CN104747389B - 一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统及方法，气化系统包括集热储热单元、发电单元和天然气气化单元，所述集热储热单元和所述发电单元通过第一换热器与所述发电单元相连接，所述发电单元通过第三换热器、第四换热器与所述气化单元相连接，所述天然气气化单元通过第二换热器与所述集热储热单元相连接。本发明的气化系统中，收集的太阳能分级利用，高温传热工质首先通过有机朗肯循环系统发电，余热用于喷射式液化天然气气化，在利用可再生能源发电的同时实现了液化天然气气化，提高了液化天然气气化速率，实现了对不可再生能源的节约。

Description

一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统及方法

技术领域

本发明涉及液化天然气的气化领域，具体涉及一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统及方法。

背景技术

随着全球经济社会的快速发展，人们对能源的需求容量越来越大。在对环境改善的要求越来越高的前提下，如何提高可再生能源的利用率以及进一步提高不可再生能源的利用率及其节约程度显得愈发重要。

液化天然气在气化过程中需要消耗大量的能量，现有的液化天然气气化方法普遍存在可调加热负荷有限、对环境影响较大、系统较复杂以及气化本身需要燃烧大量的天然气等不足，操作不方便，而且不利于节约能源。此外，在我国太阳能作为普遍存在的可开发储量非常大的一种持久的可再生能源，将其用于进行天然气气化领域还比较少，几乎还没有利用聚光太阳能、喷射方法进行天然气气化的案例以及研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统及方法，旨在实现将太阳能用于液化天然气气化。

本发明采用的技术方案具体为：

一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统，包括集热储热单元、发电单元和天然气气化单元，所述集热储热单元和所述发电单元通过第一换热器与所述发电单元相连接，所述发电单元通过第三换热器、第四换热器与所述气化单元相连接，所述天然气气化单元通过第二换热器与所述集热储热单元相连接。

在上述液化天然气气化系统中，所述集热储热单元包括储热罐、高温泵、太阳能集热器、第一换热器和第二换热器，所述储热罐通过高温泵与所述太阳能集热器相连接，所述太阳能集热器依次经所述第一换热器、所述第二换热器连接至所述储热罐。

在上述液化天然气气化系统中，还包括第一阀门组包括第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；其中：

所述高温泵经所述第一阀门与所述太阳能集热器相连接，所述太阳能集热器经所述第四阀门与所述储热罐相连接，所述第三阀门设于所述第一阀门和所述第二阀门之间。

在上述液化天然气气化系统中，所述发电单元包括工质泵、第一换热器、膨胀机、第三换热器和第四换热器，所述工质泵通过所述第一换热器与所述膨胀机相连接，所述膨胀机进一步连接至发电机，所述膨胀机依次经所述第三换热器、所述第四换热器连接至所述工质泵。

在上述液化天然气气化系统中，所述气化单元包括液化天然气罐、第五阀门、液化天然气泵、第三换热器、第四换热器、喷射器、第二换热器和调压阀，其中：所述液化天然气罐依次经所述第五阀门、所述液化天然气泵与所述第三换热器相连接，所述第三换热器与所述喷射器相连接；所述液化天然气罐经所述第五阀门与所述喷射器相连接；所述液化天然气罐、所述第五阀门、所述第四换热器和所述调压阀依次相连形成回路。

一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化方法，包括集热储热单元的集热储热步骤、发电单元的发电步骤以及天然气气化单元的气化步骤，所述集热储热步骤通过第一换热器与所述发电步骤相衔接，所述发电步骤通过第三换热器、第四换热器与所述气化步骤相衔接，所述气化步骤通过第二换热器与所述集热储热步骤相衔接。

在上述液化天然气气化方法中，所述集热储热步骤具体为：

当太阳能集热器输出的热量大于等于第一换热器和第二换热器所需要的热量时，关闭第三阀门，通过调节第四阀门的开度使太阳能集热器内的传热工质一部分返回储热罐，另一部分依次通过第一换热器、第二换热器降温后返回储热罐；当太阳能集热器输出的热量低于第一换热器和第二换热器所需要的热量时，关闭第四阀门，通过调节第三阀门的开度，传热工质依次经第一换热器、第二换热器返回储热罐，形成连续传热工质循环。

