一种利用LNG冷能的轻经分离耦合循环发电系统

一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统
技术领域
1.本发明涉及lng冷能利用技术领域，公开了一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统。


背景技术：

2.lng需要气化至常温后供给用户使用，lng在气化过程中会释放大约830～860kwh/kg的冷能，如果能够对这部分冷能加以利用，会产生巨大的经济效益。lng中富含的c2+轻烃组分是非常优质的化工原料，可以用来生产许多具有高附加值的石化产品。将lng冷能用于分离自身轻烃组分，能够实现对lng的高效利用，但对lng冷能的利用率不高。
3.以低沸点烃类及其混合物为工质的有机朗肯循环在中低温热发电领域具有良好的应用前景；卡琳娜循环采用氨水混合物作为工质，其吸热蒸发过程为变温过程，可以使热源的放热过程与混合工质的吸热过程曲线更好的匹配，从而最大限度地降低放热过程中的不可逆损失，提高其热能利用效率。但上述两种技术均需要搭配制冷剂才能完成循环。将lng作为冷源能够进一步提高其发电效率，但对lng冷能的利用率不高。天然气直接膨胀发电技术具有工艺简单、成本低廉等优点，但仅能利用lng的压力能，同样存在冷能利用率低的缺点。
4.综上所述，lng轻烃分离、有机朗肯循环和卡琳娜循环都只是对lng冷能的单一利用，因此存在lng冷能利用不充分、用冷温位与lng温度不匹配等问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统。
6.本发明的技术方案是：一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，包括用于回收c2+轻烃资源的lng轻烃分离系统，以及与所述lng轻烃分离系统连接且用于发电的有机朗肯循环系统、卡琳娜循环系统、天然气直接膨胀系统；
7.所述lng轻烃分离系统包括lng泵，lng泵的工质出口侧接入三通器的进口侧，三通器的第一出口侧连入第一换热器的冷流进口侧，第一换热器的冷流出口侧连入第二换热器的冷流进口侧，第二换热器的冷流出口侧连入闪蒸塔的第一入料口，三通器的第二出口侧连入第三换热器的冷流进口侧，第三换热器的冷流出口侧连入闪蒸塔的第二入料口，闪蒸塔的釜液口连入釜液泵的工质进口侧，釜液泵的工质出口侧连入脱甲烷塔的入料口，脱甲烷塔的底部出料口连入脱乙烷塔的入料口；闪蒸塔的顶部出料口连入压缩机的工质进口侧，压缩机的工质出口侧连入第二换热器的热流进口侧，第二换热器的热流出口侧连入第一混合器的第一进口侧；脱甲烷塔的顶部出料口连入第一换热器的热流进口侧，第一换热器的热流出口侧连入第一混合器的第二进口侧；脱乙烷塔的顶部出料口连入第三换热器的第一热流进口侧；
8.所述有机朗肯循环系统包括有机朗肯透平膨胀机，有机朗肯透平膨胀机的出口侧
连入第三换热器的第二热流进口侧，第三换热器的第二热流出口侧连入有机工质泵的工质进口侧，有机工质泵的工质出口侧连入第一海水加热器的工质进口侧，第一海水加热器的工质出口侧连入有机朗肯透平膨胀机的工质进口侧；
9.所述卡琳娜循环系统包括第二混合器，第二混合器的出口侧连入氨水泵的工质进口侧，氨水泵的工质出口侧连入第二海水加热器的工质进口侧，第二海水加热器的工质出口侧连入氨分离器的入料口，氨分离器的底部出料口连入第五换热器的热流进口侧，第五换热器的热流出口侧连入第二混合器的第一进口侧，氨分离器的顶部出料口连入氨气透平膨胀机的工质进口侧，氨气透平膨胀机的工质出口侧连入第四换热器的热流进口侧，第四换热器的热流出口侧连入第二混合器的第二进口侧；
10.所述天然气直接膨胀系统包括第一混合器，第一混合器的出口侧连入第四换热器的冷流进口侧，第四换热器的冷流出口侧连入第五换热器的冷流进口侧，第五换热器的冷流出口侧连入第三海水加热器的工质进口侧，第三海水加热器的工质出口侧连入天然气透平膨胀机的工质进口侧。
11.进一步地，所述lng泵进口侧的工质为液化天然气；液化天然气富含c2+轻烃组分，是非常优质的化工原料，可以用来生产许多具有高附加值的石化产品。
12.进一步地，所述第三换热器第一个热流出口侧的工质为液态乙烷；将脱乙烷塔释放的乙烷冷却液化，能够方便乙烷的储存与运输。
