UA107402C2 - Спосіб виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу - Google Patents
Спосіб виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу Download PDFInfo
- Publication number
- UA107402C2 UA107402C2 UAA201304776A UAA201304776A UA107402C2 UA 107402 C2 UA107402 C2 UA 107402C2 UA A201304776 A UAA201304776 A UA A201304776A UA A201304776 A UAA201304776 A UA A201304776A UA 107402 C2 UA107402 C2 UA 107402C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- gas
- natural gas
- heat exchanger
- liquefied natural
- working fluid
- Prior art date
Links
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 8
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 abstract 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 6
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 241000685978 East Asian Passiflora virus Species 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Винахід належить до випуску зрідженого природного газу з ємностей зберігання у газотранспортну систему з використанням низькотемпературного потенціалу газу для продукування електрики. Зріджений природний газ зі сховища стискають до тиску у газотранспортній системі і попередньо підігрівають у додатковому теплообміннику. В основному теплообміннику його випаровують та перегрівають до температури газу у газотранспортній системі, куди його спрямовують. Для підігрівання газу у протитечійному теплообміннику використовують робоче тіло в газоподібному стані, яке в основному теплообміннику охолоджують та частково зріджують. Сконденсовану частину видаляють в сепараторі, а газоподібну частину повністю конденсують в додатковому теплообміннику. Ці частини конденсату окремо стискають до однакового тиску і змішують. Суміш підігрівають спочатку від зовнішнього середовища, а потім випаровують і перегрівають відпрацьованими газами газотурбінної установки, яка працює на технологічних випарах зрідженого природного газу. Нагріте робоче тіло розширюють в турбодетандері з продукуванням електрики. Винахід сприяє підвищенню енергоефективності процесу регазифікації зрідженого природного газу завдяки спалюванню технологічних випарів газу у газовій турбіні, використанню двостадійних теплообмінних процесів для підігріву газу і конденсату робочого тіла, а також для охолодження робочого тіла, зі зменшеними перепадами температур.
Description
Винахід належить до способів вивантажування з посудин зрідженого природного газу (ЗПГ), а саме до регазифікації, тобто переведенню ЗПГ в газоподібний стан, в системах з використанням детандерів. Спосіб може бути застосований при будівництві терміналів для зберігання та регазифікації зрідженого природного газу.
Відомий спосіб регазифікації ЗПГ (Патент ЄАПВ Мо 009276 РОЇК 25/08, Конструкции и способь! для вниіработки злектрознергии с регазификацией сжиженного природного газа. Мзк
Джон (05) Флуор Текнолоджиз Корпорзйшн (05), вариант фиг. 1 - Мо 200700241, Зареєстровано 2005.07.14, Опубл. 2007.12.28), згідно з яким, холод від зрідженого природного газу використовують у ряді циклів в парогазовій енергоустановці для збільшення потужності.
Відомий спосіб передбачає стиснення зрідженого природного газу насосом до тиску в газопроводі, випарювання частини ЗПГ в першому теплообміннику за рахунок конденсації робочого тіла енергетичного циклу, яке потім нагрівають зовнішнім джерелом, випаровують і приводять в дію турбодетандер, з'єднаний з електрогенератором; у другому теплообміннику холод зрідженого природного газу, що залишився, забезпечує охолодження теплового джерела, яке використовують для конденсації пари в парогенераторному циклі та/або повітря, що подають в газову турбіну.
Відомий спосіб, хоча і дозволяє збільшити загальну ефективність інтегрованої парогазової енергоустановки, не використовує увесь потенціал холоду ЗПГ для виробництва електричної енергії. Крім того, газотурбінна установка працює за рахунок спалювання частини регазифікованого ЗПГ ії не утилізує випари природного газу, що неминуче виникають при експлуатації терміналів для зберігання та регазифікації зрідженого природного газу, внаслідок теплообміну з довкіллям. До того ж має місце недорекуперація тепла в парогенераторному циклі: потік охолодженого паливного газу виходить з парогенератора з температурою 300 Е (14975).