在上述液化天然气气化方法中，所述发电步骤具体为：

经第三换热器、第四换热器冷凝的液态有机工质经工质泵升压后进入第一换热器中被加热，液态有机工质转化为过热高温高压蒸汽，过热高温高压蒸汽进入膨胀机膨胀发电，膨胀发电后，过热高温高压蒸汽转化为低温低压蒸汽，低温低压蒸汽依次经第三换热器、第四换热器冷凝后，转化为过冷液态有机工质后返回工质泵，形成连续有机工质循环。

在上述液化天然气气化方法中，所述气化步骤具体为：

液化天然气经液化天然气泵升压后进入第三换热器进行气化后，转化为高温高压过热蒸汽，高温高压过热蒸汽和低温低压液化天然气在喷射器中混合后转化为气态天然气，转化为气态天然气后从喷射器的喷嘴中喷射进入第二换热器被加热至设定温度后连接至压缩天然气管线。

在上述液化天然气气化方法中，从液化天然气罐引射来的液化天然气中，一部分经进入喷射器与高温高压过热蒸汽在喷射器中混合，另一部分经第四换热器换热后气化，气化后的天然气经调压器调压后返回液化天然气罐。

本发明产生的有益效果是：

本发明的气化系统通过将太阳能集热器与储热罐相结合，形成连续、稳定的太阳能集热储热系统。通过将太阳能集热储热单元、有机朗肯循环发电单元和喷射式液化天然气气化单元相结合，形成稳定、连续的太阳能发电和高效的液化天然气气化系统。通过稳定、高效地利用太阳能，即通过利用高温部分热能发电、利用有机朗肯循环发电单元的冷凝器的余热和利用低温太阳热能借助喷射热质交换的方式，实现了液化天然气的高速气化。可以看出，通过将太阳能集热储热、有机朗肯循环发电与喷射式液化天然气气化相结合，使收集的太阳能得以分级利用，即高温传热工质首先通过有机朗肯循环系统发电，余热用于喷射式液化天然气气化。此外，本发明的气化系统还具有结构简单、制造成本低的优点，尤其适合太阳能资源丰富的液化天然气接收站等应用场景。

相应地，本发明的气化方法既高效地利用了太阳能，实现了高温太阳能的高品位发电，也充分利用了低温热能和喷射器，实现了液化天然气的高效气化。在利用可再生能源发电的同时实现了液化天然气的气化，很大程度上节约了作为不可再生资源的化石能源，同时也不会因此对环境产生额外的压力，因此是一种兼具高效和节能特点的气化方法。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统的结构示意图。

图中：1、高温泵；2、第一阀门；3、太阳能集热器；4、第二阀门；5、第一换热器；6、第二换热器；7、第三阀门；8、第四阀门；9、工质泵；10、膨胀机；11、第三换热器；12、第四换热器；13、液化天然气罐；14、第五阀门；15、液化天然气泵；16、喷射器；17、调压阀；18、储热罐。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1所示的一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统，包括太阳能集热储热单元、有机朗肯循环发电单元和液化天然气气化单元。其中，太阳能集热储热单元与有机朗肯循环发电单元共用第一换热器5，太阳能集热储热单元与液化天然气气化单元共用第二换热器6，有机朗肯循环发电单元与液化天然气气化单元共用第三换热器11和第四换热器12。

1)太阳能集热储热单元包括储热罐18、高温泵1、第一阀门2、太阳能集热器3、第二阀门4、第一换热器5、第二换热器6、第三阀门7、第四阀门8及相应管道。具体地，储热罐通过高温泵与太阳能集热器相连接，太阳能集热器依次经第一换热器、第二换热器连接至储热罐。关于阀门，高温泵经第一阀门与太阳能集热器相连接，太阳能集热器依次经第二阀门、第四阀门与储热罐直接相连接，第三阀门设置于第一阀门和第二阀门之间。

2)有机朗肯循环发电单元包括工质泵9、第一换热器5、膨胀机10、第三换热器11、第四换热器12以及相应管道。具体地，工质泵通过第一换热器与膨胀机相连接，膨胀机进一步连接至发电机，膨胀机依次经第三换热器、第四换热器连接至工质泵。