13.进一步地，所述脱乙烷塔底部出料口的工质为液化石油气；液化石油气为高纯度的乙烷与富含丙烷、丁烷等组成，产出的液化石油气能够用来生产合成多种产品。
14.进一步地，所述有机朗肯循环系统中冷源介质为lng；lng在气化过程中会释放约830～860kwh/kg的冷能，能够产生巨大的经济效益。
15.进一步地，所述有机朗肯循环中的工质采用r245fa五氟丙烷或r365mfc五氟丁烷或n-nonane正壬烷或n-octane正辛烷或n-pentane正戊烷；含氟的产品具有良好的稳定性剂及不可燃的特性，n-nonane正壬烷、n-octane正辛烷、n-pentane正戊烷在加压加热中能够达到良好的利用效果。
16.进一步地，所述卡琳娜循环系统中冷源介质为液化天然气；液化天然气能够在气化过程中释放大量冷能，能够有效提高冷却效率。
17.进一步地，所述卡琳娜循环系统中循环介质为氨水混合物；氨水混合物能够在第四换热器中被液化天然气冷却为氨水，能够更低成本实现卡琳娜循环。
18.进一步地，所述天然气透平膨胀机的出口侧与用户或企业连接；能够直接为用户或企业提供电能。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明整体系统设计合理，利用lng的部分冷能，通过轻烃分离对lng中的c2+轻烃资源进行回收；利用lng冷能作为朗肯循环的冷源，能够将脱乙烷塔释放的乙烷冷却液化，方便乙烷的储存与运输；采用分离轻烃吸收了lng冷能的富甲烷天然气作为卡琳娜循环的冷源，能够将吸热后的富甲烷天然气用于膨胀发电；通过对lng冷能的梯级集成利用，有效提高了系统的热效率、效率和发电效率，本发明整体系统设计合理紧凑，具有控制安全灵活、高效节能、实用性强及成本低廉的优点。
附图说明
20.图1是本发明的系统处理流程图；
21.其中，1-lng泵、2-三通器、3-第一换热器、4-第二换热器、5-闪蒸塔、6-釜液泵、7-脱甲烷塔、8-脱乙烷塔、9-第三换热器、10-压缩机、11-有机工质泵、12-第一海水加热器、13-有机朗肯透平膨胀机、14-第一混合器、15-第四换热器、16-第二混合器、17-氨水泵、18-第二海水加热器、19-氨分离器、20-第五换热器、21-氨气透平膨胀机、22-第三海水加热器、23-天然气透平膨胀机。
具体实施方式
22.下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
23.实施例
24.如图1所示的一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，包括用于回收c2+轻烃资源的lng轻烃分离系统，以及与lng轻烃分离系统连接且用于发电的有机朗肯循环系统、卡琳娜循环系统、天然气直接膨胀系统；
25.lng轻烃分离系统包括lng泵1，lng泵1的工质出口侧接入三通器2的进口侧，三通器2的第一出口侧连入第一换热器3的冷流进口侧，第一换热器3的冷流出口侧连入第二换热器4的冷流进口侧，第二换热器4的冷流出口侧连入闪蒸塔5的第一入料口，三通器2的第二出口侧连入第三换热器9的冷流进口侧，第三换热器9的冷流出口侧连入闪蒸塔5的第二入料口，闪蒸塔5的釜液口连入釜液泵6的工质进口侧，釜液泵6的工质出口侧连入脱甲烷塔7的入料口，脱甲烷塔7的底部出料口连入脱乙烷塔8的入料口；闪蒸塔5的顶部出料口连入压缩机10的工质进口侧，压缩机10的工质出口侧连入第二换热器4的热流进口侧，第二换热器4的热流出口侧连入第一混合器14的第一进口侧；脱甲烷塔7的顶部出料口连入第一换热器3的热流进口侧，第一换热器3的热流出口侧连入第一混合器14的第二进口侧；脱乙烷塔8的顶部出料口连入第三换热器9的第一热流进口侧；
26.lng泵1进口侧的工质为液化天然气；第三换热器9第一个热流出口侧的工质为液态乙烷；脱乙烷塔8底部出料口的工质为液化石油气；
27.有机朗肯循环系统包括有机朗肯透平膨胀机13，有机朗肯透平膨胀机13的出口侧连入第三换热器9的第二热流进口侧，第三换热器9的第二热流出口侧连入有机工质泵11的工质进口侧，有机工质泵11的工质出口侧连入第一海水加热器12的工质进口侧，第一海水加热器12的工质出口侧连入有机朗肯透平膨胀机13的工质进口侧；
28.有机朗肯循环系统中冷源介质为lng；有机朗肯循环中的有机工质为有机工质a，有机工质a具体采用r245fa五氟丙烷；
