CN105605602A - 将lng冷能用于空分制氧和碳捕获的天然气富氧燃烧系统 - Google Patents

将lng冷能用于空分制氧和碳捕获的天然气富氧燃烧系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种将LNG冷能用于空分制氧和碳捕获的天然气富氧燃烧系统。该系统包括LNG冷能空分制氧子系统、富氧高压加水燃烧循环发电子系统和高压液氧碳捕获子系统，将LNG冷能应用于天然气富氧燃烧电厂的空分制氧过程中，同时冷凝回收富氧燃烧所产生的二氧化碳，实现碳的零排放。解决富氧燃烧电厂空分制氧能耗高、碳捕获成本大的问题。此外，还可以附加高压液氮再循环制氧子系统，进一步利用液氮冷能，降低制氧能耗，从而提高系统能效水平。本发明实现了冷能连续传递使用，同时解决了富氧燃烧电厂空分制氧能耗高，碳捕获成本大的两大难题，可用于以LNG为燃料的电力系统。

Description

将LNG冷能用于空分制氧和碳捕获的天然气富氧燃烧系统
技术领域
本发明属于电力行业天然气富氧燃烧电厂的集成系统，具体涉及LNG冷能空分制氧子系统、富氧高压加水燃烧循环发电子系统、高压液氧碳捕获子系统和高压液氮再循环制氧子系统。
背景技术
目前国内外电力行业的发电系统大多采用的是空气燃烧，燃料以煤为主。燃烧产物中形成NOx/SOx等大量的污染物，同时燃烧产生大量的二氧化碳直接排入大气，造成温室效应；
天然气富氧电厂可以显著降低NOx/SOx等污染物的排放，同时实现碳捕获。但是目前富氧燃烧示范电厂中所需要的氧气是通过空气分离装置分离空气中的氧气而来，空分制氧过程会使得电厂的发电效率降低10％左右，能耗巨大；同时为了实现碳捕获，需要对烟气中的二氧化碳进行压缩，碳捕获过程会使得电厂的发电效率降低8％左右。空分制氧和碳捕获过程中消耗的能量会导致系统发电效率的显著降低。目前LNG电厂中一般是将LNG常压气化后的天然气作为燃料送入燃烧器，LNG冷能没有得到利用，能量浪费严重。
发明内容
本发明提供了一套将LNG冷能应用于空分制氧过程，同时实现碳捕获的天然气富氧燃烧电厂集成系统，解决LNG富氧电厂空分制氧能耗高、碳捕获回收成本高以及LNG冷能浪费量大的问题，对节能减排具有重大意义。
本发明所提供的天然气富氧燃烧电厂集成系统，其特征在于，包括LNG冷能空分制氧子系统、富氧高压加水燃烧循环发电子系统和高压液氧碳捕获子系统；其中所述LNG冷能空分制氧子系统包括多级压缩机、低温泵、第一换热器、第一分流器和精馏塔；所述第一换热器输入端分别与多级压缩机和低温泵的输出端相连，输出端分别与精馏塔和所述第一分流器的输入端相连；所述精馏塔的输出端与高压液氧碳捕获子系统的第三换热器相连；所述第一分流器输出端分别接高压燃气管网和富氧高压加水燃烧循环发电子系统的反应器；
其中，多级压缩机用于产生高压空气，低温泵用于将输入的LNG加压至高压状态；第一换热器用于高压空气和高压LNG换热，将高压LNG气化为高压天然气，将高压空气液化；精馏塔用于将高压空气精馏分离为高压液氧和高压液氮，向第三换热器供应低温高压液氧；第一分流器用于将高压天然气分成两路，一路供给高压燃气管网，一路供给反应器；
所述富氧高压加水燃烧循环发电子系统，包括反应器、第一透平机、第二换热器、冷凝器、分离器、第二分流器和水泵；反应器与第一分流器、第二换热器和高压液氧碳捕获子系统的第三换热器的输出端相连，分别用于获取高压天然气、高压水蒸气和高压氧气；反应器输出端经第一透平机与第二换热器的输入端相连，用于将反应器生成的二氧化碳和水蒸气高压混合物膨胀做功，随后送入第二换热器；所述第二换热器输入端还与水泵的输出端相连，实现经第一透平机膨胀做功后的二氧化碳和水蒸气混合物与水泵输入的高压水换热；第二换热器输出端分别与反应器和冷凝器的输入端相连；冷凝器输出端与分离器输入端相连，用于将第二换热器送来的二氧化碳和水蒸气混合物冷凝；所述分离器输出端分别与第三换热器和第二分流器输入端相连，用于实现水和二氧化碳的分离；所述第二分流器的两个输出端分别与水泵和排水管路相连，用于将一部分水回送至水泵进行循环利用，一部分水向外排出；
所述高压液氧碳捕获子系统包括第三换热器，其输入端分别与精馏塔和分离器的输出端相连，输出端分别与反应器的输入端和CO2回收管路相连，用于将所述精馏塔分离出的低温高压液氧与分离器分离出的气态二氧化碳换热，将气态二氧化碳液化冷凝回收，完成碳捕获过程；同时，将高压液氧气化为高压氧气，送入富氧高压加水燃烧循环发电子系统中的反应器参与高压燃烧反应；
