气体冷凝液化和低温工质发电系统及气体液化发电系统的制作方法

本实用新型涉及气体冷凝液化发电技术领域，尤其是涉及一种气体冷凝液化和低温工质发电系统及气体液化发电系统。

背景技术：

传统的天然气、乙烯的液化：一般采用多级热泵冷凝和压缩两种方法。

1、冷凝：是通过多级热泵将天然气中的热能泵到环境中的水冷却器中，通过环境中的水(或者空气)将天然气中的能量释放掉，比较典型的方法有级联式液化流程、混合制冷剂液化流程。

采用该方法实现天然气、乙烯的液化，主要耗能设备是热泵系统的压缩机设备，由于天然气、乙烯的冷凝体量巨大，这种热泵压缩机都是极其巨大的压缩机设备，因此消耗电能也是极其巨大。每套热泵系统除了耗能巨大的压缩机，至少还要有蒸发器、冷凝器、膨胀阀等设备，一套液化设备就需要多套热泵，还要有水冷却系统。

2、压缩：是通过大型压缩机，将待冷凝的空气、天然气、乙烯等气体进行压缩，产生的热能通过预冷器和环境中的冷却塔，将热能释放到环境中。压缩气体方案由于待冷凝气体的体量巨大，因此压缩机设备的耗能也是极其巨大。

现有传统的气体冷凝设备投入设备多，成本大，大型压缩机每年消耗的电费更加巨大。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种气体冷凝液化和低温工质发电系统及气体液化发电系统，以缓解了现有技术中存在的现有传统的气体冷凝设备投入设备多成本大，大型压缩机每年消耗的电费更加巨大的技术问题。

本实用新型提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统，包括低温工质发电装置和乏汽回收装置；

低温工质发电装置包括依次连通的低温工质存储器、低温液体泵、第一换热器、第二换热器、低温工质汽轮机；

乏汽回收装置包括依次连通的低温工质汽轮机、第一换热器和节流装置、及低温工质存储器。

进一步的，液态低温发电工质放置于低温工质存储器中，通过低温液体泵加压，使液态低温发电工质进入到第一换热器中，吸收乏汽回收装置产生的热能使低温发电工质的温度升高，第一换热器内的低温发电工质进入到第二换热器中，外界气体进入到由第二换热器构成的冷箱中；

第二换热器用于提高低温发电工质的温度并降低外界气体的温度，第二换热器内的低温发电工质吸热形成高压气体，进入到低温工质汽轮机中，低温工质汽轮机与发电机连接，高压气体驱动低温工质汽轮机高速旋转和做功，以使发电机输出电能和/或低温工质汽轮机驱动机械设备，输出机械能。

进一步的，还包括第三换热器，第三换热器设置于第二换热器与低温工质汽轮机之间；第三换热器包括凝汽器、空气换热器、高温烟气热交换器、热水废液换热器、设备冷却系统、余热回收器、锅炉、余热锅炉中的任意一种或多种组合。

进一步的，低温工质汽轮机产生的低温乏汽进入到第一换热器中，乏汽与第一换热器内的液态低温发电工质进行换热，以降低乏汽的温度并实现乏汽冷凝。

进一步的，还包括外界气体冷凝液化装置；

外界气体冷凝液化装置包括依次连通的过滤装置、第二换热器构成的冷箱；

过滤装置用于过滤外界气体中的固体杂质，过滤装置还包括分子筛吸附器，分子筛吸附器将过滤和净化待冷凝气体中的气体和分子杂质，并将净化后的待冷凝气体输送至冷箱；

冷箱的低温端设置有气液分离，冷箱的低温端输出为外界待冷凝气体的液态；

过滤装置、分子筛吸附器、冷箱、低温液体泵依次连接；低温液体泵用于对外界气体冷凝后形成的液体进行加压和输出。

外界气体冷凝液化装置还包括压缩机；压缩机设置于过滤装置和冷箱之间，过滤装置过滤后的外界气体进入到压缩机内，压缩机用于增加外界气体进入到冷箱的压力；

还包括预冷器，预冷器设置于压缩机的出口，用于冷凝外界气体中沸点温度较高的水蒸汽和二氧化碳；

预冷器的冷端为低温工质发电装置的第二换热器的高温端；

预冷器出口连接分子筛吸附器，分子筛吸附器设置于预冷器和冷箱之间。

进一步的，外界气体冷凝液化装置还包括精馏塔；

精馏塔与冷箱出口连通，低温液体泵加压的低温冷凝液体进入精馏塔中，分离出不同待冷凝气体介质的低温液体，并对外输出。

进一步的，低温发电工质和外界待冷凝气体为天然气、甲烷、乙烷、空气、氧气、氮气、氩气、氢气，氦气、普通简单气体、烃类气体物质、气体制冷剂纯净物、气体制冷剂混合物、其他气体有机物或其他混合气体中的任意一种或多种组合。

