CN104803432A

CN104803432A - 一种lng冷能多级利用的方法与装置

Info

Publication number: CN104803432A
Application number: CN201510187691.5A
Authority: CN
Inventors: 李文卓; 潘振; 仇阳; 刘宝玉; 商丽艳; 佟伟伟; 刘娟; 范影
Original assignee: Liaoning Shihua University
Current assignee: Liaoning Shihua University
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2015-07-29

Abstract

本发明涉及能量的转换利用领域，具体涉及一种LNG冷能多级利用的方法与装置。随着国家对减少碳排放和提高节能效率的要求日益提高，我国的能源消费结构将更加倚重天然气，未来天然气的供应中，来自海外的LNG比重占较大份额，无论是从海外进口的LNG，还是我国制取的LNG，在汽化时要放出大量的冷能，世界各国都在努力探索提高LNG冷能利用率的途径和方法。本发明从冷能利用出发，依据LNG的汽化特性曲线对LNG冷能采用五级回收利用的方式，提高了LNG冷能的回收利用率。

Description

一种LNG冷能多级利用的方法与装置

技术领域

本发明涉及能量的转换利用领域，具体涉及一种LNG冷能多级利用的方法与装置。该系统依据LNG的汽化特性曲线对LNG冷能采用五级阶梯利用的方式，提高了LNG冷能的利用率。两级海水淡化单元构建成海水淡化循环系统，充分利用了海水资源。

背景技术

随着国家对减少碳排放和提高节能效率的要求日益提高，我国的能源消费结构将更加倚重天然气。未来天然气的供应中，来自海外的LNG比重占较大份额。无论是从海外进口的LNG，还是我国制取的LNG，在汽化时要放出大量的冷能，一般为830-860kJ/kg。世界各国都在努力探索提高LNG冷能利用率的途径和方法，其中不乏有冷能发电海水淡化等途径。由于LNG冷能释放温度跨度大，换热温差悬殊，造成冷(火用)损失大，LNG冷能利用效率难于提高，一般LNG冷能利用率只有30％左右，急需一种可提高LNG冷能利用率的方法或装置。

发明内容

本发明是一种LNG冷能多级利用的方法与装置。依据LNG的汽化特性曲线对LNG冷能采用五级阶梯利用的方式，提高了LNG冷能的利用率。

所述的一种LNG冷能多级利用的装置包括：LNG储罐(1)，第一加压泵(2)，第一换热器(3)，压缩机(4)，蒸发器(5)，膨胀透平机(6)，发电机(7)，第二换热器(8)，第一循环泵(9)，二氧化碳捕集装置(10)，第三换热器(11)，第二循环泵(12)，第一结晶器(13)，第一洗涤器(14)，第一融冰槽(15)，第二加压泵(16)，第一预冷器(17)，蒸馏装置(18)，第四换热器(19)，第三循环泵(20)，第二结晶器(21)，第二洗涤器(22)，第二融冰槽(23)，第三加压泵(24)，第二预冷器(25)，第四加压泵(26)，第五换热器(27)，第四循环泵(28)，果蔬保鲜装置(29)。

本发明技术方案如下：1)、LNG储罐通过管路依次与加压泵、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器和第五换热器连接，最终连接天然气管网或用户，构成冷能五级阶梯利用主回路；2)、第一换热器通过管路依次与压缩机、蒸发器、膨胀透平机、发电机连接，最终连接低温供冷管道，构成朗肯循环发电；3)、第二换热器依次与第一循环泵、二氧化碳捕集装置连接，构成二氧化碳捕集单元。4)、第三换热器依次与第二循环泵、第一结晶器、第一洗涤器、第一融冰槽、第二加压泵、第一预冷器连接，最终进入蒸馏装置，构成一级海水淡化单元；5)、第四换热器依次与第三循环泵、第二结晶器、第二洗涤器、第二融冰槽、第三加压泵、第二预冷器、第四加压泵连接，最终连接第一预冷器，构成二级海水淡化单元；6)、第五换热器依次与第四循环泵，果蔬保鲜装置连接，构成果蔬保鲜单元。

