CN117167650A - 一种lng冷能回收利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LNG能量利用技术领域，公开了一种LNG冷能回收利用系统及方法，包括LNG存储单元、气化器、膨胀发电机、第一换热器、第二换热器、第三换热器和制冰器，气化器与LNG存储单元通过管道连；膨胀发电机通过管道连接在气化器与第一换热器之间，第一换热器用于与外设的管网连接；气化器、第一换热器、第二换热器与第三换热器之间还顺次连接有载冷剂循环回路；制冰器与第二换热器、第三换热器之间还连接有冷却液循环回路。该系统通过冷能阶梯利用的方式，使得气态天然气的在换热发电单元发电并且在制冰单元内制冰，同时还可以利用绝热膨胀的方式使天然气产生更多的冷量，提高了冷量的回收利用效率，减少冷能浪费。
Description
技术领域
本发明涉及LNG能量利用技术领域，特别是涉及一种LNG冷能回收利用系统及方法。
背景技术
LNG是液化天然气(Liquefied Natural Gas)的简称，是天然气经压缩、冷却至其凝点(-161.5℃)温度后变成的液体。目前LNG接收站及气化站中，LNG气化主要使用海水或空气作为热源，甚至使用加热炉作为补充热源使之再气化，LNG吸收海水或空气的热量，即释放出冷量给海水或空气，从而气化成为可以燃烧的天然气。
LNG气化过程中会释放大量的冷能，在传统的过程中不但没有利用LNG的冷能资源，而且对生态环境造成破坏。新型的LNG接收站及气化站利用LNG的冷能进行制冰以及其他气体，对LNG的冷能进行了回收利用，但是这些接收站存在着技术、地域、经济性等问题，通用性差，不容易推广和使用。
授权公告号为CN207894080U的专利公开了一种LNG冷能回收储能制冰装置，包括第一换热系统、第二换热系统和第三换热系统；第一换热系统包括通过LNG管道连接的LNG储罐、LNG增压泵、LNG截止阀、LNG调节阀一、LNG调节阀二、LNG换热器及LNG空冷器；液体LNG从LNG储罐经LNG增压泵分成两路，一路通过LNG调节阀二直接进入LNG空冷器汽化成气态，另一路通过LNG调节阀一进入LNG换热器换热后再进入LNG空冷器；第二换热系统包括通过载冷剂管道连接的载冷剂储液罐、载冷剂循环泵、载冷剂换热器及LNG换热器；载冷剂液体从载冷剂储液罐经载冷剂循环泵依次进入载冷剂换热器、LNG换热器换热后，回到载冷剂储液罐；第三换热系统包括通过液体管道连接的储液罐、液体循环泵、制冰器及载冷剂换热器；不冻液体从储液罐经液体循环泵依次进入制冰器、载冷剂换热器换热后，回到储液罐；制冰器连接自来水管道，自来水管道的常温水经过制冰器制成所需要各种形状的冰块。
上述的LNG冷能回收储能制冰装置通过设置三组换热系统，先利用LNG与载冷剂换热，载冷剂降温后与液体管道的液体换热，最后利用降温后的液体进行制冰。但是上述的制冰过程中部分LNG直接进入空冷器气化成气态，该部分LNG气化时的冷能会直接损失掉，导致LNG的冷能回收利用率低，造成冷能浪费。
发明内容
本发明的目的是：提供一种LNG冷能回收利用系统，以解决现有技术中的冷能回收制冰装置冷能回收利用率低、存在浪费的问题；本发明还提供了一种使用该LNG冷能回收利用系统的LNG冷能回收利用方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种LNG冷能回收利用系统，包括LNG存储单元、气化器、膨胀发电机、第一换热器、第二换热器、第三换热器和制冰器，所述气化器与所述LNG存储单元通过管道连接，用于供LNG吸热气化形成气态天然气；
所述膨胀发电机通过管道连接在所述气化器与所述第一换热器之间，所述膨胀发电机用于供气态天然气进行绝热膨胀发电并再次降温，所述第一换热器用于与外设的管网连接，所述第一换热器供再次降温后的气态天然气进行换热升温膨胀后进入管网，所述气化器、所述膨胀发电机与所述第一换热器形成换热发电单元；