Найбільш близьким по суті є прийнятий за прототип спосіб регазифікації ЗПГ (Патент
України на корисну модель Ме 55853 М.клУ Е 17 С 7/04, 9/02, Е25 В 9/06, 2010), який включає стиснення зрідженого природного газу насосом, випаровування та підігрівання природного газу робочим тілом до температури подачі в газотранспортну систему; переміщення робочого тіла в замкненому циклі, підігрівання його та випаровування від зовнішнього середовища, розширення
Зо робочого тіла в турбодетандері з виробництвом електроенергії і конденсацію його при нагріванні та регазифікації зрідженого природного газу.
Відомий спосіб дає можливість використовувати весь низькотемпературний енергетичний потенціал зрідженого природного газу для виробництва електричної енергії, однак випаровування робочого тіла здійснюють за рахунок тепла навколишнього середовища, зокрема морської води, в результаті чого установка працює в діапазоні температур нижче температури довкілля, це спричиняє її невисоку енергетичну ефективність. Крім того, прийнятий за прототип спосіб передбачає, що весь теплоперепад, пов'язаний з нагріванням, випаровуванням та перегріванням ЗПГ до температури подачі в газотранспортну систему, припадає на один теплообмінник, і використання для цього одного робочого тіла, навіть складної суміші, не може забезпечити ефективний теплообмін й оптимальні показники силового циклу. Також в цьому способі не можуть бути використані випари зрідженого природного газу, що виникають при експлуатації терміналів для зберігання та регазифікації ЗПГ.
В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу, в якому в результаті перегрівання робочого тіла відпрацьованими газами газотурбінної установки (ГТУ) перед подаванням його в турбодетандер на розширення з виробництвом електроенергії, а також здійснення проміжної сепарації робочого тіла в процесі теплообміну зі зрідженим природним газом, забезпечується підвищення енергоефективності силового циклу і за рахунок цього значно збільшується обсяг електроенергії, що отримують при регазифікації ЗПГ, крім того, утилізують випари зрідженого природного газу, неминучі при експлуатації терміналів.
Поставлену задачу вирішено завдяки тому, що у способі виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу, який включає стиснення зрідженого природного газу, підігрівання, випаровування та перегрівання газоподібного природного газу для подачі в газотранспортну систему в основному теплообміннику робочим тілом, яке подають в протитечії в замкненому циклі та конденсують в цьому теплообміннику, стиснення, підігрівання та випаровування робочого тіла від зовнішнього середовища, розширення його в турбодетандері з виробництвом електроенергії та передачу її частини зовнішнім споживачам, згідно з винаходом, робоче тіло спочатку охолоджують в основному теплообміннику і частково зріджують, причому сконденсовану частину робочого тіла відділяють від газоподібної частини, яку потім повністю 60 конденсують у додатковому теплообміннику, після стискання змішують з попередньо стиснутою частиною робочого тіла в зрідженому стані і після підігрівання суміш випаровують та додатково перегрівають відпрацьованими газами газотурбінної установки.
Сукупність відмінних ознак дозволяє вирішити поставлену задачу завдяки тому, що додаткове перегрівання робочого тіла відпрацьованими газами ГТУ дає можливість нагріти його до температури, значно вищої за температуру довкілля перед подаванням в турбодетандер, а це дозволяє істотно збільшити кількість роботи, яку, як відомо, здатне виробляти при розширенні робоче тіло. Оскільки процес регазифікації зрідженого природного газу складається з підігрівання, випаровування та перегрівання, то коли його здійснюють в двох послідовних теплообмінниках, в яких фактично використовують робоче тіло різного складу за рахунок проміжної сепарації цього багатокомпонентного робочого тіла, це забезпечує зменшення термодинамічних втрат та досягнення ефективного теплообміну, що підтверджує мінімальний перепад температур між кривою конденсації робочого тіла і кривою випаровування ЗПГ на О-Т діаграмі. І це все разом забезпечує підвищення енергоефективності силового циклу. Крім цього, для роботи ГТУ, відпрацьованими газами якої здійснюють перегрів робочого тіла, використовують випари зрідженого природного газу, що неминуче виникають при експлуатації терміналів ЗПГ внаслідок теплообміну з довкіллям, для повернення яких в сховище раніше витрачали енергію. Таким чином, сукупність відмінних ознак складається з раніше невідомих операцій для одержання позитивного ефекту.
На фіг. 1 зображено схему способу виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу.
На фіг. 2 та фіг. З наведені як приклад О-Т діаграми, відповідно, додаткового і основного теплообмінників випаровування зрідженого природного газу і конденсації робочого тіла детандерного циклу.
