CN108579361A - 一种lng发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,包括LNG冷能回收系统、气体水合物生成系统和气体水合物分解系统,该装置利用燃气电厂的LNG气化过程中释放出大量冷能,结合水合物生成的方式分离和捕集烟气中的CO2,塔板式水合物生成塔能够实现水合物连续分离,气体换热式水合物分解装置能够充分利用烟气余热分解水合物,封存CO2。本发明充分利用了LNG冷能和烟气余热,实现了对烟气的连续分离,封存CO2,减少CO2的排放,对缓解温室效应具有积极的作用,且不受季节及环境的变化影响,具有极大的现实应用价值。

Description

一种LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置
技术领域
本发明水合物应用技术领域,尤其是一种LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置。
背景技术
根据国家发展改革委,国家能源局发布的《能源发展“十三五”规划》中的要求,未来我国将着重优化能源生产布局,淘汰落后产能,提升能源产业竞争力,构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。为减少煤炭燃烧带来的严重大气污染,多地政府推行“煤改气”能源整治行动,加大了天然气的使用比重,同时也出现了一批以天然气作为燃料的燃气电厂。采用天然气作为燃料大大减少了二氧化硫、粉煤灰等大气污染,但CO2的排放量仍较为巨大。近年来,大量CO2等温室气体排放导致的温室效应越来越严重,逐渐成为全球问题,因此对烟气中的CO2进行分离封存对缓解温室效应具有非常积极的意义,同时将封存的CO2进行再利用也具有一定的经济效益。
水合物法气体分离技术是一种新型的高效气体分离技术,利用两种气体生成水合物的难易程度不同,通过生成水合物对混合气进行分离。与传统方法(吸收、吸附、精馏、冷凝、膜分离等)相比,具有工艺流程短,设备简单成本低、对设备腐蚀危害小、对环境无污染,符合绿色化工理念。
LNG(液化天然气)储存温度-162℃,蕴藏了极大的冷能,目前将LNG直接气化的方式造成了很大的能源浪费。因此,本发明充分利用LNG冷能为水合物气体分离提供所需要的低温环境,具有重大的经济价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为了克服现有技术中之不足,本发明提供一种LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,通过采用水合物连续生成装置并充分利用LNG冷能和尾气余热,实现了对燃气电厂烟气的连续分离、封存CO2,减少CO2的排放。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,包括LNG冷能回收系统、气体水合物生成系统和气体水合物分解系统,所述的LNG冷能回收系统:包括将燃气电厂的LNG加压的LNG泵,LNG泵依次管路连接有第一换热器和第二换热器,第二换热器连接有透平膨胀机而将膨胀做功后的天然气通过天然气出口管排出,从而对烟气和混合液体进行制冷以及气化膨胀发电,实现了LNG冷能的回收利用。
气体水合物生成系统:包括烟气进口管、第一换热器、第二换热器、第三换热器、液体混合器、第一水合物生成塔和第二水合物生成塔,液体混合器混合后的液体通过管路进入第一换热器后,分别从第一水合物生成塔和第二水合物生成塔的顶部通入第一水合物生成塔和第二水合物生成塔内,第一水合物生成塔上端和第二水合物生成塔下端通过管道串联连接,从烟气进口管进入的烟气依次通过第三换热器、第二换热器后从第一水合物生成塔下端进入第一水合物生成塔内;
气体水合物分解系统:包括第三换热器、外接水浴箱、水合物分解器以及CO2储罐,水合物分解器分别与第一水合物生成塔和第二水合物生成塔底部管路相连而将水合物浆液送入其中,外接水浴箱通过管路与第三换热器形成循环回路并与水合物分解器相连而将烟气余热用于水合物分解,水合物分解器通过管道与CO2储罐相连而将分解得到的CO2增压后回收再利用,水合物分解器的底部通过管道与液体混合器相连而将水合物分解得到的液体再次用于水合物烟气分离。
进一步地,所述的透平膨胀机通过机械轴连接有发电机。
所述的液体混合器与第一换热器之间设有第一截止阀,第一换热器通向第一水合物生成塔和第二水合物生成塔的管路上设有第一液体增压泵,第二换热器通向第一水合物生成塔的管路上设有第一气体增压泵,第一水合物生成塔上端和第二水合物生成塔下端之间的管路上设有第二气体增压泵,第二水合物生成塔上连接有气体排放管。