进一步的，外界气体冷凝液化装置、低温工质发电装置和乏汽回收装置的外表面均设置有保温层。

本实用新型提供的气体液化发电系统，包括气体冷凝液化和低温工质发电系统。

本实用新型提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统，包括低温工质发电装置和乏汽回收装置；低温工质发电装置包括依次连通的低温工质存储器、低温液体泵、第一换热器、第二换热器、低温工质汽轮机；乏汽回收装置包括依次连通的低温工质汽轮机、第一换热器和节流装置、及低温工质存储器。

通过采用低温发电工质吸收待冷凝气体的热能，低温发电工质吸取热能后迅速气化形成高压气体，驱动低温工质汽轮机进行发电。该系统没有热泵、没有冷却塔系统、没有大型压缩机。通过将原本排放掉以及浪费的能量，通过低温发电工质吸收并迅速气化形成高压，驱动低温工质汽轮机高速旋转并带动发电机发电，将吸收过来能量转为电能输出，如低温发电工质的沸点温度低于待冷凝的气体冷凝温度，不需要压缩就能够直接实现待冷凝气体的冷凝和液化。缓解了现有技术中存在的现有传统的气体冷凝设备投入设备多成本大，大型压缩机每年消耗的电费更加巨大的技术问题，实现了节省能源的技术效果。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统带有外界气体冷凝液化装置的结构示意图。

图标：100-低温工质存储器；200-低温液体泵；300-第一换热器；400-第二换热器；500-低温工质汽轮机；600-节流装置；700-第三换热器；800-外界气体冷凝液化装置；810-过滤装置；820-分子筛吸附器；830-压缩机；840-预冷器；850-精馏塔。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实施例提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统的整体结构示意图；

图2为本实施例提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统带有外界气体冷凝液化装置的结构示意图。

如图1-2所示，本实施例提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统，包括低温工质发电装置和乏汽回收装置；低温工质发电装置包括依次连通的低温工质存储器100、低温液体泵200、第一换热器300、第二换热器400、低温工质汽轮机500；乏汽回收装置包括依次连通的低温工质汽轮机500、第一换热器300和节流装置600、及低温工质存储器100。

具体的，低温工质汽轮机500为一种耐低温材料的，符合低温工质特性的专用汽轮机，低温工质汽轮机500是一种原动机，还可选择具有低温特性的膨胀机和气动机，作为原动机替代该低温工质汽轮机500；

本装置设备投入相对较少，更为重要的是该专利申请设备不但不消耗电能，甚至还有可以利用待冷凝气体蕴藏的热能来实现发电输出。同时该技术还可以添加一个热水余热换热器或余热锅炉等，在实现气体冷凝的同时实现余热发电功能。

本实施例提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统，包括低温工质发电装置和乏汽回收装置；低温工质发电装置包括依次连通的低温工质存储器100、低温液体泵200、第一换热器300、第二换热器400、低温工质汽轮机500；乏汽回收装置包括依次连通的低温工质汽轮机500、第一换热器300和节流装置600、及低温工质存储器100。通过采用低温发电工质吸收待冷凝气体的热能，低温发电工质吸取热能后迅速气化形成高压气体，驱动低温工质汽轮机500进行发电。该系统没有热泵、没有冷却塔系统、没有大型压缩机830(小型风扇或风机将待冷凝气体打入冷箱，电机功率很小)。通过将原本排放掉以及浪费的能量，通过低温发电工质吸收并迅速气化形成高压，驱动低温工质汽轮机500高速旋转并带动发电机发电，将吸收过来能量转为电能输出，如低温发电工质的沸点温度低于待冷凝的气体冷凝温度，不需要压缩就能够直接实现待冷凝气体的冷凝和液化。缓解了现有技术中存在的现有传统的气体冷凝设备投入设备多成本大，大型压缩机830每年消耗的电费更加巨大的技术问题，实现了节省能源的技术效果。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统中的液态低温发电工质放置于低温工质存储器100中，通过低温液体泵200加压，使液态低温发电工质进入到第一换热器300中，吸收乏汽回收装置产生的热能使低温发电工质的温度升高，第一换热器300内的低温发电工质进入到第二换热器400中，外界气体进入到由第二换热器400构成的冷箱中；第二换热器400用于提高低温发电工质的温度并降低外界气体的温度，第二换热器400内的低温发电工质吸热形成高压气体，进入到低温工质汽轮机500中，低温工质汽轮机500与发电机连接，高压气体驱动低温工质汽轮机500高速旋转和做功，以使发电机输出电能和/或低温工质汽轮机500驱动机械设备，输出机械能。