Спосіб виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу здійснюють наступним чином: зріджений природний газ із ємності - сховища 1 подають на насос 2, де його стискають до тиску у газотранспортній системі і спочатку подають у додатковий теплообмінник З на підігрів, потім в основний теплообмінник 4 на випаровування та перегрів до температури газотранспортної системи 5. Для підігрівання ЗПГ в теплообмінники 4 та З в протитечії подають робоче тіло 6, яке є сумішшю вуглеводнів, наприклад, парафінових (метану,
Зо етану, пропану, бутану, пентану) або фреонів. Робоче тіло в газоподібному стані спочатку подають в основний теплообмінник 4 в протитечії до ЗПГ, там його охолоджують та частково зріджують, цю сконденсовану частину робочого тіла видаляють з потоку в сепараторі 7, а частину робочого тіла, що залишилась в газоподібному стані, збагачену таким чином низькокиплячими компонентами, подають у додатковий теплообмінник 3, де її повністю конденсують. Зміна складу робочого тіла таким чином між теплообмінниками 4 та З дозволяє забезпечити в них оптимальні перепади температур і ефективний теплообмін. Далі кожну з двох частин робочого тіла в рідкому стані окремо стискають насосами 8 та 9 до однакового тиску і подають у змішувач 10. Отриману суміш первинного складу спочатку підігрівають у нагрівнику 11 від зовнішнього середовища. Далі у випарнику 13 робоче тіло випаровують і перегрівають відпрацьованими газами газотурбінної установки 12, яка працює за рахунок випарів зрідженого природного газу, що виникають в сховищі ЗПГ 1. Потім робоче тіло подають на турбодетандер 14, де розширюють з виробництвом електроенергії. Електроенергію, що виробляють генератором на турбодетандері 14, використовують для роботи насосів 2, 8 та 9, а решту передають зовнішнім споживачам.
Приклад 1 (за прототипом)
ЗПГ витратою 6239.6 кмоль/год. стискали до тиску у газотранспортній системі, переводили до газоподібного стану і підігрівали до температури газу у газотранспортній системі за рахунок тепла робочого тіла, за яке використовували етан (10095). Робоче тіло циркулювало у замкненому циклі, його випаровували та підігрівали від зовнішнього середовища до температури -5С, потім розширювали в турбодетандері з виробництвом електроенергії.
Електроенергію використовували для роботи двох насосів, решту електроенергії передавали зовнішнім споживачам.
Приклад 2 (за запропонованим способом)
На установці регазифікації ЗПГ за запропонованою схемою здійснювали випаровування ЗПГ до подачі природного газу в газотранспортну систему. Як природний газ використовували суміш метану (98 95) з етаном (2 95); як робоче тіло використовували суміш парафінових вуглеводнів: метан (5.3 95), етан (86.9 95), пропан (5.0 95), бутан (2.8 Об).
ЗПГ витратою 6239.6 кмоль/год. з ємності 1 подавали на насос 2, де його стискали до тиску у газотранспортній системі, потім послідовно направляли на теплообмінники З та 4. Процес бо регазифікації проходив у 2 етапи: в теплообміннику З зріджений природний газ нагрівали до температури початку випаровування, а в основному теплообміннику 4 випаровували і перегрівали до температури подавання в магістральний газопровід. Робоче тіло, яке циркулювало у замкненому циклі, подавали в основний теплообмінник 4 в протитечії до ЗПГ в газоподібному стані, там його охолоджували та частково зріджували, в сепараторі 7 конденсат із робочого тіла видаляли, а частину робочого тіла, що залишилася в газоподібному стані, направляли в додатковий теплообмінник 3, де здійснювали її повну конденсацію. Потім кожну з двох частин робочого тіла окремо стискали насосами 8 та 9 до однакового тиску і подавали у змішувач 10. Отриману таким чином суміш первинного складу спочатку підігрівали у нагрівачі 11 від зовнішнього середовища (наприклад, морської води) до температури -5"С, далі в теплообміннику 13 випаровували і перегрівали відпрацьованими газами газотурбінної установки 12, яка живилась випарами зрідженого природного газу, що виникали при зберіганні в сховищі
ЗПГ. Потім робоче тіло подавали на турбодетандер 14, де розширювали з виробництвом електроенергії. Електроенергію, що виробляли генератором на турбодетандері 14, частково використовували для живлення насосів 2, 8 та 9, решту електроенергії передавали зовнішнім споживачам.