所述的液体混合器连接有补入环己烷或环戊烷液态烃类的补油管、补水管和添加表面活性剂的添加剂补充管,所述表面活性剂为SDS或SDBS或TBAB多种活性剂复配而成,从而可有效降低水合物生成相平衡条件,防止水合物聚集,保证了低温状态下水合物浆液的流动性。
所述的第三换热器与外接水浴箱之间的管路上设有第二截止阀和形成循环回路第二液体增压泵,水合物分解器与CO2储罐之间设有第三气体增压泵。
所述的第一水合物生成塔和第二水合物生成塔内均安装有向下倾斜而实现不间断水合物法气体分离的塔板。
本发明的有益效果是:本发明利用水合物法气体分离技术,可有效分离电厂尾气中的CO2,实现了对烟气的连续分离,二氧化碳捕集效果好,通过二级气体分离工艺强化了气体分离效果,减少了CO2排放,实现CO2的回收利用,产生了新的经济效益,对缓解温室效应具有积极意义;其次通过利用透平膨胀机进行发电和为水合物法气体分离装置提供所需的冷量,充分利用了燃气电厂的LNG冷能,并利用尾气的余热为水合物分解提供热量,实现了能源的有效利用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的流程示意图。
图中:1.LNG泵 2.第一换热器 3.第二换热器 4.天然气出口管 5.透平膨胀机 6.发电机 7.第三换热器 8.烟气进口管 9.第一截止阀 10.液体混合器 11.补油管 12.补水管 13.添加剂补充管 14.第一液体增压泵15.第一气体增压泵 16.第二截止阀 17.外接水浴箱 18.第二液体增压泵19.第一水合物生成塔 20.水合物分解器 21.第二气体增压泵22.气体排放管 23.第二水合物生成塔 24.第三气体增压泵 25.CO2储罐
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,包括LNG冷能回收系统、气体水合物生成系统和气体水合物分解系统。
所述的LNG冷能回收系统:包括将燃气电厂的LNG加压的LNG泵1,LNG泵1依次管路连接有第一换热器2和第二换热器3,第二换热器3连接有透平膨胀机5,所述的透平膨胀机5通过机械轴连接有发电机6,经透平膨胀机5膨胀做功后的天然气通过天然气出口管4排出。
所述的气体水合物生成系统:包括烟气进口管8、第一换热器2、第二换热器3、第三换热器7、液体混合器10、第一水合物生成塔19和第二水合物生成塔23,所述的第一水合物生成塔19和第二水合物生成塔23内均安装有向下倾斜而实现不间断水合物法气体分离的塔板。液体混合器10混合后的液体通过管路进入第一换热器2后,分别从第一水合物生成塔19和第二水合物生成塔23的顶部通入第一水合物生成塔19和第二水合物生成塔23内,第一水合物生成塔19上端和第二水合物生成塔23下端通过管道串联连接,从烟气进口管8进入的烟气依次通过第三换热器7、第二换热器3后从第一水合物生成塔19下端进入第一水合物生成塔19内。
所述的液体混合器10与第一换热器2之间设有第一截止阀9,第一换热器2通向第一水合物生成塔19和第二水合物生成塔23的管路上设有第一液体增压泵14,第二换热器3通向第一水合物生成塔19的管路上设有第一气体增压泵15,第一水合物生成塔19上端和第二水合物生成塔23下端之间的管路上设有第二气体增压泵21,第二水合物生成塔23上连接有气体排放管22。
所述的液体混合器10连接有补入环己烷或环戊烷液态烃类的补油管11、补水管12和添加表面活性剂的添加剂补充管13,所述表面活性剂为SDS或SDBS或TBAB多种活性剂复配而成。
所述的气体水合物分解系统:包括第三换热器7、外接水浴箱17、水合物分解器20以及CO2储罐25,水合物分解器20分别与第一水合物生成塔19和第二水合物生成塔23底部管路相连而将水合物浆液送入其中,外接水浴箱17通过管路与第三换热器7形成循环回路并与水合物分解器20相连而将烟气余热用于水合物分解,水合物分解器20通过管道与CO2储罐25相连而将分解得到的CO2增压后回收再利用,水合物分解器20的底部通过管道与液体混合器10相连而将水合物分解得到的液体再次用于水合物烟气分离。
所述的第三换热器7与外接水浴箱17之间的管路上设有第二截止阀16和形成循环回路第二液体增压泵18,水合物分解器20与CO2储罐25之间设有第三气体增压泵24。
