装置1连通，另一端通入烟气冷却液化分离装置2内部并穿出与所述燃气轮机3连接，用于输送天然气供给所述燃气轮机3燃烧。

可选的，所述余热锅炉的烟气入口与所述燃气轮机3的烟气出口连通，其烟气出口与所述烟气冷却液化分离装置2连通，用于利用所述燃气轮机3排放的烟气的余热对水加热。

可选的，所述烟气冷却液化分离装置2包括依次连通的烟气预冷装置21、烟气净化过滤干燥装置22、烟气冷却装置23、冷箱24及液化co2分离装置25；所述烟气预冷装置21的烟气入口与所述燃汽轮机3烟气出口连通，所述烟气预冷装置21的冷却管路与所述液态天然气储存装置1连通；所述液化co2分离装置25与所述co2收集装置4连通。

可选的，所述烟气预冷装置21或烟气冷却装置23分别连接液态lng输送管，利用lng气化过程释放的冷能对烟气进行预冷或深度冷却。

可选的，所述烟气冷却装置23包括压缩机26、增压机28、膨胀机29及换热器；所述压缩机26、所述增压机28及所述换热器依次连通；所述膨胀机29分别与所述增压机28和所述换热器连通，且所述膨胀机29将部分被所述增压机28增压的高压烟气膨胀，通过膨胀吸热对所述换热器内部的烟气进行冷却。

可选的，所述烟气净化冷却液化分离的压缩机26、增压机28利用所述化石燃料火力发电厂生产的高压蒸汽或电力驱动，或直接由燃气轮机3直接带动。

可选的，所述换热器的冷却介质入口还与所述液态天然气储存装置1连通；所述液态天然气储存装置1储存的lng经过所述换热器气化吸热对所述换热器内部的烟气进行冷却。

图2是根据本发明一可选实施方式的燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统的结构示意图。

如图2所示，在本发明一可选实施例中，提供一种燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统，包括：液态天然气储存装置1，用于储存液态天然气；烟气冷却液化分离装置2，与所述液态天然气储存装置1连接，其一端还与外部的燃气轮机3连接，用于利用所述液态天然气对所述燃气轮机3排放的烟气中的co2气体进行冷却，得到液态co2；co2收集装置4，与所述烟气冷却液化分离装置2的另一端连通，用于对所述液态co2进行储存。具体的，还包括：天然气输送系统；所述天然气输送系统的一端与所述液态天然气储存装置1连通，另一端通入烟气冷却液化分离装置2内部并穿出与所述燃气轮机3连接，用于输送天然气供给所述燃气轮机3燃烧。具体的，还包括：余热锅炉；所述余热锅炉一端与所述烟气冷却液化分离装置2连通与另一端所述燃气轮机3连通，用于利用燃气轮机3排放烟气的余热对水加热。具体的，所述烟气冷却液化分离装置2包括依次连通的烟气预冷装置21、烟气净化过滤干燥装置22、烟气冷却装置23、冷箱24及液化co2分离装置25；所述烟气预冷装置21的烟气入口与所述燃汽轮机32烟气出口连通，所述烟气预冷装置21的冷却管路与所述液态天然气储存装置1连通；所述液化co2分离装置25与所述co2收集装置4连通。具体的，所述烟气预冷装置21或烟气冷却装置23分别连接液态lng输送管，利用lng气化过程释放的冷能对烟气进行预冷或深度冷却。具体的，所述烟气冷却装置23包括压缩机26、增压机28、膨胀机29及换热器；所述压缩机26、所述增压机28及所述换热器依次连通；所述膨胀机29分别与所述增压机28和所述换热器连通，且所述膨胀机29将部分被所述增压机28增压的高压烟气膨胀，通过膨胀吸热对所述换热器内部的烟气进行冷却。具体的，所述烟气净化冷却液化分离的压缩机26、增压机28利用所述化石燃料火力发电厂生产的高压蒸汽或电力驱动，或直接由燃气轮机3直接带动。具体的，所述换热器还与所述液态天然气储存装置1连通；所述液态天然气储存装置1储存的lng经过所述换热器气化吸热对所述换热器内部的烟气进行冷却。

