CN202868298U - 一种lng冷能梯级利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种LNG冷能梯级利用系统，主要包括：LNG储罐、BOG冷凝装置、空分装置、液体二氧化碳生产装置、冷能发电装置、冷库和流量调节装置；LNG储罐与BOG冷凝装置连接，BOG冷凝装置连接一级流量调节装置，一级流量调节装置分别与空分装置、冷能发电装置和二级流量调节装置连接；空分装置通过管路与液体二氧化碳生产装置连接，液体二氧化碳生产装置经换热器与供气预处理系统连接，换热器与中冷冷藏库连接；冷能发电装置经换热器与供气预处理系统连接，换热器与深冷冻结库、低温保鲜库依次连接；二级流量调节装置连接汽化器，汽化器连接缓冲区，缓冲区连接供气预处理系统。该系统环保、安全、能源利用率高。

Description

一种LNG冷能梯级利用系统

技术领域

本实用新型属于能源技术领域，特别是涉及一种LNG冷能回收利用系统。

背景技术

液化天然气（LNG）是气态的天然气经过脱水、脱酸性气、脱重烃等一系列的预处理过程后，经过液化工艺处理得到的低温（-162℃）、低压（0.2MPa）的液态烃类混合物。LNG的成分为甲烷、乙烷、丙烷和少量的丁烷，甲烷含量一般大于80%。LNG主要是用于城市民用燃气和LNG燃气电厂，因此在使用过程中，必须将LNG汽化后再进行使用。在汽化过程中LNG会释放出大量的冷能，约每千克LNG释放850KJ的能量。在传统的LNG汽化过程中，使用海水或燃烧燃料加热的办法将LNG汽化，而LNG蕴含的大量冷能则被海水和废气带走进入环境中，对环境造成大量的冷污染和排出大量废气，浪费了大量宝贵的冷能。

LNG汽化经历三个阶段：第一阶段是使用汽化设备进行汽化，如浸没燃烧型汽化器（SCV）、开架式汽化器（ORV）等传统的汽化器；第二阶段是利用LNG冷能进行空分、发电等单一技术和汽化器联合汽化LNG；第三阶段是综合考虑LNG冷能回收技术的利用温度和冷能品位问题，梯级回收LNG中冷能最终达到汽化LNG的目的。

利用LNG冷能发电是常用的能量利用方式，US6089028采用闭环工艺热传导介质进行发电，第二换热器的热源为海水，换热后直接排入大海中，该方法冷能没有很好地加以利用。US4036028和US4231226利用冷媒换热后和燃气电厂联合使用降低吸气温度和排气温度，以提高电厂发电效率。

US3405530采用多塔串联工艺，利用LNG冷能分离出甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。分离后甲烷为气相，加压后进入燃气管网，该方法需要增加压缩机达到管输压力，能耗较大。

CN101392981A公开了一种利用LNG冷能获得液氮的方法，该方法最大的特点就是多次使用压缩机和膨胀机来获得所需要的压力，且还有一个十分复杂的换热网络，涉及到10条不同温度的物流，不利于操作，能耗较高。

CN1342879A介绍了一种直接利用LNG冷能和中央空调循环水进行换冷的系统，该系统的特点是部分利用LNG冷能，利用技术单一，能量损失大，适用于LNG卫星站冷能利用。

CN201093819描述了一种梯级利用LNG冷能的技术路线。该路线是针对LNG卫星站冷能的回收利用，采用低温?发电、冷库、室内滑冰场和冷水空调等项目梯级利用LNG冷能。但是该技术中对汽化站的调峰问题未解决，操作弹性较小。

以上这些现有技术大多数只是LNG冷能的单一利用，冷能利用率低，冷能损失较大。尽管这些技术使汽化过程中的能耗明显降低，但也未能完全利用LNG冷能，造成能源的大量浪费。

发明内容

针对现有LNG冷能回收技术中的不足，本实用新型提供一种环保、安全、能源利用率高的冷能综合利用系统。

本实用新型一种LNG冷能梯级利用系统，主要包括：LNG储罐、BOG冷凝装置、空分装置、液体二氧化碳生产装置、冷能发电装置、冷库和流量调节装置；冷库包括深冷冻结库、中冷冷藏库和低温保鲜库，流量调节装置包括一级流量调节装置和二级流量调节装置；LNG储罐与BOG冷凝装置以管路连接，BOG冷凝装置以管路连接一级流量调节装置，一级流量调节装置分别与空分装置、冷能发电装置和二级流量调节装置以管路连接；空分装置与液体二氧化碳生产装置以管路连接，液体二氧化碳生产装置经换热器与供气预处理系统以管路连接，换热器与中冷冷藏库以管路连接；冷能发电装置有两条输出管路，一条管路连接二级流量调节装置，另一条管路经换热器与供气预处理系统连接，换热器与深冷冻结库、低温保鲜库依次以管路连接；二级流量调节装置以管路连接汽化器，汽化器以管路连接缓冲区，缓冲区以管路连接供气预处理系统；供气预处理系统以管路连接用户。

