CN107556969B - 一种用于液化天然气冷能有机朗肯循环发电的工质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于液化天然气冷能有机朗肯循环发电的工质，由下述组分和含量组成，组分1：5％～90％；组分2：5％～90％；组分3：5％～30％。所述组份1为甲烷；所述组份2为乙烯、乙烷和三氟甲烷中的任一种；所述组份3为丙烯、丙烷和六氟丙烯中的任一种。本发明所述工质用于与超临界LNG冷凝换热时，具有较小的换热温差，减少了冷凝器温差换热引起的不可逆损失，大大提高换热器的

Description

一种用于液化天然气冷能有机朗肯循环发电的工质
技术领域
本发明属于液化天然气(LNG)冷能利用领域，具体地说涉及一种用于液化天然气冷能有机朗肯循环(ORC)发电的工质。
背景技术
现有LNG冷能ORC发电中，多数采用丙烷等纯工质，由于丙烷与LNG换热曲线的不匹配，换热器
Figure BDA0001035875530000011
效率较低，LNG高品位冷能不能得到充分梯级利用，造成能源浪费。
发明内容
为了解决现有技术存在的温差换热导致的不可逆损失较大、LNG高品位冷能不能得到充分梯级利用的技术问题，本发明提供了一种用于液化天然气冷能有机朗肯循环发电的工质。
本发明提供的用于液化天然气冷能有机朗肯循环发电的工质由下述组分和含量组成：
组分1 5％～90％
组分2 5％～90％
组分3 5％～30％
以上各组分的含量为质量百分数，以各组分物理混合后工质的总质量计；
所述组份1为甲烷；所述组份2为乙烯、乙烷和三氟甲烷中的任一种；所述组份3为丙烯、丙烷和六氟丙烯中的任一种。
作为进一步改进的方案，上述各组分的含量优选为：
组分1 10％～80％
组分2 10％～80％
组分3 10％～30％
以上各组分的含量为质量百分数，以各组分物理混合后工质的总质量计。
当然，所述组份2也可以为乙烯、乙烷和三氟甲烷中的至少一种；所述组份3也可以为丙烯、丙烷和六氟丙烯中的至少一种。
工质各组分的选择应以完善换热流体曲线匹配，减少冷
Figure BDA0001035875530000012
损失为目的。LNG在9.6MPa时处于超临界状态，LNG气化过程只有液相区和气相区，没有两相潜热区。LNG在T-s图上曲线为平滑上升曲线。而单一工质在较低的冷凝压力下，冷凝过程一般经过气相区、常温潜热区、液相区。因此在单一工质与超临界压力下LNG换热过程中，受到窄点温度限制，换热温差较大，换热过程
Figure BDA0001035875530000022
损失较大。为保证与LNG气化曲线匹配，选择与LNG成分接近的、不同冷凝温度的若干成分，按照一定配比混合，实现混合工质变温冷凝。由于LNG储存温度为-162℃，入网温度为5℃，一般-162～-30℃冷能利用价值较高，所选第一、二、三组分冷凝温度分别涵盖-162℃～-30高中低三个温度区间，按比例混合后的工质可实现-162～-30℃间变温冷凝，与LNG气化曲线匹配度较高，大大增加了换热器
Figure BDA0001035875530000023
效率。
本发明的有益效果在于，该种混合工质用于与超临界LNG冷凝换热时，具有较小的换热温差，减少了冷凝器温差换热引起的不可逆损失，大大提高换热器的
Figure BDA0001035875530000024
效率。本发明混合工质应用于LNG冷能ORC发电系统中，可以较高效率从LNG中获得更低温位，可以为次级ORC或其他冷能利用提供冷量，对能源的梯级利用具有重要意义。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的混合工质做进一步的说明。
LNG冷能ORC发电设计工况取为：LNG(9.6MPa，-162℃)流量60t/h，换热器最小温差5℃，蒸发温度5℃。本发明的实施例与对比例(丙烷)分别列于表1～表8中。其中对比例中工质为纯丙烷，实施例1～实施例36为本发明的混合工质。
表1对比例及实施例1～实施例4
Figure BDA0001035875530000021
表2实施例5～实施例9
Figure BDA0001035875530000031
表3实施例10～实施例14
Figure BDA0001035875530000032
表4实施例15～实施例19
Figure BDA0001035875530000033
表5实施例20～实施例24
Figure BDA0001035875530000041
表6实施例25～实施例29
Figure BDA0001035875530000042
表7实施例30～实施例34
Figure BDA0001035875530000043
表8实施例35～实施例36
Figure BDA0001035875530000051
由表1～表8可见，相同的换热器窄点温度下，实施例冷凝器LMTD在8℃～24℃之间，小于丙烷冷凝器LMTD30℃，说明实施例与LNG换热曲线匹配度较好。实施例冷凝器
Figure BDA0001035875530000052
效率
在58％～88％之间，远大于丙烷冷凝器
Figure BDA0001035875530000053
效率36.27％。同时表中可见设计工况下实施例单循环发电量小于丙烷发电量，但是实施例中单级循环系统中出口LNG及混合工质冷凝液仍具有可利用的冷能，串联次级丙烷ORC利用该部分冷能发电后，总发电量在1248～1977kW，超过纯丙烷发电量。

Claims (1)

1.一种用于液化天然气冷能有机朗肯循环发电的工质，其特征在于由下述组分和含量组成：
甲烷5～30％，乙烯59～88％，六氟丙烯7～11％；
或甲烷5～30％，乙烷58～80％，丙烯5～14％；
或甲烷5～31％，乙烷62～90％，六氟丙烯5～7％；
以上各组分的含量为质量百分数，以各组分物理混合后工质的总质量计，所述 用于液化天然气冷能有机朗肯循环发电的工质各组分含量的质量百分比之和为100％。
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