29.卡琳娜循环系统包括第二混合器16，第二混合器16的出口侧连入氨水泵17的工质进口侧，氨水泵17的工质出口侧连入第二海水加热器18的工质进口侧，第二海水加热器18的工质出口侧连入氨分离器19的入料口，氨分离器19的底部出料口连入第五换热器20的热流进口侧，第五换热器20的热流出口侧连入第二混合器16的第一进口侧，氨分离器19的顶部出料口连入氨气透平膨胀机21的工质进口侧，氨气透平膨胀机21的工质出口侧连入第四换热器15的热流进口侧，第四换热器15的热流出口侧连入第二混合器16的第二进口侧；
30.卡琳娜循环系统中冷源介质为液化天然气；卡琳娜循环系统中循环介质为氨水混合物；
31.天然气直接膨胀系统包括第一混合器14，第一混合器14的出口侧连入第四换热器15的冷流进口侧，第四换热器15的冷流出口侧连入第五换热器20的冷流进口侧，第五换热器20的冷流出口侧连入第三海水加热器22的工质进口侧，第三海水加热器22的工质出口侧连入天然气透平膨胀机23的工质进口侧；天然气透平膨胀机23的出口侧与用户或企业连接。
32.本实施例的工作原理为：lng原料经lng泵1增压输送至三通器2，三通器2将原料分成两股大小不同的物流，较大的一股物流经第一换热器3与第二换热器4两次加热升温后，进入闪蒸塔5的第一个入料口进行甲烷的初步分离，较小的一股物流经第三换热器9加热升温后进入闪蒸塔5的第二个入料口进行甲烷的初步分离，加热后的lng原料在闪蒸塔5内被分离成了富甲烷天然气与富含c2+轻烃资源的釜液，富甲烷天然气从闪蒸塔5的塔顶排出，而闪蒸塔的釜液流入釜液泵6加压后通入脱甲烷塔7进一步分离甲烷，脱甲烷塔7将闪蒸塔5的釜液分离成了含有高纯度甲烷的天然气与富含c2+轻烃的物流，富甲烷天然气从脱甲烷塔7的塔顶排出，而脱甲烷塔7的釜液流入脱乙烷塔8，脱乙烷塔8将此液体分离成了高纯度的乙烷与富含丙烷、丁烷等组份的液化石油气产品，被分离出的气态乙烷在第三换热器9中被冷却成为液态乙烷产品，完成lng的轻烃分离过程；
33.有机工质经有机工质泵11加压后进入第一海水加热器12被海水加热成气态，随后进入有机朗肯透平膨胀机13做功发电，完成发电过程后，输出的乏气在第三换热器9中被冷却成液态，完成有机朗肯循环过程；
34.氨水经氨水泵17增压后在第二海水加热器18中被海水加热为气液两态，然后进入氨分离器19中气液分离，气相进入氨气透平膨胀机21中发电，液相经第五换热器20冷却，完成发电过程后的氨水混合物在第四换热器15中被lng冷却为氨水，随后与第五换热器20流出的氨水在第二混合器16中混合，完成卡琳娜循环；
35.闪蒸塔塔顶排出的富甲烷天然气经压缩机10压缩后通入第二换热器4中被冷却成液态，脱甲烷塔塔顶排出的富甲烷天然气进入第一换热器3被冷却成液态，两股lng在第一混合器14中混合，并依次通过第四换热器15和第五换热器20释放冷能，随后被第三海水加热器22加热成气态，并进入天然气透平膨胀机23做功发电，完成天然气直接膨胀过程。

技术特征：
1.一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，包括用于回收c2+轻烃资源的lng轻烃分离系统，以及与所述lng轻烃分离系统连接且用于发电的有机朗肯循环系统、卡琳娜循环系统、天然气直接膨胀系统；所述lng轻烃分离系统包括lng泵(1)，lng泵(1)的工质出口侧接入三通器(2)的进口侧，三通器(2)的第一出口侧连入第一换热器(3)的冷流进口侧，第一换热器(3)的冷流出口侧连入第二换热器(4)的冷流进口侧，第二换热器(4)的冷流出口侧连入闪蒸塔(5)的第一入料口，三通器(2)的第二出口侧连入第三换热器(9)的冷流进口侧，第三换热器(9)的冷流出口侧连入闪蒸塔(5)的第二入料口，闪蒸塔(5)的釜液口连入釜液泵(6)的工质进口侧，釜液泵(6)的工质出口侧连入脱甲烷塔(7)的入料口，脱甲烷塔(7)的底部出料口连入脱乙烷塔(8)的入料口；闪蒸塔(5)的顶部出料口连入压缩机(10)的工质进口侧，压缩机(10)的工质出口侧连入第二换热器(4)的热流进口侧，第二换热器(4)的热流出口侧连入第一混合器(14)的第一进口侧；脱甲烷塔(7)的顶部出料口连入第一换热器(3)的热流进口侧，第一换热器(3)的热流出口侧连入第一混合器(14)的第二进