3)(喷射式)液化天然气气化单元包括液化天然气罐13、第五阀门14、液化天然气泵15、第三换热器11、第四换热器12、喷射器16、第二换热器6、调压阀17、相应的管道以及压缩天然气管线。具体地，液化天然气罐依次经第五阀门、液化天然气泵与第三换热器相连接，第三换热器进一步与喷射器相连接；液化天然气罐经第五阀门与喷射器相连接；液化天然气罐、第五阀门、第四换热器和调压阀依次相连形成回路。基于上述的太阳能循环发电的液化天然气气化系统，能够采用对应的气化方法对天然气进行气化。在采用气化方法对天然气进行气化的过程中，各个单元的工作原理具体如下：

1)太阳能集热储热单元按照以下流程进行工作：当太阳能集热器3输出的热量大于等于第一换热器5和第二换热器6所需要的热量时，关闭第三阀门7、调节第四阀门8的开度，使多余的高温传热工质返回到储热罐18，另一部分高温传热工质依次通过第一换热器5和第二换热器6降温后返回储热罐18；当太阳能集热器3输出的热量低于第一换热器5和第二换热器6所需要的热量时，关闭第四阀门8，调节第三阀门7的开度，保证通过第一换热器5和第二换热器6的传热工质温度和流量稳定，降温后的传热工质返回储热罐18，形成连续传热工质循环。作为一种优选，传热工质采用低熔点熔盐，太阳能集热器采用集热效率为78％的碟式太阳能集热器，第一换热器5采用管壳式换热器，第二换热器6采用板式换热器。

2)有机朗肯循环发电单元按照以下流程工作：被第三换热器11和第四换热器12冷凝并过冷的液态有机工质在工质泵9中升压后进入第一换热器5中被加热蒸发至过热高温高压蒸汽，然后过热高温高压蒸汽进入膨胀机10膨胀使发电机发电，膨胀后得到的低温低压蒸汽依次进入第三换热器11和第四换热器12被冷凝成过冷液态有机工质后重新返回工质泵9，形成连续有机工质循环。作为一种优选，膨胀机10采用透平膨胀机，第三换热器11采用管壳式换热器，第四换热器12采用板式换热器。

3)喷射式液化天然气气化单元按照以下流程工作：液化天然气罐13中的液化天然气在液化天然气泵15的作用下经过第五阀门14，其中大部分液化天然气经过液化天然气泵15被升压后进入第三换热器11进行气化过热至高温高压蒸汽，然后进入喷射器16的喷嘴中喷射，从引射口引射进来的低温低压液化天然气与高温高压蒸汽在喷射器16中混合后完全气化成为气态天然气，然后气态天然气进入第二换热器6被加热至0℃左右，另一小部分液态天然气进入第四换热器12受热气化后经过调压器17调压后返回液化天然气罐13，可以保持罐内压力稳定。

按照上述方法对液化天然气进行气化，热能的利用率可以达到99％左右，太阳能可实现全天加热，有机朗肯循环发电单元的效率可达12％左右。

以上结合附图对本发明的实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供对本发明的进一步理解。显然，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统，其特征在于，该系统包括集热储热单元、发电单元和天然气气化单元，所述集热储热单元通过共用的第一换热器与所述发电单元相连接，所述发电单元通过共用的第三换热器、第四换热器与所述天然气气化单元相连接，所述天然气气化单元通过共用的第二换热器与所述集热储热单元相连接；

其中，所述集热储热单元包括第一阀门组，该第一阀门组允许根据输出的热量和换热需要的热量来调整所述集热储热单元的管路连接；

其中，所述气化系统内所述集热储热单元中的传热工质采用熔盐。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统，其特征在于，所述集热储热单元包括储热罐、高温泵、太阳能集热器、第一换热器和第二换热器，所述储热罐通过高温泵与所述太阳能集热器相连接，所述太阳能集热器依次经所述第一换热器、所述第二换热器连接至所述储热罐；