所述气化器、所述第一换热器、所述第二换热器与所述第三换热器之间还顺次连接有载冷剂循环回路，所述载冷剂循环回路用于供载冷剂循环流动，所述载冷剂在所述第一换热器、所述气化器内与气态天然气换热降温，所述载冷剂在所述第二换热器、所述第三换热器内与冷却液换热升温；
所述制冰器与所述第二换热器、所述第三换热器之间还连接有冷却液循环回路，所述冷却液循环回路供冷却液循环流动，冷却液在所述第二换热器、所述第三换热器内与所述载冷剂换热降温，冷却液在所述制冰器内与制冰器换热升温，所述制冰器用于吸收冷却液的冷能制冰；所述气化器、所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器与所述制冰器形成制冰单元。
优选地，所述LNG存储单元包括存储罐、缓冲罐和增压泵，所述增压泵连接在所述存储罐与所述缓冲罐之间，所述气化器与所述缓冲罐通过管道连接。
优选地，还包括电解水单元，所述电解水单元包括电解槽、氢气输送管和氧气输送管，所述氢气输送管和所述氧气输送管均与所述电解槽连通，所述电解槽与所述膨胀发电机电连接，所述膨胀发电机用于向所述电解槽提供电能。
优选地，所述氧气输送管上还连接有第四换热器，所述第四换热器布置在所述缓冲罐内，所述第四换热器用于供氧气与液化天然气换热降温。
优选地，所述氧气输送管与所述氢气输送管上均设置有增压泵。
优选地，所述载冷剂循环回路与所述冷却液循环回路上均布置有循环泵。
优选地，所述冷却液循环回路内的冷却液材质为乙二醇溶液。
本发明还提供了一种LNG冷能回收利用方法，使用上述任一技术方案所述的LNG冷能回收利用系统，包括以下步骤：
S1，LNG存储单元内的液化天然气进入气化器内，在气化器内吸热膨胀为气态天然气，气态天然气进入膨胀发电机，在膨胀发电机内发生绝热膨胀发电，绝热膨胀后的天然气降温后进入第一换热器；
S2，载冷剂在载冷剂循环回路内循环流动，载冷剂在气化器与第一换热器内与气态天然气换热，载冷剂放热后降温，然后在第二换热器和第三换热器内与冷却液换热升温；
S3，冷却液在冷却液循环回路内循环流动，冷却液在第二换热器与第三换热器内与载冷剂换热，冷却液放热后降温，然后在制冰器内吸热升温；
S4，制冰器内的水与冷却热换热，水放热后凝固成冰。
优选地，步骤S1中，LNG存储单元内的液化天然气在进入气化器之前，先由存储罐经增压泵增压后进入缓冲罐，使得液化天然气升温。
优选地，步骤S1中，膨胀发电机发电后将电能输送给电解水单元的电解槽，电解槽电解水制取氢气和氧气，氧气经过增压泵输送至第四换热器，在第四换热器内与缓冲罐内的液化天然气换热后放热生成液态氧。
本发明实施例一种LNG冷能回收利用系统及方法与现有技术相比，其有益效果在于：液化天然气在进入管网之前先进入换热发电单元，在换热发电单元的气化器内吸热气化形成气态天然气，气态天然气在膨胀发电机内发电放热后温度降低，进入第一换热器内与载冷剂换热，使载冷剂降温，载冷剂在载冷剂循环回路内流动，在第二换热器和第三换热器内与在冷却液循环回路内流动的冷却液换热，使冷却液的温度降低，冷却液在制冰器内进行制冰作业；该系统通过冷能阶梯利用的方式，使得气态天然气的在换热发电单元发电并且在制冰单元内制冰，同时还可以利用绝热膨胀的方式使天然气产生更多的冷量，提高了冷量的回收利用效率，减少冷能浪费；当LNG气化量波动时，还可以通过调整载冷剂的温度以及调整制冰量来实现储能，将冷量通过并存储起来，自动调节系统冷量，保证系统的温度恒定；该系统的各个部件可以集中整体装配，建造成本低，阻力小，维护方便，使用寿命长。
附图说明
图1是本发明的LNG冷能回收利用系统的结构示意图。
图中，1、存储罐，2、缓冲罐，3、气化器，4、膨胀发电机，5、第一换热器，6、第二换热器，7、第三换热器，8、第四换热器，9、制冰器，10、载冷剂循环回路，11、冷却液循环回路，12、循环泵，13、氢气输送管，14、氧气输送管，15、增压泵，16、止回阀，17、电解槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的一种LNG冷能回收利用系统的优选实施例，如图1所示，该LNG冷能回收利用系统包括LNG存储单元、气化器3、膨胀发电机4、第一换热器5、第二换热器6、第三换热器7和制冰器9，LNG存储单元用于存储高压力下的液化天然气。