工作中，输入的LNG在LNG冷能空分制氧子系统中实现冷能置换，将高压空气冷凝为低温高压液态空气，随后低温高压液态空气在精馏塔中分离出高压液氧和高压液氮，实现了利用LNG冷能的空分制氧过程；所述高压液氧送入高压液氧碳捕获子系统，换热成为高压气态氧气送入反应器，同时其冷能将富氧高压加水燃烧循环发电子系统产生的二氧化碳冷凝液化，完成碳捕获过程。
进一步的，天然气富氧燃烧电厂集成系统还包括高压液氮再循环制氧子系统，其包括第四换热器、第五换热器、第二透平机、第六换热器和第三透平机；所述第四换热器输入端分别与多级压缩机和第六换热器的输出端相连，输出端分别与第五换热器输入端和氮气排放管相连；第五换热器输入端还与精馏塔输出端相连，输出端分别与第二透平机和第三透平机相连；第二透平机和第三透平机输出端均与第六换热器相连；第六换热器输出端分别与第四换热器和精馏塔的输入端相连；
工作时，多级压缩机产生的高压空气经过第四换热器和第五换热器换热，通过第二透平机膨胀做功后，压力有所降低的高压空气再经过第六换热器换热，冷凝为高压液态空气，输入LNG冷能空分制氧子系统的精馏塔；所述精馏塔分离出来的高压液氮经过第五换热器为所述高压空气提供冷量，再由第三透平机膨胀做功，降温降压后依次送入第六换热器和第四换热器为所述高压空气提供冷量，实现高压液氮再循环制氧过程，高压液氮冷能和压力能得到充分利用。
进一步的，所述天然气富氧燃烧电厂集成系统，系统中各管路的压力以保持管路中流体正常流动为下限。
进一步的，所述天然气富氧燃烧电厂集成系统，从多级压缩机末端出口，经第四换热器、第五换热器至第二透平机入口的这一区段，高压空气的压力范围为80-150bar。
进一步的，所述天然气富氧燃烧电厂集成系统，LNG冷能空分制氧子系统至反应器区段、高压液氧碳捕获子系统的液氧气化至反应器区段，以及从第二透平机出口经第六换热器、精馏塔、第五换热器至第三透平机入口区段，和从水泵出口经第二换热器、反应器至第一透平机入口区段，这些区段内的流体压力范围为30-100bar。
进一步的，所述天然气富氧燃烧电厂集成系统，从第一透平机出口经第二换热器、冷凝器、分离器至第三换热器区段，以及分离器经第二分流器至水泵入口的区段，压力为1bar左右。此压力与常规电厂汽轮机出口压力的0.04bar左右相比，压力提高了许多，乏汽中水蒸气的露点温度也由35℃左右提高到100℃左右；所以在第二换热器的回热过程中，乏汽中水蒸气的很大一部分潜热可以回收，有效地提高系统发电效率。
进一步的，所述天然气富氧燃烧电厂集成系统，从第三透平机出口经第六换热器至第四换热器出口区段，压力范围为0.01-1bar。
本发明的技术效果：
1.本发明将LNG冷能应用于空分制氧过程，为天然气富氧燃烧电厂集成系统提供氧气，取代了常规用电空分制氧的方式，高效利用LNG冷能的同时，有效地提高了电厂发电效率；
2.利用LNG冷能所制取的低温高压液氧中含有大量的冷能，这部分冷能又巧妙地用于碳捕获过程，填补了碳捕获过程所需要的额外冷能，有效地提高了系统发电效率；
LNG冷能先用于空分制氧过程，所得到的低温高压液氧又将冷能传递到碳捕获过程，这种冷能连续传递利用的方式同时解决了富氧燃烧电厂空分制氧能耗高，碳捕获成本大的两大难题。
3.利用LNG冷能所制取的低温高压液氮中同样含有大量的冷能，所制取的低温高压液氮再用于空气液化冷凝过程，通过第四换热器、第五换热器、第六换热器和第三透平机分别将低温高压液氮中的低温冷能和压力能进行了充分利用，有效地降低了空分制氧过程的能耗；
4.通过改变系统LNG的输入量，可以根据需要改变LNG冷能空分制氧子系统的空分制氧量，燃烧所需氧气不足的部分可由高压液氮再循环制氧子系统制取；这种灵活分配的方式可以保证优先利用既有的LNG冷能，从而尽量减少额外能量的消耗。
5.进入反应器的天然气、氧气和水蒸气均是由高压液相直接气化而得到的高压气体，高压气体直接进入反应器进行高压燃烧，充分利用上游子系统高压液相的压力能，减少过程中的压力能损失。
6.第一透平机的出口压力为1bar左右，与常规电厂汽轮机出口压力的0.04bar左右相比，压力提高了很多，乏汽中水蒸气的露点温度也由35℃左右提高到100℃左右；所以在第二换热器的回热过程中，乏汽中水蒸气的很大一部分潜热可以回收，有效提高系统发电效率。