所述第一阀门组包括第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；其中：所述高温泵经所述第一阀门与所述太阳能集热器相连接，所述太阳能集热器依次经所述第二阀门、第四阀门与所述储热罐直接相连接，所述第三阀门设于所述第一阀门和所述第二阀门之间。

3.根据权利要求1所述的基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统，其特征在于，所述发电单元包括工质泵、所述第一换热器、膨胀机、所述第三换热器和所述第四换热器，所述工质泵通过所述第一换热器与所述膨胀机相连接，所述膨胀机进一步连接至发电机，所述膨胀机依次经所述第三换热器、所述第四换热器连接至所述工质泵。

4.根据权利要求1所述的基于太阳能循环发电的液化天然气气化系统，其特征在于，所述天然气气化单元包括液化天然气罐、第五阀门、液化天然气泵、所述第三换热器、所述第四换热器、喷射器、所述第二换热器和调压阀，其中：

所述液化天然气罐依次经所述第五阀门、所述液化天然气泵与所述第三换热器相连接，所述第三换热器与所述喷射器相连接；

所述液化天然气罐经所述第五阀门与所述喷射器相连接；

所述液化天然气罐、所述第五阀门、所述第四换热器和所述调压阀依次相连形成回路。

5.一种基于太阳能循环发电的液化天然气气化方法，其特征在于，所述方法包括集热储热单元的集热储热步骤、发电单元的发电步骤以及天然气气化单元的气化步骤，所述集热储热步骤通过第一换热器与所述发电步骤相衔接，所述发电步骤通过第三换热器、第四换热器与所述气化步骤相衔接，所述气化步骤通过第二换热器与所述集热储热步骤相衔接；

其中，在所述集热储热步骤中，根据太阳能集热器输出的热量和换热需要的热量，通过调整第一阀门组的阀门开闭来使集热储热单元处于储热或者集热状态。

6.根据权利要求5所述的基于太阳能循环发电的液化天然气气化方法，其特征在于，所述集热储热步骤具体为：

当太阳能集热器输出的热量大于等于所述第一换热器和所述第二换热器所需要的热量时，关闭所述第一阀门组中的第三阀门，通过调节所述第一阀门组中的第四阀门的开度的方式使太阳能集热器内的传热工质一部分返回储热罐，另一部分依次通过所述第一换热器、所述第二换热器降温后返回储热罐，所述集热储热单元处于储热状态；

当太阳能集热器输出的热量低于第一换热器和第二换热器所需要的热量时，关闭所述第一阀门组中的第四阀门，通过调节所述第一阀门组中的第三阀门的开度的方式使传热工质依次经所述第一换热器、所述第二换热器返回储热罐，形成连续传热工质循环，所述集热储热单元处于集热状态；

其中，所述传热工质为低熔点的熔盐。

7.根据权利要求5所述的基于太阳能循环发电的液化天然气气化方法，其特征在于，所述发电步骤具体为：

经所述第三换热器、所述第四换热器冷凝的液态有机工质经工质泵升压后进入所述第一换热器中被加热后转化为过热高温高压蒸汽，过热高温高压蒸汽进入膨胀机膨胀发电，膨胀发电后该过热高温高压蒸汽转化为低温低压蒸汽，该低温低压蒸汽依次经所述第三换热器、所述第四换热器冷凝后，转化为过冷液态有机工质后返回工质泵，形成连续有机工质循环。

8.根据权利要求5所述的基于太阳能循环发电的液化天然气气化方法，其特征在于，所述气化步骤具体为：

液化天然气经液化天然气泵升压后进入所述第三换热器进行气化，转化为高温高压过热蒸汽，该高温高压过热蒸汽和从液化天然气罐引射来的低温低压液化天然气在喷射器中混合后转化为气态天然气，转化为气态天然气后从所述喷射器的喷嘴中喷射进入所述第二换热器被加热至设定温度后通入压缩天然气管线。

9.根据权利要求8所述的基于太阳能循环发电的液化天然气气化方法，其特征在于，从液化天然气罐引射来的低温低压液化天然气中，一部分经进入所述喷射器与高温高压过热蒸汽在喷射器中混合，另一部分经所述第四换热器换热后气化，气化后的天然气经调压器调压后返回液化天然气罐。