气化器3与LNG存储单元通过管道连接，气化器3用于供LNG吸热气化形成气态天然气，LNG在气化的过程中通过载冷剂吸收大量的热量，即释放大量的冷能。膨胀发电机4通过管道连接在气化器3与第一换热器5之间，第一换热器5用于与外设的管网连接，以将气态天然气输送至天然气输送网，气化器3、膨胀发电机4与第一换热器5形成换热发电单元。
液化天然气在气化器3内吸收热量气化后进入膨胀发电机4发电，在膨胀发电机4内进行绝热膨胀，绝热膨胀时气态天然气的温度再次降低，再一次积累冷能，然后进入第一换热器5内换热升压。在第一换热器5内，气态天然气吸热将冷能释放给载冷剂，气态天然气膨胀后温度和压力升高，以一定的压力供向管网，其中供向官网的气态天然气的压力满足管网的需求。
气化器3、第一换热器5、第二换热器6与第三换热器7之间还顺次连接有载冷剂循环回路10，载冷剂循环回路10用于供载冷剂循环流动。载冷剂在载冷剂循环管路内循环流动，其中在第一换热器5、气化器3内与气态天然气换热降温，将天然气的冷量带出，然后在第二换热器6、第三换热器7内与冷却液换热升温，将冷量传递给冷却液，使冷却液的温度降低。
制冰器9与第二换热器6、第三换热器7之间还连接有冷却液循环回路11，冷却液循环回路11供冷却液循环流动。冷却液在冷却液循环回路11内流动过程中，在第二换热器6、第三换热器7内与载冷剂换热降温，将载冷剂的冷量带出，然后在制冰器9内与制冰器9换热升温，使制冰器9吸收冷能制冰。
制冰器9上连接自来水管道，自来水管道内的常温水在制冰器9内吸收冷却液的冷能后凝固成冰，从而制取所需要的各种形状的冰块。气化器3、第一换热器5、第二换热器6、第三换热器7与制冰器9形成制冰单元，根据需要气化的LNG的量，在保证工艺温度不变的情况下各环节的温度不便，因此通过调节制冰量的多少可以调整系统的温度恒定。
该LNG冷能回收利用系统通过冷能阶梯利用的方式，使得气态天然气的在换热发电单元发电并且在制冰单元内制冰，同时还可以利用绝热膨胀的方式使天然气产生更多的冷量，提高了冷量的回收利用效率，减少冷能浪费；当LNG气化量波动时，还可以通过调整载冷剂的温度以及调整制冰量来实现储能，将冷量通过并存储起来，自动调节系统冷量，保证系统的温度恒定；该系统的各个部件可以集中整体装配，建造成本低，阻力小，维护方便，使用寿命长。
优选地，LNG存储单元包括存储罐1、缓冲罐2和增压泵15，增压泵15连接在存储罐1与缓冲罐2之间，气化器3与缓冲罐2通过管道连接。
存储罐1用于存储待气化的LNG，增压泵15将液化天然气升压后输送进缓冲罐2内，在缓冲罐2内液化天然气升温或者部分气化。通过先将LNG升压，可以增加LNG的温度使其部分气化，提高气化效率。在本实施例中，增压泵15与缓冲罐2之间的管路上还设置止回阀16，避免高压的LNG回流至存储罐1。
优选地，还包括电解水单元，电解水单元包括电解槽17、氢气输送管13和氧气输送管14，氢气输送管13和氧气输送管14均与电解槽17连通，电解槽17与膨胀发电机4电连接，膨胀发电机4用于向电解槽17提供电能。
膨胀发电机4产生的电能直接输送至电解槽17用于电机，通过电解水可以同时得到氢气和氧气，经过氢气输送管13和氧气输送管14分别传输至外部管路，实现了利用LNG冷能制取氢气、氧气，提高冷能利用率。
优选地，氧气输送管14上还连接有第四换热器8，第四换热器8布置在缓冲罐2内，第四换热器8用于供氧气与液化天然气换热降温。
第四换热器8布置在缓冲罐2内，氧气进入第四换热器8内后与升压后的液化天然气换热降温，氧气吸收液化天然气的冷能后温度降低并液化，便于氧气输送。利用缓冲罐2内的LNG完成氧气液化过程，合理利用LNG的冷能，提高冷能利用率。
优选地，氧气输送管14与氢气输送管13上均设置有增压泵15。
增压泵15为氧气和氢气的输送提供动力，便于输出至外部管路进行销售。
优选地，载冷剂循环回路10与冷却液循环回路11上均布置有循环泵12。