附图说明
图1为本发明集成系统流程示意图；
其中：A—多级压缩机，B—精馏塔；11—低温泵，12—第一换热器，13—第一分流器；21—反应器，22—第一透平机，23—第二换热器，24—冷凝器，25—分离器，26—第二分流器，27—水泵；31—第三换热器；41—第四换热器，42—第五换热器，43—第二透平机，44—第六换热器，45—第三透平机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，作为本发明一个较佳的实施例，包括LNG冷能空分制氧子系统、富氧高压加水燃烧循环发电子系统和高压液氧碳捕获子系统，并附加高压液氮再循环制氧子系统。
一般而言，本系统中各管路的压力只要能保持管路中流体正常流动即可。作为优化方案，本系统设计了四个不同等级的压力级制，可以分别定义为第一级高压、第二级高压、第一级低压和第二级低压；为了方便说明，给出了本实施例中四级压力对应的取值范围以及流程中各区段的压力等级；
第一级高压：压力范围为80-150bar，从多级压缩机A末端出口，经第四换热器41、第五换热器42至第二透平机43入口的这一区段，属于第一级高压，压力范围为80-150bar；
第二级高压：压力范围为30-100bar，LNG冷能空分制氧子系统至反应器21区段、高压液氧碳捕获子系统的液氧气化至反应器21区段，以及从第二透平机43出口经第六换热器44、精馏塔B、第五换热器42至第三透平机45入口区段，和从水泵27出口经第二换热器23、反应器21至第一透平机22入口区段，均属于第二级高压，压力范围为30-100bar；
第一级低压：压力为1bar左右，从第一透平机22出口经第二换热器23、冷凝器24、分离器25至第三换热器31区段，以及分离器25经第二分流器26至水泵27入口的区段，属于第一级低压，压力约为1bar左右；
第二级低压，压力范围为0.01-1bar，从第三透平机45出口经第六换热器44至第四换热器41出口区段，属于第二级低压，压力范围为0.01-1bar。
为了进一步地说明本系统，给以下实施例四个压力等级分别规定了一组压力值，各区段的压力分别为，第一级高压100bar，第二级高压50bar，第一级低压1bar，第二级低压0.1bar；以下实施例中各区段所涉及的压力均采用本规定。
如图1所示，LNG冷能空分制氧子系统中的多级压缩机A产生的高压空气进入第一换热器12，与经过低温泵11加压得到的高压LNG换热，被冷凝成高压液态空气，随后进入精馏塔B进行精馏分离，得到高压液氧和高压液氮；所述高压液氧送入高压液氧碳捕获子系统的第三换热器31换热；所述高压LNG经第一换热器12换热气化为高压天然气，由第一分流器13分两路输出，一路送至富氧高压加水燃烧循环发电子系统的反应器21，另一路输入高压燃气管网；该区段中所涉及的高压，其压力等级为第二级高压，压力取值为50bar左右；所涉及的液态流体，其温度为对应压力下的饱和液态，或者为适当过冷液态；
在该子系统中通过改变LNG的输入量，可以实现其空分制氧量的变化，具体实施如下：当系统输入的LNG气化后所得到的高压天然气完全用于反应器21的燃烧反应，无多余高压天然气输入燃气管网时，LNG气化过程所提供的冷能能够制取的高压液氧约为反应器21燃烧所需要氧气量的30％左右，其余所需氧气将由高压液氮再循环制氧子系统制取；当系统输入的LNG气化后所得到的高压天然气除满足反应器21的燃烧反应需求外，多余的高压天然气输入燃气管网时，LNG气化过程所提供的冷能能够制取的高压液氧量将超过反应器21燃烧所需要氧气的30％；以此类推，不断增加系统LNG输入量，LNG气化过程所提供的冷能能够制取的高压液氧量将不断增加，直至反应器21燃烧所需要氧气全部由LNG气化过程的冷能来制取得到。这一调节方式可以优先选择利用既有的LNG冷能来制取氧气，减少额外能量的消耗。
参照图1中富氧高压加水燃烧循环发电子系统，高压液氧碳捕获子系统中第三换热器31输出的高压氧气，与第二换热器23输出的高压水蒸气，以及经第一分流器13输出的高压天然气，一并送入反应器21进行高压燃烧；所述反应器21高压燃烧生成的二氧化碳和水蒸气高压混合物，经第一透平机22膨胀做功后，二氧化碳和水蒸气低压混合物送入第二换热器23，与水泵27输入的高压水换热，随后经冷凝器24冷凝，再送入分离器25实现水和二氧化碳的分离；分离出的液态水经第二分流器26分流，一部分排出，另一部分输送至水泵27加压后送入第二换热器23换热气化为高压水蒸气，完成水循环过程；分离出的二氧化碳送入高压液氧碳捕获子系统的第三换热器31换热，被冷凝成为易于回收的液态二氧化碳，完成碳捕获过程；该区段中所涉及的高压，其压力等级为第二级高压，压力取值为50bar左右；所涉及的低压，其压力等级为第一级低压，压力取值为1bar左右；