本实用新型中，LNG储罐用于储存并提供液化天然气。

本实用新型中，BOG冷凝装置主要包括压缩机、低温液体泵和LNG换热器；LNG储罐顶部气体出口经压缩机与LNG换热器气体入口连接，LNG储罐下部LNG出口经低温液体泵与LNG换热器液体入口连接，其中换热器可采用LNG管式换热器、板式换热器等。

本实用新型中，一级流量调节装置和二级流量调节装置采用流量调节储罐。

本实用新型中，空分装置采用循环氮气系统，空分装置入口LNG温度控制为-162℃~-100℃，空分装置中液氮出口与低温粉碎装置连接；空分装置LNG出口与液体二氧化碳生产装置连接，出口LNG温度控制为-95℃~-60℃；液体二氧化碳生产装置出口通过回流管路与中冷冷藏库连接，液体二氧化碳生产装置LNG出口温度控制为-50℃~-10℃。

本实用新型中，利用燃气轮机排放废气作为生产液体二氧化碳的原料。

本实用新型中，低温粉碎装置使用氟利昂系列作为载冷剂制冷，可以用于橡胶、塑料类等物质的粉碎，也可以用于食品、药材类物质的粉碎。

本实用新型中，冷能发电装置采用直接膨胀法和二次媒体法联合发电，冷能发电装置LNG出口与换热器连接，LNG出口温度控制为-70℃~-40℃，换热器通过回流管路与深冷冻结库、低温保鲜库依次连接，深冷冻结库LNG出口温度控制为-30℃~0℃。

本实用新型中，深冷冻结库、中冷冷藏库和低温保鲜库循环利用氟利昂系列和乙二醇水溶液作为冷媒回收LNG低品位冷能。

本实用新型中，冷媒还可以采用甲烷、乙烷、丙烷以及其混合物。

本实用新型中，供气预处理系统通过天然气管网连接用户。

本实用新型可以达到以下技术效果：

（1）根据不同温度的冷能，对口用于空分、液体二氧化碳、冷能发电和冷库等项目，减少?损失，实现冷能的梯级综合利用。

（2）采用流量调节设备控制进入汽化器的LNG量，达到天然气的年月日时的调峰，使操作更加灵活多变，适用范围宽。

（3）采用不同的冷媒，实现各个装置之间的冷能匹配。

（4）综合利用LNG冷能生产液氮、液氧、液氩、液体二氧化碳和发电，实现了冷能的梯级利用，拓宽了冷能的利用温度，有利于LNG产业链的形成。

附图说明

图1是本实用新型LNG冷能梯级利用系统的流程示意图。

其中：1-LNG储罐，2-BOG再冷凝装置，3-一级流量调节装置，4-空分装置，5-冷能发电装置，6-二级流量调节装置，7-汽化器，8-深冷冻结库，9-低温保鲜库，10-中冷冷藏库，11、12-换热器，13-液体二氧化碳装置，14-低温粉碎装置，15-缓冲区，16-供气预处理系统，17-用户，A~M代表进出装置的物流。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明LNG冷能梯级利用方法的实施过程及应用效果。

本实用新型是通过这样的方式实现的：LNG从LNG储罐1出来后，在BOG冷凝装置2中利用-162℃的LNG再次液化BOG气体，此时LNG为-162℃、0.3MPa；从BOG冷凝装置2中出来的LNG进入一级流量调节装置3，分为三部分，第一部分进入空分装置4，利用LNG高品位冷能生产液体空分产品液氧、液氮和液氩；空分产品液氮作为低温粉碎装置14的冷源，生产精细胶粉；空分装置4 LNG出口温度为-95℃~-60℃，进入液体二氧化碳生产装置13；液体二氧化碳生产装置13 LNG出口温度为-50℃~-10℃，经过换热器12进入中冷冷藏库10；第二部分LNG进入冷能发电装置5，电能供给各个装置本身使用，多余的电能并入电网；冷能发电装置5 LNG出口温度为-70℃~-40℃，经过换热器11进入深冷冻结库8和低温保鲜库9，LNG升温至-30~0℃左右；第三部分LNG进入二级流量装置6，按照用户用气量和冷能需求调节LNG进入汽化器7的冷能，从汽化器7出来的天然气进入缓冲区15。各路LNG在经过各个冷阱后进入供气预处理系统16，对供气作温度、压力、流量和热值进行的最后调节后，通过天然气管网供给用户17使用。