所述的一种LNG冷能多级利用的方法与装置，依据LNG的汽化特性曲线对LNG冷能采用五级阶梯利用的方式，进一步提高了LNG冷能的利用率。

所述的一种LNG冷能多级利用的方法与装置，其特征在于：在所述第一级海水淡化单元中，天然气进入第三换热器(11)与冷媒工质换热后，冷媒工质进入第一结冰器(13)，在第一结晶器(13)中与经第一预冷器(17)预冷后的原料海水II进行换热，使部分海水结晶，得到高浓度海水和冰晶；冰晶进入第一洗涤器(14)中被洗涤淡水冲洗，洗涤掉冰晶表面上附着的盐分，使得冰晶纯度更高；排出来的洗涤水温度及含盐量较低，所以和原料海水II混合后可以再次利用；纯度较高的冰晶从第一洗涤器(14)出来进入第一融冰槽(15)中，融化成淡水，淡水分成两部分，一部分作为循环洗涤水经第二加压泵(16)回注到第一洗涤器(14)中，另一部分经第一预冷器(17)回收冷能后成为淡水；在第一结冰器(13)中得到的高浓度海水进入蒸馏装置(18)，经蒸馏工艺后得到淡水及盐。

所述的一种LNG冷能多级利用的方法与装置，其特征在于：在所述第二级海水淡化单元中，天然气进入第四换热器(19)与冷媒工质换热后，冷媒工质进入第二结冰器(21)，在第二结冰器(21)中与经第二预冷器(25)的原料海水I进行换热，使部分海水结冰，得到较高浓度海水和冰晶；冰晶进入第二洗涤器(22)中被洗涤淡水冲洗，洗涤掉冰晶表面上附着的盐分，使得冰晶纯度更高；排除来的洗涤水温度及含盐量较低，所以和原料海水I混合后可以再次利用；纯度较高的冰晶从第二洗涤器(22)出来进入第二融冰槽(23)中，融化成淡水，淡水分成两部分，一部分作为循环洗涤水经第三加压泵(24)回注到第二洗涤器(22)中，另一部分经第二预冷器(25)回收冷能后成为淡水；在第一结冰器(13)中得到的较高浓度海水经第四加压泵(26)后回到第一级海水淡化单元，作为第一级海水淡化单元的原料海水II使用。

所述的一种LNG冷能多级利用的方法与装置，其特征在于：所述第一级、第二级海水淡化单元构成海水淡化循环单元，提高了海水的利用效率，进一步提升了海水淡化效率，实现了节约淡水资源的目的。

发明的优点

1、本发明依据LNG汽化曲线的分段特性，构建了一级朗肯发电单元，二氧化碳捕集单元，两级海水淡化单元以及果蔬保鲜单元，并为提高LNG冷能利用率设置了低温供冷单元，实现了LNG冷能五级阶梯利用。

2、本发明构建的两级海水淡化单元形成循环系统，提高了海水的利用率，进一步提高海水淡化效率，实现了节约淡水资源的目的。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为一种LNG冷能多级利用的装置示意图；

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明专利作进一步详细的说明：本发明专利具体涉及一种LNG冷能多级利用的方法与装置，1)、LNG储罐通过管路依次与加压泵、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器和第五换热器连接，最终连接天然气管网或用户，构成冷能五级阶梯利用主回路；2)、第一换热器通过管路依次与压缩机、蒸发器、膨胀透平机、发电机连接，最终连接低温供冷管道，构成朗肯循环发电；3)、第二换热器依次与第一循环泵、二氧化碳捕集装置连接，构成二氧化碳捕集单元；4)、第三换热器依次与第二循环泵、第一结晶器、第一洗涤器、第一融冰槽、第二加压泵、第一预冷器连接，最终进入蒸馏装置，构成一级海水淡化单元；5)、第四换热器依次与第三循环泵、第二结晶器、第二洗涤器、第二融冰槽、第三加压泵、第二预冷器、第四加压泵连接，最终连接第一预冷器，构成二级海水淡化单元；6)、第五换热器依次与第四循环泵，果蔬保鲜装置连接，构成果蔬保鲜单元。