口侧；脱乙烷塔(8)的顶部出料口连入第三换热器(9)的第一热流进口侧；所述有机朗肯循环系统包括有机朗肯透平膨胀机(13)，有机朗肯透平膨胀机(13)的出口侧连入第三换热器(9)的第二热流进口侧，第三换热器(9)的第二热流出口侧连入有机工质泵(11)的工质进口侧，有机工质泵(11)的工质出口侧连入第一海水加热器(12)的工质进口侧，第一海水加热器(12)的工质出口侧连入有机朗肯透平膨胀机(13)的工质进口侧；所述卡琳娜循环系统包括第二混合器(16)，第二混合器(16)的出口侧连入氨水泵(17)的工质进口侧，氨水泵(17)的工质出口侧连入第二海水加热器(18)的工质进口侧，第二海水加热器(18)的工质出口侧连入氨分离器(19)的入料口，氨分离器(19)的底部出料口连入第五换热器(20)的热流进口侧，第五换热器(20)的热流出口侧连入第二混合器(16)的第一进口侧，氨分离器(19)的顶部出料口连入氨气透平膨胀机(21)的工质进口侧，氨气透平膨胀机(21)的工质出口侧连入第四换热器(15)的热流进口侧，第四换热器(15)的热流出口侧连入第二混合器(16)的第二进口侧；所述天然气直接膨胀系统包括第一混合器(14)，第一混合器(14)的出口侧连入第四换热器(15)的冷流进口侧，第四换热器(15)的冷流出口侧连入第五换热器(20)的冷流进口侧，第五换热器(20)的冷流出口侧连入第三海水加热器(22)的工质进口侧，第三海水加热器(22)的工质出口侧连入天然气透平膨胀机(23)的工质进口侧。2.根据权利要求1所述一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，其特征在于，所述lng泵(1)进口侧的工质为液化天然气。3.根据权利要求1所述一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，其特征在于，所述第三换热器(9)第一个热流出口侧的工质为液态乙烷。4.根据权利要求1所述一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，其特征在于，所述脱乙烷塔(8)底部出料口的工质为液化石油气。5.根据权利要求1所述一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，其特征在于，所述有机朗肯循环中冷源介质为lng。6.根据权利要求1所述一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，其特征在于，所述有机朗肯循环中的工质采用r245fa五氟丙烷或r365mfc五氟丁烷或n-nonane正壬烷或
n-octane正辛烷或n-pentane正戊烷。7.根据权利要求1所述一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，其特征在于，所述卡琳娜循环系统中冷源介质为液化天然气。8.根据权利要求1所述一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，其特征在于，所述卡琳娜循环系统中循环介质为氨水混合物。9.根据权利要求1所述一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，其特征在于，所述天然气透平膨胀机(23)的出口侧与用户或企业连接。10.根据权利要求1所述一种利用lng冷能的轻经分离耦合循环发电系统，其特征在于，所述卡琳娜循环系统中冷源介质为液化天然气。

技术总结
本发明涉及LNG冷能利用技术领域，公开了一种利用LNG冷能的轻经分离耦合循环发电系统，包括用于回收C2+轻烃资源的LNG轻烃分离系统，以及与所述LNG轻烃分离系统连接且用于发电的有机朗肯循环系统、卡琳娜循环系统、天然气直接膨胀系统；本发明通过对LNG冷能的梯级集成利用，有效提高了系统的热效率、效率和发电效率，本发明整体系统设计合理紧凑，具有控制安全灵活、高效节能、实用性强及成本低廉的优点。的优点。的优点。


技术研发人员：吴刚 吴学谦 潘杰 白俊华 刘峰 王玉龙
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：2022.09.08
技术公布日：2023/6/12