实施例

 LNG从LNG储罐1出来后，利用-162℃的LNG在BOG冷凝装置2再次液化BOG气体，然后与罐内LNG一起进入一级流量调节装置3中，物流A先后进入空分装置4和液体二氧化碳装置13中，利用冷能生产液氮和液体二氧化碳；物流I和物流J在换热器12中温度由-40℃升高至-10℃左右，通过中冷冷藏库10回收LNG低品位冷能。物流B经冷能发电装置5发电后升温至-70℃~-60℃，在换热器11中将冷能传递给冷媒G，冷媒G将冷能传递给深冷冻结库8和低温保鲜库9，物流L升温至0℃左右。各路LNG经过各个冷阱后，在供气预处理系统16中进行温度压力热值的统一，统一热值采用混合一定比例空气的方案，再供气给用户17。当用户用气量较小时，控制物流A的流量不变使空分装置4和液体二氧化碳装置13能够平稳连续运行，控制物流B物流的量以满足用户的最小用气需求；当用户用气量较大，物流A的流量不变，控制物流B的流量到最大也不能满足用气需求时，控制物流C的流量进入二级流量调节装置6以满足高峰期用气要求；如果此时物流H的冷能超过冷库需求量则调节物流F的量进入汽化器7中，汽化后进入缓冲区15，供用气高峰时使用。装置运行时尽量按照用气量的变化控制物流B在一个稳定的区域，防止过大用气波动对装置的影响，过量的天然气进入缓冲区15备用。

本实施例中，以260万吨LNG接受终端冷能利用为例。其中70万吨用于空分，可生产液氮300吨/天，液氧300吨/天，液氩10吨/天；利用液氮每年可生产精细胶粉13000吨，副产钢丝5000吨，纤维2000吨；110万吨用于LNG冷能发电，采用联合法发电1吨LNG可发电45千瓦时，年发电量为4950万千瓦时，以一度电0.5元计算，年收入为2475万元；约70万吨用于外运槽车。冷能利用率约为40%。

Claims (8)

1.一种LNG冷能梯级利用系统，其特征在于主要包括：LNG储罐、BOG冷凝装置、空分装置、液体二氧化碳生产装置、冷能发电装置、冷库和流量调节装置；冷库包括深冷冻结库、中冷冷藏库和低温保鲜库，流量调节装置包括一级流量调节装置和二级流量调节装置；LNG储罐与BOG冷凝装置以管路连接，BOG冷凝装置以管路连接一级流量调节装置，一级流量调节装置分别与空分装置、冷能发电装置和二级流量调节装置以管路连接；空分装置与液体二氧化碳生产装置以管路连接，液体二氧化碳生产装置经换热器与供气预处理系统以管路连接，换热器与中冷冷藏库以管路连接；冷能发电装置有两条输出管路，一条管路连接二级流量调节装置，另一条管路经换热器与供气预处理系统连接，换热器与深冷冻结库、低温保鲜库依次以管路连接；二级流量调节装置以管路连接汽化器，汽化器以管路连接缓冲区，缓冲区以管路连接供气预处理系统；供气预处理系统以管路连接用户。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：BOG冷凝装置主要包括压缩机、低温液体泵和LNG换热器；LNG储罐顶部气体出口经压缩机与LNG换热器气体入口连接，LNG储罐下部LNG出口经低温液体泵与LNG换热器液体入口连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：一级流量调节装置和二级流量调节装置均采用LNG流量调节储罐。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：空分装置采用循环氮气系统，空分装置入口LNG温度控制为-162℃~-100℃，空分装置中液氮出口与低温粉碎装置连接；空分装置LNG出口与液体二氧化碳生产装置连接，出口LNG温度控制为-95℃~-60℃；液体二氧化碳生产装置出口通过回流管路与中冷冷藏库连接，液体二氧化碳生产装置LNG出口温度控制为-50℃~-10℃。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：利用燃气轮机排放废气作为生产液体二氧化碳的原料。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：低温粉碎装置使用氟利昂作为载冷剂制冷。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：冷能发电装置采用直接膨胀法和二次媒体法联合发电，冷能发电装置LNG出口与换热器连接，LNG出口温度控制为-70℃~-40℃，换热器通过回流管路与深冷冻结库、低温保鲜库依次连接，深冷冻结库LNG出口温度控制为-30℃~0℃。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：深冷冻结库、中冷冷藏库和低温保鲜库循环利用氟利昂和乙二醇水溶液作为冷媒回收LNG低品位冷能。

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