详细方案如下，所采用的装置包括：LNG储罐(1)，第一加压泵(2)，第一换热器(3)，压缩机(4)，蒸发器(5)，膨胀透平机(6)，发电机(7)，第二换热器(8)，第一循环泵(9)，二氧化碳捕集装置(10)，第三换热器(11)，第二循环泵(12)，第一结晶器(13)，第一洗涤器(14)，第一融冰槽(15)，第二加压泵(16)，第一预冷器(17)，蒸馏装置(18)，第四换热器(19)，第三循环泵(20)，第二结晶器(21)，第二洗涤器(22)，第二融冰槽(23)，第三加压泵(24)，第二预冷器(25)，第四加压泵(26)，第五换热器(27)，第四循环泵(28)，果蔬保鲜装置(29)；其特征在于：1)、由LNG储罐(1)、加压泵(2)、冷凝器(3)、第一换热器(8)、第二换热(11)、第三换热器(19)第四换热器(27)和第五换热器构成的LNG汽化升温膨胀主回路，该主回路与天然气管网或用户连接；2)、在所述郎肯循环发电单元中，冷媒工质在第一换热器(3)中冷凝为低压液态，然后经压缩机(4)加压为高压液态后进入蒸发器(5)，在蒸发器(5)中冷媒工质吸收所述低温供冷管路的热量蒸发为高压气态，该高压气态的冷媒工质进入膨胀透平机(6)，膨胀透平机(6)中膨胀做功降压为低压气态的冷媒工质，该低压气态的冷媒工质进入第一换热器(3)再次冷凝为低压液态继续下一次循环，冷媒工质在膨胀透平机(6)中所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动发电机发电；3)、在所述低温捕集二氧化碳单元中，冷媒工质在第二换热器(8)中向LNG汽化升温膨胀主回路中的天然气释放热量，然后经循环泵(9)驱动进入二氧化碳捕集装置(10)，在二氧化碳捕集装置(10)中冷媒工质吸收二氧化碳捕集装置(10)中热量后再次进入第二换热器(8)继续下一次循环。4)、在所述第一级海水淡化单元中，天然气进入第三换热器(11)与冷媒工质换热后，冷媒工质进入第一结冰器(13)，在第一结冰器(13)中与经第一预冷器(17)预冷后的原料海水II进行换热，使部分海水结冰，得到高浓度海水和冰晶；冰晶进入第一洗涤器(14)中被洗涤淡水冲洗，洗涤掉冰晶表面上附着的盐分，使得冰晶纯度更高；排除来的洗涤水温度较低，含盐量较低，所以和原料海水II混合后可以再次利用；纯度较高的冰晶从第一洗涤器(14)出来进入第一融冰槽(15)中，融化成淡水，淡水分成两部分，一部分作为循环洗涤水经第二加压泵(16)回注到第一洗涤器(14)中，另一部分经第一预冷器(17)回收冷能后成为淡水；在第一结冰器(13)中得到的高浓度海水进入蒸馏装置(18)，经蒸馏工艺后得到淡水及盐。5)、在所述第二级海水淡化单元中，天然气进入第四换热器(19)与冷媒工质换热后，冷媒工质进入第二结冰器(21)，在第二结冰器(21)中与经第二预冷器(25)的原料海水I进行换热，使部分海水结冰，得到较高浓度海水和冰晶；冰晶进入第二洗涤器(22)中被洗涤淡水冲洗，洗涤掉冰晶表面上附着的盐分，使得冰晶纯度更高；排除来的洗涤水温度较低，含盐量较低，所以和原料海水I混合后可以再次利用；纯度较高的冰晶从第二洗涤器(23)出来进入第二融冰槽(23)中，融化成淡水，淡水分成两部分，一部分作为循环洗涤水经第三加压泵(24)回注到第二洗涤器(22)中，另一部分经第二预冷器(25)回收冷能后成为淡水；在第一结冰器(13)中得到的较高浓度海水经第四加压泵(26)后回到第一级海水淡化单元，作为第一级海水淡化单元的原料海水II使用。6)、在所述果蔬保鲜单元中，冷媒工质在第五换热器(27)中向天然气释放热量，然后经第四循环泵(28)驱动进入果蔬保鲜装置(29)，在果蔬保鲜装置(29)中冷媒工质吸收果蔬保鲜装置(29)中热量后再次进入第五换热器(27)继续下一次循环。