循环泵12为载冷剂和冷却液的循环流动提供动力支持。
优选地，冷却液循环回路11内的冷却液材质为乙二醇溶液。
采用乙二醇溶液作为冷却液，其获取方便价格低廉，使用成本低。
本发明还提供了一种LNG冷能回收利用方法的实施例，使用上述任一实施例的LNG冷能回收利用系统，包括以下步骤：
S1，LNG存储单元内的液化天然气进入气化器3内，在气化器3内吸热膨胀为气态天然气，气态天然气进入膨胀发电机4，在膨胀发电机4内发生绝热膨胀发电，绝热膨胀后的天然气降温后进入第一换热器5；
S2，载冷剂在载冷剂循环回路10内循环流动，载冷剂在气化器3与第一换热器5内与气态天然气换热，载冷剂放热后降温，然后在第二换热器6和第三换热器7内与冷却液换热升温；
S3，冷却液在冷却液循环回路11内循环流动，冷却液在第二换热器6与第三换热器7内与载冷剂换热，冷却液放热后降温，然后在制冰器9内吸热升温；
S4，制冰器9内的水与冷却热换热，水放热后凝固成冰。
气化器3、膨胀发电机4与第一换热器5形成换热发电单元，气化器3、第一换热器5、第二换热器6、第三换热器7与制冰器9形成制冰单元，通过换热发电单元和制冰单元对LNG的冷能进行梯级利用，提高冷能利用率，同时LNG在膨胀发电机4内绝热膨胀时会产生更多的冷量，冷量回收效率高。
当LNG气化量波动时，还可以通过调整载冷剂的温度以及调整制冰量来实现储能，将冷量通过并存储起来，自动调节系统冷量，保证系统的温度恒定，因此该方法具有储能功能，可根据LNG的气量负荷独立自动调节。
优选地，步骤S1中，LNG存储单元内的液化天然气在进入气化器3之前，先由存储罐1经增压泵15增压后进入缓冲罐2，使得液化天然气升温。
存储罐1用于存储待气化的LNG，增压泵15将液化天然气升压后输送进缓冲罐2内，在缓冲罐2内液化天然气升温或者部分气化。通过先将LNG升压，可以增加LNG的温度使其部分气化，提高气化效率。在本实施例中，增压泵15与缓冲罐2之间的管路上还设置止回阀16，避免高压的LNG回流至存储罐1。
优选地，步骤S1中，膨胀发电机4发电后将电能输送给电解水单元的电解槽17，电解槽17电解水制取氢气和氧气，氧气经过增压泵15输送至第四换热器8，在第四换热器8内与缓冲罐2内的液化天然气换热后放热生成液态氧。
电解水单元不仅可以将利用LNG冷量产生的电能直接用于制取氢气和氧气等气体，使得难以保存的电能转化为化学能，还可以利用缓冲罐2内的LNG对氧气进行液化，直接生成液态氧，进一步提高冷量利用率。
综上，本发明实施例提供一种LNG冷能回收利用系统及方法，其液化天然气在进入管网之前先进入换热发电单元，在换热发电单元的气化器内吸热气化形成气态天然气，气态天然气在膨胀发电机内发电放热后温度降低，进入第一换热器内与载冷剂换热，使载冷剂降温，载冷剂在载冷剂循环回路内流动，在第二换热器和第三换热器内与在冷却液循环回路内流动的冷却液换热，使冷却液的温度降低，冷却液在制冰器内进行制冰作业；该系统通过冷能阶梯利用的方式，使得气态天然气的在换热发电单元发电并且在制冰单元内制冰，同时还可以利用绝热膨胀的方式使天然气产生更多的冷量，提高了冷量的回收利用效率，减少冷能浪费；当LNG气化量波动时，还可以通过调整载冷剂的温度以及调整制冰量来实现储能，将冷量通过并存储起来，自动调节系统冷量，保证系统的温度恒定；该系统的各个部件可以集中整体装配，建造成本低，阻力小，维护方便，使用寿命长。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种LNG冷能回收利用系统，其特征在于，包括LNG存储单元、气化器、膨胀发电机、第一换热器、第二换热器、第三换热器和制冰器，所述气化器与所述LNG存储单元通过管道连接，用于供LNG吸热气化形成气态天然气；
所述膨胀发电机通过管道连接在所述气化器与所述第一换热器之间，所述膨胀发电机用于供气态天然气进行绝热膨胀发电并再次降温，所述第一换热器用于与外设的管网连接，所述第一换热器供再次降温后的气态天然气进行换热升温膨胀后进入管网，所述气化器、所述膨胀发电机与所述第一换热器形成换热发电单元；