该子系统中第一透平机22出口压力与常规电厂汽轮机出口压力的0.04bar左右相比，压力提高了很多，乏汽中水蒸气的露点温度也由35℃左右提高到100℃左右；所以在第二换热器23的回热过程中，乏汽中水蒸气的很大一部分潜热可以回收，有效提高系统发电效率；
该子系统中进入反应器21的天然气、氧气和水蒸气均是由高压液相，直接气化而得到的高压气体，高压气体进入反应器21进行高压燃烧，充分利用了上游子系统高压液相的压力能，减少过程中的能量损失；
参照图1中高压液氧碳捕获子系统，精馏塔B分离出的低温高压液氧经过第三换热器31，与所述分离器25分离出的低压二氧化碳换热，将气态二氧化碳液化冷凝回收，完成碳捕获过程；同时，高压液氧吸热气化为高压氧气，送入富氧高压加水燃烧循环发电子系统中的反应器21参与高压燃烧反应；该区段中所涉及的高压，其压力等级为第二级高压，压力取值为50bar左右；所涉及的低压，其压力等级为第一级低压，压力取值为1bar左右；
该子系统中，高压液氧将30℃左右的气态二氧化碳冷凝成为-88℃左右的液态二氧化碳，便于收集储存，液氧在对应高压下气化并充分过热，为后续反应器21提供氧气。
参照图1中的高压液氮再循环制氧子系统；多级压缩机A产生的高压空气，依次经过第四换热器41和第五换热器42换热，再通过第二透平机43膨胀做功，该区段所涉及的高压，其压力等级为第一级高压，压力取值为150bar；膨胀后压力有所降低的高压空气再经过第六换热器44换热，冷凝得到与LNG冷能空分制氧子系统所制取的状态相同的高压液态空气，输入LNG冷能空分制氧子系统的精馏塔B；所述精馏塔B分离出来的高压液氮经过第五换热器42为所述的高压空气提供冷量，随后送至第三透平机45膨胀做功，该区段所涉及的高压，其压力等级为第二级高压，压力取值为100bar；由第三透平机45透平膨胀至适当负压状态后，再依次送入第六换热器44和第四换热器41为所述的高压空气提供冷量，实现高压液氮再循环制氧过程，液氮冷能和压力能得到充分利用；该区段所涉及的低压，其压力等级为第二级低压，压力取值为0.1bar；
该子系统中，高压空气通过第二透平机43后，压力从第一级高压100bar降低到第二级高压50bar，其温度也随着大幅度降低，接近饱和气体状态甚至出现部分液化；透平膨胀后的空气仍为高压状态，使得其在第六换热器中更容易冷凝液化，同时保证了制取液氧和液氮的高压状态，与LNG冷能空分制氧子系统所制取的液氧和液氮保持状态一致；
该子系统中，精馏塔B分离出的高压液氮在第五换热器42中吸热等压气化，并适当过热，为第五换热器42中所述的高压空气提供冷量，利用了高压液氮的低温冷能；气化后的低温高压氮气在第三透平机45中膨胀至负压状态，将低温高压氮气的压力能转化为冷能，膨胀后温度可以达到-190℃以下，利用了高压液氮的压力能，为第六换热器44中所述的高压空气的冷凝液化过程提供冷量
作为另一种选择，四个压力等级还可分别设为，第一级高压80bar，第二级高压30bar，第一级低压1bar，第二级低压1bar，此时系统运行压力的高压部分降低了，负压部分升高了，优点是无论是正压还是负压状态，设备所需的承压能力都降低了，可以在一定程度上降低设备费用的投入，但是与上述实施例中的运行压力相比，系统的效率会有所降低。
作为另一种选择，四个压力等级还可分别设为，第一级高压150bar，第二级高压100bar，第一级低压1bar，第二级低压0.01bar，此时系统运行压力高压部分升高了，负压部分降低了，优点是系统的效率有所提高，但是与上述实施例中的运行压力相比，无论是正压还是负压状态，设备所需的承压能力都提高了，对应的设备投入费用也会增加。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种天然气富氧燃烧电厂集成系统，其特征在于，包括LNG冷能空分制氧子系统、富氧高压加水燃烧循环发电子系统和高压液氧碳捕获子系统；其中：