进一步的，还包括第三换热器700，第三换热器700设置于第二换热器400与低温工质汽轮机500之间；第三换热器700包括凝汽器、空气换热器、高温烟气热交换器、热水废液换热器、设备冷却系统、余热回收器、锅炉、余热锅炉中的任意一种或多种组合。

具体的，在第二换热器400和低温工质汽轮机500之间设置第三换热器700，调节进入到低温工质汽轮机500的气体温度，使气体有效带动低温工质汽轮机500输出机械能。

进一步的，低温工质汽轮机500产生的低温乏汽进入到第一换热器300中，乏汽与第一换热器300内的液态低温发电工质进行换热，以降低乏汽的温度并实现乏汽冷凝。

具体的，第一换热器300的外壳需高效绝热保冷，其作用和目的是使液态低温发电工质能够充分吸收乏汽热能，为实现乏汽的充分冷凝，第一换热器300的底部还设置有气液分离，乏汽经过换热全部冷凝成液态，通过节流装置600降压节流，返回低温工质存储器100中，形成循环；优选的，第一换热器300的低温发电工质管道，设置于乏汽冷凝管道的内部，乏汽管道外壳设置高效绝热保冷层，乏汽管道的底部设置有气液分离和储存低温液体的空间。

进一步的，还包括外界气体冷凝液化装置800；外界气体冷凝液化装置800包括依次连通的过滤装置810、第二换热器400构成的冷箱；过滤装置810用于过滤外界气体中的固体杂质，过滤装置810还包括分子筛吸附器820，分子筛吸附器820将过滤和净化待冷凝气体中的气体和分子杂质，并将净化后的待冷凝气体输送至冷箱；冷箱的低温端设置有气液分离，冷箱的低温端输出为外界待冷凝气体的液态；过滤装置810、分子筛吸附器820、冷箱、低温液体泵200依次连接；低温液体泵200用于对外界气体冷凝后形成的液体进行加压。

具体的，冷箱具有高效绝热保冷的保温层，冷箱的入口端为高温端，冷箱的出口端为低温端，低温工质发电装置的低温工质由冷箱的低温端进入，由低到高逆向吸收外界待冷凝气体的热能；优选的，低温工质发电装置的低温工质的沸点，低于外界待冷凝气体的沸点；

进一步的，外界气体冷凝液化装置800还包括压缩机830；压缩机830设置于过滤装置810和冷箱之间，过滤装置810过滤后的外界气体进入到压缩机830内，压缩机830用于增加外界气体进入到冷箱的压力；还包括预冷器840，预冷器840设置于压缩机830的出口，用于冷凝外界气体中沸点温度较高的水蒸汽和二氧化碳；预冷器840的冷端为低温工质发电装置的第二换热器400的高温端；预冷器840出口连接分子筛吸附器820，分子筛吸附器820设置于预冷器840和冷箱之间。

具体的，压缩机830优选风机、轴流风机等风机设备，将外界气体进行加压，使外界气体进入到冷箱中，分子筛吸附器820为一备一用，当其中一套分子筛吸附器820筛分效果较差时，启用备用，保证分子筛吸附器820最佳使用效果。

优选的，压缩机830为低功率的风机；

进一步的，外界气体冷凝液化装置800还包括精馏塔850；精馏塔850与冷箱出口连通，低温液体泵200加压的低温冷凝液体进入精馏塔850中，分离出不同待冷凝气体介质的低温液体，并对外输出。

具体的，精馏塔850可通过节流设备连接冷箱出口，通过精馏塔850分离出不同成分的低温液体，另外，精馏塔850也可设置为分馏塔、蒸馏塔，根据具体情况选择。

节流设备包括节流阀、截止阀、减压阀、膨胀阀或膨胀机；精馏塔850是一种分馏装置，分馏装置包括分馏塔、蒸馏塔。

进一步的，低温发电工质和外界待冷凝气体为天然气、甲烷、乙烷、空气、氧气、氮气、氩气、氢气，氦气、普通简单气体、烃类气体物质、气体制冷剂纯净物、气体制冷剂混合物、其他气体有机物或其他混合气体中的任意一种或多种组合。

进一步的，外界气体冷凝液化装置800、低温工质发电装置和乏汽回收装置的外表面均设置有保温层

具体的，保温层利用真空隔热、或者其他的绝热保温技术，能有效避免低温液体和气体在管路中绝热保低温，避免外部热能进入该系统造成系统无法正常工作。

本实施例提供的气体冷凝液化和低温工质发电系统，通过在外界气体冷凝液化装置800、低温工质发电装置和乏汽回收装置的外表面均设置有保温层，保证系统处于绝热保低温状态；

本实施例提供的气体液化发电系统，包括气体冷凝液化和低温工质发电系统。

由于本实施例提供的气体液化发电系统的技术效果与上述的气体冷凝液化和低温工质发电系统的技术效果相同，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。