所述气化器、所述第一换热器、所述第二换热器与所述第三换热器之间还顺次连接有载冷剂循环回路，所述载冷剂循环回路用于供载冷剂循环流动，所述载冷剂在所述第一换热器、所述气化器内与气态天然气换热降温，所述载冷剂在所述第二换热器、所述第三换热器内与冷却液换热升温；
所述制冰器与所述第二换热器、所述第三换热器之间还连接有冷却液循环回路，所述冷却液循环回路供冷却液循环流动，冷却液在所述第二换热器、所述第三换热器内与所述载冷剂换热降温，冷却液在所述制冰器内与制冰器换热升温，所述制冰器用于吸收冷却液的冷能制冰；所述气化器、所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器与所述制冰器形成制冰单元。
2.根据权利要求1所述的LNG冷能回收利用系统，其特征在于，所述LNG存储单元包括存储罐、缓冲罐和增压泵，所述增压泵连接在所述存储罐与所述缓冲罐之间，所述气化器与所述缓冲罐通过管道连接。
3.根据权利要求2所述的LNG冷能回收利用系统，其特征在于，还包括电解水单元，所述电解水单元包括电解槽、氢气输送管和氧气输送管，所述氢气输送管和所述氧气输送管均与所述电解槽连通，所述电解槽与所述膨胀发电机电连接，所述膨胀发电机用于向所述电解槽提供电能。
4.根据权利要求3所述的LNG冷能回收利用系统，其特征在于，所述氧气输送管上还连接有第四换热器，所述第四换热器布置在所述缓冲罐内，所述第四换热器用于供氧气与液化天然气换热降温。
5.根据权利要求4所述的LNG冷能回收利用系统，其特征在于，所述氧气输送管与所述氢气输送管上均设置有增压泵。
6.根据权利要求1-4任一项所述的LNG冷能回收利用系统，其特征在于，所述载冷剂循环回路与所述冷却液循环回路上均布置有循环泵。
7.根据权利要求1-4任一项所述的LNG冷能回收利用系统，其特征在于，所述冷却液循环回路内的冷却液材质为乙二醇溶液。
8.一种LNG冷能回收利用方法，使用权利要求1-7任一项所述的LNG冷能回收利用系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1，LNG存储单元内的液化天然气进入气化器内，在气化器内吸热膨胀为气态天然气，气态天然气进入膨胀发电机，在膨胀发电机内发生绝热膨胀发电，绝热膨胀后的天然气降温后进入第一换热器；
S2，载冷剂在载冷剂循环回路内循环流动，载冷剂在气化器与第一换热器内与气态天然气换热，载冷剂放热后降温，然后在第二换热器和第三换热器内与冷却液换热升温；
S3，冷却液在冷却液循环回路内循环流动，冷却液在第二换热器与第三换热器内与载冷剂换热，冷却液放热后降温，然后在制冰器内吸热升温；
S4，制冰器内的水与冷却热换热，水放热后凝固成冰。
9.根据权利要求8所述的LNG冷能回收利用方法，其特征在于，步骤S1中，LNG存储单元内的液化天然气在进入气化器之前，先由存储罐经增压泵增压后进入缓冲罐，使得液化天然气升温。
10.根据权利要求9所述的LNG冷能回收利用方法，其特征在于，步骤S1中，膨胀发电机发电后将电能输送给电解水单元的电解槽，电解槽电解水制取氢气和氧气，氧气经过增压泵输送至第四换热器，在第四换热器内与缓冲罐内的液化天然气换热后放热生成液态氧。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111219596A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-06-02 | 佛山市燃气集团股份有限公司 | 一种加氢站与天然气调压站的电冷生产回收利用系统 |
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2023
- 2023-08-07 CN CN202310982600.1A patent/CN117167650A/zh active Pending
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