所述LNG冷能空分制氧子系统包括多级压缩机(A)、低温泵(11)、第一换热器(12)、第一分流器(13)和精馏塔(B)；所述第一换热器(12)输入端分别与多级压缩机(A)和低温泵(11)的输出端相连，第一换热器(12)输出端分别与精馏塔(B)和所述第一分流器(13)的输入端相连；所述精馏塔(B)的输出端与高压液氧碳捕获子系统的第三换热器(31)相连；所述第一分流器(13)输出端分别接高压燃气管网和富氧高压加水燃烧循环发电子系统的反应器(21)；
其中，多级压缩机(A)用于产生高压空气，低温泵(11)用于将输入的LNG加压至高压状态；第一换热器(12)用于高压空气和高压LNG换热，将高压LNG气化为高压天然气，将高压空气液化；精馏塔(B)用于将高压空气精馏分离为高压液氧和高压液氮，向第三换热器(31)供应低温高压液氧；第一分流器(13)用于将高压天然气分成两路，一路供给高压燃气管网，一路供给反应器(21)；
所述富氧高压加水燃烧循环发电子系统，包括反应器(21)、第一透平机(22)、第二换热器(23)、冷凝器(24)、分离器(25)、第二分流器(26)和水泵(27)；反应器(21)与第一分流器(13)、第二换热器(23)和高压液氧碳捕获子系统的第三换热器(31)的输出端相连，分别用于获取高压天然气、高压水蒸气和高压氧气；反应器(21)输出端经第一透平机(22)与第二换热器(23)的输入端相连，用于将反应器(21)生成的二氧化碳和水蒸气高压混合物膨胀做功，随后送入第二换热器(23)；所述第二换热器(23)输入端还与水泵(27)的输出端相连，实现经第一透平机(22)膨胀做功后的二氧化碳和水蒸气混合物与水泵输入的高压水换热；第二换热器(23)输出端分别与反应器(21)和冷凝器(24)的输入端相连；冷凝器(24)输出端与分离器(25)输入端相连，用于将第二换热器(23)送来的二氧化碳和水蒸气混合物冷凝；所述分离器(25)输出端分别与第三换热器(31)和第二分流器(26)的输入端相连，用于实现水和二氧化碳的分离；所述第二分流器(26)的两个输出端分别与水泵(27)和排水管路相连，用于将一部分水回送至水泵进行循环利用，一部分水向外排出；
所述高压液氧碳捕获子系统包括第三换热器(31)，其输入端分别与精馏塔(B)和分离器(25)的输出端相连，输出端分别与反应器(21)的输入端和CO2回收管路相连，用于将所述精馏塔(B)分离出的低温高压液氧与分离器(25)分离出的气态二氧化碳换热，将气态二氧化碳液化冷凝回收，完成碳捕获过程；同时，将高压液氧气化为高压氧气，送入富氧高压加水燃烧循环发电子系统中的反应器(21)参与高压燃烧反应；
工作中，输入的LNG在LNG冷能空分制氧子系统中实现冷能置换，将高压空气冷凝为低温高压液态空气，随后高压液态空气在精馏塔(B)中分离出高压液氧和高压液氮，实现了利用LNG冷能的空分制氧过程；所述高压液氧送入高压液氧碳捕获子系统，换热成为高压气态氧气送入反应器(21)，同时其冷能将富氧高压加水燃烧循环发电子系统中产生的二氧化碳冷凝液化，完成碳捕获过程。
2.根据权利要求1所述的天然气富氧燃烧电厂集成系统，其特征在于，还包括高压液氮再循环制氧子系统；
所述高压液氮再循环制氧子系统包括第四换热器(41)、第五换热器(42)、第二透平机(43)、第六换热器(44)和第三透平机(45)；所述第四换热器(41)输入端分别与多级压缩机(A)和第六换热器(44)的输出端相连，第四换热器(41)输出端分别与第五换热器(42)输入端和氮气排放管相连；第五换热器(42)输入端还与精馏塔(B)输出端相连，第五换热器(42)输出端分别与第二透平机(43)和第三透平机(45)相连；第二透平机(43)和第三透平机(45)输出端均与第六换热器(44)相连；第六换热器(44)输出端分别与第四换热器(41)和精馏塔(B)的输入端相连；
工作时，多级压缩机(A)产生的高压空气经过第四换热器(41)和第五换热器(42)换热，通过第二透平机(43)膨胀做功后，压力有所降低的高压空气再经过第六换热器(44)换热，冷凝为高压液态空气，输入LNG冷能空分制氧子系统的精馏塔(B)；所述精馏塔(B)分离出来的高压液氮经过第五换热器(42)为所述高压空气提供冷量，再由第三透平机(45)膨胀做功，降温降压后依次送入第六换热器(44)和第四换热器(41)为所述高压空气提供冷量，实现高压液氮再循环制氧过程，高压液氮的冷能和压力能得到充分利用。
3.根据权利要求1或2所述的天然气富氧燃烧电厂集成系统，其特征在于，系统中各管路的压力以保持管路中流体正常流动为下限。