Claims

1.一种LNG冷能多级利用的方法与装置，方法中采用的装置包括：LNG储罐(1)，第一加压泵(2)，第一换热器(3)，压缩机(4)，蒸发器(5)，膨胀透平机(6)，发电机(7)，第二换热器(8)，第一循环泵(9)，二氧化碳捕集装置(10)，第三换热器(11)，第二循环泵(12)，第一结晶器(13)，第一洗涤器(14)，第一融冰槽(15)，第二加压泵(16)，第一预冷器(17)，蒸馏装置(18)，第四换热器(19)，第三循环泵(20)，第二结晶器(21)，第二洗涤器(22)，第二融冰槽(23)，第三加压泵(24)，第二预冷器(25)，第四加压泵(26)，第五换热器(27)，第四循环泵(28)，果蔬保鲜装置(29)其特征在于：1)LNG储罐(1)通过管路依次与加压泵(2)、第一换热器(3)、第二换热器(8)、第三换热器(11)、第四换热器(19)和第五换热器(27)连接，最终连接天然气管网或用户，构成冷能五级阶梯利用主回路；2)第一换热器(3)通过管路依次与压缩机(4)、蒸发器(5)、膨胀透平机(6)、发电机(7)连接，最终连接低温供冷管道，构成朗肯循环发电；3)第二换热器(8)依次与第一循环泵(9)、二氧化碳捕集装置(10)连接，构成二氧化碳捕集单元；4)第三换热器(11)依次与第二循环泵(12)、第一结晶器(13)、第一洗涤器(14)、第一融冰槽(15)、第二加压泵(16)、第一预冷器(17)连接，最终进入蒸馏装置(18)，构成一级海水淡化；5)第四换热器(19)依次与第三循环泵(20)、第二结晶器(21)、第二洗涤器(22)、第二融冰槽(23)、第三加压泵(24)、第二预冷器(25)、第四加压泵(26)连接，最终连接第一预冷器(17)，构成二级海水淡化单元；6)第五换热器(27)依次与第四循环泵(28)，果蔬保鲜装置(29)连接，构成果蔬保鲜单元。

2.如权利要求1所述的一种LNG冷能多级利用的方法与装置，其特征在于：依据LNG的汽化特性曲线对LNG冷能采用五级阶梯利用的方式，提高了LNG冷能的利用率。

3.如权利要求1所述的一种LNG冷能多级利用的方法与装置，其特征在于：在所述第一级海水淡化单元中，天然气进入第三换热器(11)与冷媒工质换热后，冷媒工质进入第一结冰器(13)，在第一结晶器(13)中与经第一预冷器(17)预冷后的原料海水II进行换热，使部分海水结晶，得到高浓度海水和冰晶；冰晶进入第一洗涤器(14)中被洗涤淡水冲洗，洗涤掉冰晶表面上附着的盐分，使得冰晶纯度更高；排出来的洗涤水温度及含盐量较低，所以和原料海水II混合后可以再次利用；纯度较高的冰晶从第一洗涤器(14)出来进入第一融冰槽(15)中，融化成淡水，淡水分成两部分，一部分作为循环洗涤水经第二加压泵(16)回注到第一洗涤器(14)中，另一部分经第一预冷器(17)回收冷能后成为淡水；在第一结冰器(13)中得到的高浓度海水进入蒸馏装置(18)，经蒸馏工艺后得到淡水及盐。

4.如权利要求1所述的一种LNG冷能多级利用的方法与装置，其特征在于：在所述第二级海水淡化单元中，天然气进入第四换热器(19)与冷媒工质换热后，冷媒工质进入第二结冰器(21)，在第二结冰器(21)中与经第二预冷器(25)的原料海水I进行换热，使部分海水结冰，得到较高浓度海水和冰晶；冰晶进入第二洗涤器(22)中被洗涤淡水冲洗，洗涤掉冰晶表面上附着的盐分，使得冰晶纯度更高；排除来的洗涤水温度及含盐量较低，所以和原料海水I混合后可以再次利用；纯度较高的冰晶从第二洗涤器(22)出来进入第二融冰槽(23)中，融化成淡水，淡水分成两部分，一部分作为循环洗涤水经第三加压泵(24)回注到第二洗涤器(22)中，另一部分经第二预冷器(25)回收冷能后成为淡水；在第一结冰器(13)中得到的较高浓度海水经第四加压泵(26)后回到第一级海水淡化单元，作为第一级海水淡化单元的原料海水II使用。

5.如权利要求1所述的一种LNG冷能多级利用的方法与装置，其特征在于：所述第一级、第二级海水淡化单元构成海水淡化循环单元，提高了海水的利用效率，进一步提升了海水淡化效率，实现了节约淡水资源的目的。