在本发明另一可选实施例中，提供一种燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统，包括lng燃气轮机3发电装置、lng储罐及液态气态输送系统及燃气轮机3烟气净化冷却液化分离系统、液化co2储罐；所述lng液态储罐连接烟气净化冷却液化分离系统，产生的气化天然气连接燃气轮机3，满足燃气轮机3供气需求；所述烟气净化冷却液化分离系统包括烟气预冷装置21、烟气净化过滤干燥装置22、烟气冷却换热器、冷箱24及液化co2分离装置25，其中所述烟气预冷装置21接受燃气轮机3排放的烟气，预冷后的烟气依次经过烟气净化过滤干燥装置22、烟气冷却换热器、冷箱24及液化co2分离装置25，然后将液化co2送入液化co2储罐。具体的，所述lng燃气轮机3发电厂的排放烟气直接或经过余热锅炉连接烟气净化冷却液化分离系统。具体的，所述烟气净化冷却液化分离系统包括烟气预冷装置21、烟气净化过滤干燥装置22、烟气冷却换热器、冷箱24及液化co2分离装置25。具体的，所述烟气预冷装置21或烟气冷却换热器分别连接液态lng输送管，利用lng气化过程释放的冷能对烟气进行预冷或深度冷却。具体的，所述烟气净化冷却液化分离系统还包括压缩机26、增压机28或膨胀机29。具体的，所述烟气净化冷却液化分离的压缩机26、增压机28利用所述lng燃气轮机3发电厂生产的高压烟气、高压蒸汽或电力驱动，或直接由发电厂内某一台燃气轮机3直接带动。具体的，所述烟气净化冷却液化分离系统分离的液态co2可制成干冰对外销售，或封存地下做ccs碳封存；分离的其他气体产品也可对外销售。

上述系统lng燃气轮机电站的lng冷能得到了有效利用，避免了lng码头或大型lng装置对空、对海水或河水释放冷量造成的局部环境温度变化影响；高洁净度的燃气轮机3排放烟气直接利用lng冷能冷却液化实现碳捕集和ccs，为碳减排做出有力贡献；利用燃气轮机3发电厂内低成本的高压蒸汽或电力能源，作为烟气液化分离的动力来源；直接利用燃气轮机3作为液化压缩机26和增压机28的动力来源，避免了能源的浪费。

根据本发明的另一个方面，一种燃气轮机利用lng冷能碳捕集方法，包括：

确定液态天然气储存装置技术参数；

根据所述技术参数计算可利用lng冷源总冷量qlng；

根据所述lng冷源总冷量qlng和预设co2的最终参数，计算可处理的烟气总流量f烟；

根据设备参数，计算在所述烟气总流量f烟下，利用所述lng冷源总冷量qlng实现烟气温度下降数值t；

根据所述设备参数和所述温度下降数值t，设置换热器级数；

利用所述换热器及所述液态天然气储存装置对燃气轮机排放的烟气进行碳捕集。

可选的，所述lng与烟气热交换计算方法为：

qlng＝qlng潜热+q气升温＝flng*qlng潜热+flng*(t供-t1)*cp气＝q换热器+q预冷器+q冷箱；

其中：

qlng为lng可用冷能量，单位为kj/h；

flng为lng流量，单位为kg/h；

qlng潜热为lng的气化潜热，单位为kj/kg，lng气化潜热为509.6kj/kg-522kj/kg；

t供为lng气化后供给燃气轮机天然气的温度，t1为lng从lng储罐出来的初始温度；cp气为气态lng的比热容，单位为kj/kg℃；

q换热器为换热器热交换的能量，q预冷器为预冷器热交换的能量，q冷箱为冷箱热交换的能量。

本发明旨在保护一种燃气轮机利用lng冷能碳捕集系统，包括：液态天然气储存装置1，用于储存液态天然气；烟气冷却液化分离装置2，与所述液态天然气储存装置1连接，其一端还与外部的燃气轮机3连接，用于利用所述液态天然气对所述燃气轮机3排放的烟气中的co2气体进行冷却，得到液态co2；co2收集装置4，与所述烟气冷却液化分离装置2的另一端连通，用于对所述液态co2进行储存。该系统lng冷能得到了有效利用，避免了lng装置对空、对海水或河水释放冷量造成的局部环境温度变化影响；实现了燃气轮机3发电厂的ccs，为碳减排做出有力贡献；利用燃气轮机3内低成本的高压蒸汽或电力能源，作为烟气液化分离的动力来源。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。