4.根据权利要求1或2所述的天然气富氧燃烧电厂集成系统，其特征在于，从多级压缩机(A)末端出口，经第四换热器(41)、第五换热器(42)至第二透平机(43)入口的这一区段，高压空气的压力范围为80-150bar。
5.根据权利要求1或2所述的天然气富氧燃烧电厂集成系统，其特征在于，从LNG冷能空分制氧子系统至反应器(21)区段、高压液氧碳捕获子系统的液氧气化至反应器(21)区段，和从第二透平机(43)出口经第六换热器(44)、精馏塔(B)、第五换热器(42)至第三透平机(45)入口区段，以及从水泵(27)出口经第二换热器(23)、反应器(21)至第一透平机(22)入口区段，这些区段内的流体压力范围为30-100bar。
6.根据权利要求1或2所述的天然气富氧燃烧电厂集成系统，其特征在于，从第一透平机(22)出口经第二换热器(23)、冷凝器(24)、分离器(25)至第三换热器(31)区段，以及分离器(25)经第二分流器(26)至水泵(27)入口的区段，压力为1bar左右。
7.根据权利要求1-6所述的天然气富氧燃烧电厂集成系统，其特征在于，从第三透平机(45)出口经第六换热器(44)至第四换热器(41)出口区段，压力范围为0.01-1bar。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106224024A (zh) * 2016-07-19 2016-12-14 华中科技大学 一种零碳排放的多级循环发电集成系统
CN107626183A (zh) * 2016-11-15 2018-01-26 宁波瑞信能源科技有限公司 一种适用于电网峰‑谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统
CN107902824A (zh) * 2017-10-30 2018-04-13 华中科技大学 一种利用lng冷能的污水处理系统
CN108625990A (zh) * 2018-04-13 2018-10-09 华中科技大学 一种天然气富氧燃烧与跨临界co2循环耦合的发电系统
CN109578098A (zh) * 2019-01-15 2019-04-05 中国石油大学(华东) 零碳排放的天然气热电联供发电工艺
CN112833416A (zh) * 2021-01-18 2021-05-25 西安热工研究院有限公司 火电厂空分储能耦合富氧燃烧碳捕集一体化集成系统及方法
CN113738467A (zh) * 2021-09-23 2021-12-03 浙江浙能温州液化天然气有限公司 一种利用液化天然气进行带碳捕集发电的集成系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4942734A (en) * 1989-03-20 1990-07-24 Kryos Energy Inc. Cogeneration of electricity and liquid carbon dioxide by combustion of methane-rich gas
US6367258B1 (en) * 1999-07-22 2002-04-09 Bechtel Corporation Method and apparatus for vaporizing liquid natural gas in a combined cycle power plant
CN101466976A (zh) * 2006-06-20 2009-06-24 阿克工程及技术股份公司 用于液化天然气再气化的方法和设备
CN101614139A (zh) * 2009-07-31 2009-12-30 王世英 多循环发电热力系统
CN102937038A (zh) * 2011-08-15 2013-02-20 北京天成山泉电子科技有限公司 一种lng冷能多级回收综合利用系统及其使用方法
CN103459784A (zh) * 2011-02-01 2013-12-18 阿尔斯通技术有限公司 具有co2捕集设备的联合循环发电设备