操作步骤简述:燃气电厂的LNG通过LNG泵1依次经过第一换热器2、第二换热器3换热升温后的天然气再注入到透平膨胀机5驱动发电机6发电,膨胀做功后的天然气通过天然气出口管4进入燃气电厂的燃气轮发电机进行发电。由燃气电厂排出的烟气(温度为60~70℃)从烟气进口管8先进入第三换热器7与水换热,打开第二截止阀16,得到的热水在第二液体增压泵18驱动下进入外接水浴箱17实现循环,为水合物分解装置20提供热量,随后烟气进入第二换热器3冷却到2℃,经过第一气体增压泵15增压到6MPa后与液体同时进入到第一水合物生成塔19;打开第一截止阀9,液体混合器10中通过补油管11通入环己烷、补水管12通入水、添加剂补充管13通入表面活性剂SDS和TBAB,并控制油水体积比为3:1,表面活性剂占水质量分数为1%,经过液体混合器10充分混合后的混合液进入到第一换热器2,将混合液体冷却到2℃后再通过第一液体增压泵14将混合液体增压到6MPa,从第一水合物生成塔19和第二水合物生成塔23塔顶的进液口进入到塔内;烟气与混合液体在生成塔上段逆流接触,传质生成水合物浆,初步净化后的气体从塔顶放出后经第二气体增压泵21再次增压到6MPa,通入第二水合物生成塔23,与混合液体逆流接触传质生成水合物浆。经过二级水合物分离的净化气体从第二水合物生成塔23塔顶的气体排放管22采出。第一水合物生成塔19和第二水合物生成塔23生成的水合物浆从塔底部流出,进入水合物分解器20分解,在外接水浴箱17的加热下分解水合物浆液,分解后得到的CO2经第三气体增压泵24加压后储存于CO2储罐25,得到的混合液体重新回到液体混合器10,循环利用。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,包括LNG冷能回收系统、气体水合物生成系统和气体水合物分解系统,其特征是:所述的LNG冷能回收系统:包括将燃气电厂的LNG加压的LNG泵(1),LNG泵(1)依次管路连接有第一换热器(2)和第二换热器(3),第二换热器(3)连接有透平膨胀机(5)而将膨胀做功后的天然气通过天然气出口管(4)排出;
气体水合物生成系统:包括烟气进口管(8)、第一换热器(2)、第二换热器(3)、第三换热器(7)、液体混合器(10)、第一水合物生成塔(19)和第二水合物生成塔(23),液体混合器(10)混合后的液体通过管路进入第一换热器(2)后,分别从第一水合物生成塔(19)和第二水合物生成塔(23)的顶部通入第一水合物生成塔(19)和第二水合物生成塔(23)内,第一水合物生成塔(19)上端和第二水合物生成塔(23)下端通过管道串联连接,从烟气进口管(8)进入的烟气依次通过第三换热器(7)、第二换热器(3)后从第一水合物生成塔(19)下端进入第一水合物生成塔(19)内;
气体水合物分解系统:包括第三换热器(7)、外接水浴箱(17)、水合物分解器(20)以及CO2储罐(25),水合物分解器(20)分别与第一水合物生成塔(19)和第二水合物生成塔(23)底部管路相连而将水合物浆液送入其中,外接水浴箱(17)通过管路与第三换热器(7)形成循环回路并与水合物分解器(20)相连而将烟气余热用于水合物分解,水合物分解器(20)通过管道与CO2储罐(25)相连而将分解得到的CO2增压后回收再利用,水合物分解器(20)的底部通过管道与液体混合器(10)相连而将水合物分解得到的液体再次用于水合物烟气分离。
2.如权利要求1所述的LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,其特征是:所述的透平膨胀机(5)通过机械轴连接有发电机(6)。
3.如权利要求1所述的LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,其特征是:所述的液体混合器(10)与第一换热器(2)之间设有第一截止阀(9),第一换热器(2)通向第一水合物生成塔(19)和第二水合物生成塔(23)的管路上设有第一液体增压泵(14),第二换热器(3)通向第一水合物生成塔(19)的管路上设有第一气体增压泵(15),第一水合物生成塔(19)上端和第二水合物生成塔(23)下端之间的管路上设有第二气体增压泵(21),第二水合物生成塔(23)上连接有气体排放管(22)。
4.如权利要求3所述的LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,其特征是:所述的液体混合器(10)连接有补入环己烷或环戊烷液态烃类的补油管(11)、补水管(12)和添加表面活性剂的添加剂补充管(13),所述表面活性剂为SDS或SDBS或TBAB多种活性剂复配而成。
5.如权利要求1所述的LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,其特征是:所述的第三换热器(7)与外接水浴箱(17)之间的管路上设有第二截止阀(16)和形成循环回路第二液体增压泵(18),水合物分解器(20)与CO2储罐(25)之间设有第三气体增压泵(24)。
6.如权利要求1所述的一种LNG发电厂尾气中二氧化碳低能耗捕集装置,其特征是:所述的第一水合物生成塔(19)和第二水合物生成塔(23)内均安装有向下倾斜而实现不间断水合物法气体分离的塔板。
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