CN103628982A (zh) * 2013-11-27 2014-03-12 暨南大学 利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的联合动力循环方法及其系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4942734A (en) * 1989-03-20 1990-07-24 Kryos Energy Inc. Cogeneration of electricity and liquid carbon dioxide by combustion of methane-rich gas
US6367258B1 (en) * 1999-07-22 2002-04-09 Bechtel Corporation Method and apparatus for vaporizing liquid natural gas in a combined cycle power plant
CN101466976A (zh) * 2006-06-20 2009-06-24 阿克工程及技术股份公司 用于液化天然气再气化的方法和设备
CN101614139A (zh) * 2009-07-31 2009-12-30 王世英 多循环发电热力系统
CN103459784A (zh) * 2011-02-01 2013-12-18 阿尔斯通技术有限公司 具有co2捕集设备的联合循环发电设备
CN102937038A (zh) * 2011-08-15 2013-02-20 北京天成山泉电子科技有限公司 一种lng冷能多级回收综合利用系统及其使用方法
CN103628982A (zh) * 2013-11-27 2014-03-12 暨南大学 利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的联合动力循环方法及其系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
熊永强等: "《利用液化天然气冷能捕集CO_2的动力系统的集成》", 《化工学报》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106224024A (zh) * 2016-07-19 2016-12-14 华中科技大学 一种零碳排放的多级循环发电集成系统
CN107626183A (zh) * 2016-11-15 2018-01-26 宁波瑞信能源科技有限公司 一种适用于电网峰‑谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统
CN107626183B (zh) * 2016-11-15 2024-04-02 宁波瑞信能源科技有限公司 一种适用于电网峰-谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统
CN107902824A (zh) * 2017-10-30 2018-04-13 华中科技大学 一种利用lng冷能的污水处理系统
CN107902824B (zh) * 2017-10-30 2020-06-02 华中科技大学 一种利用lng冷能的污水处理系统
CN108625990A (zh) * 2018-04-13 2018-10-09 华中科技大学 一种天然气富氧燃烧与跨临界co2循环耦合的发电系统
CN108625990B (zh) * 2018-04-13 2020-08-18 华中科技大学 一种天然气富氧燃烧与跨临界co2循环耦合的发电系统
CN109578098A (zh) * 2019-01-15 2019-04-05 中国石油大学(华东) 零碳排放的天然气热电联供发电工艺
CN112833416A (zh) * 2021-01-18 2021-05-25 西安热工研究院有限公司 火电厂空分储能耦合富氧燃烧碳捕集一体化集成系统及方法
CN113738467A (zh) * 2021-09-23 2021-12-03 浙江浙能温州液化天然气有限公司 一种利用液化天然气进行带碳捕集发电的集成系统
CN113738467B (zh) * 2021-09-23 2023-07-14 浙江浙能温州液化天然气有限公司 一种利用液化天然气进行带碳捕集发电的集成系统

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