В таблиці наведено порівняльні характеристики способів виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу за прототипом та запропонованим способом.
Таблиця
Характеристики способів виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу за прототипом та запропонованим способом 11111111 Прототип |Запропонований спосіб) кВт
З таблиці видно, що: 1) В запропонованому способі температура робочого тіла на вході в турбодетандер 200 "С, що істотно вище за температуру довкілля (як в прототипі), і це є однією із причин значного збільшення енергоефективності силового циклу: 2) В запропонованому способі на турбодетандері виробляли 9400 кВт електроенергії, із них 578 кВт витрачали для роботи насосів, решту електроенергії, тобто корисну потужність 9400 кВт - 578 кВт-8822 кВт передали до загальної електромережі.
Корисна потужність, яка отримана в способі-прототипі, складала 333 кВт для тих же витрат природного газу, що був регазифікований. 3) При зберіганні в сховищах та в процесі переробки внаслідок теплообміну з довкіллям
Зо зріджений природний газ неминуче випаровується, в кількості приблизно 2 95 мас. від витрати
ЗПГ. Рекуперація цих випарів, тобто повернення їх у сховище, вимагає витрат енергії; в запропонованому способі їх утилізують як живлення газотурбінної установки стандартною потужністю 10 МВт. В способі-прототипі ці випари не утилізують. 4) В запропонованому способі значно зменшені термодинамічні втрати енергії за рахунок мінімізації температурних перепадів потоків внаслідок використання двох послідовних теплообмінників ЗПГ та проміжної сепарації багатокомпонентного робочого тіла, яка приводить до зміни його складу між теплообмінниками, це дозволяє погодити температуру конденсації робочого тіла на О-Т діаграмі з кривою регазифікації ЗПГ з мінімальною різницею, що неможливо було в способі-прототипі. На фіг. 2 та фіг. З приведені О-Т діаграми теплообмінників
ЗПГ, які підтверджують роботоздатність циклу з мінімальними втратами енергії.
Таким чином, запропонований спосіб виробництва електроенергії при регазифікації ЗПГ позбавлений недоліків, притаманних прототипу, та має такі переваги, що значно підвищують енергоефективність силового циклу, зменшують термодинамічні втрати при теплообміні та дозволяють утилізувати випари ЗПГ, неминучі при експлуатації терміналів.
При створенні терміналу для зберігання та регазифікації ЗПГ запропонований спосіб завдяки ефективному використанню низькотемпературного енергетичного потенціалу ЗПГ й раціональної утилізації скидного низькопотенційного тепла ГТУ забезпечить енерго- та ресурсоекономне постачання огазифікованого ЗПГ о до газотранспортної системи,
енергонезалежність термінала, можливість експорту енергії та мінімальний вплив на навколишнє середовище, в т.ч. за рахунок виробництва електроенергії без емісії СО» в порівнянні з тепловими електростанціями.
Claims (2)
1. Спосіб виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу, який включає стиснення зрідженого природного газу, підігрівання, випаровування та перегрівання газоподібного природного газу для подачі в газотранспортну систему в основному теплообміннику робочим тілом, яке подають в протитечії в замкненому циклі та конденсують в цьому теплообміннику, стиснення, підігрівання та випаровування робочого тіла від зовнішнього середовища, розширення його в турбодетандері з виробництвом електроенергії та передачу її частини зовнішнім споживачам, який відрізняється тим, що робоче тіло спочатку охолоджують в основному теплообміннику і частково зріджують, причому сконденсовану частину робочого тіла відділяють від газоподібної частини, яку потім повністю конденсують у додатковому теплообміннику, після стискання змішують з попередньо стиснутою частиною робочого тіла в зрідженому стані і після підігрівання суміш випаровують та додатково перегрівають відпрацьованими газами газотурбінної установки.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для роботи газотурбінної установки, відпрацьованими газами якої здійснюють перегрів газоконденсатної суміші робочого тіла, використовують випари зрідженого природного газу, що виникають при експлуатації терміналів зрідженого природного газу. с | а я -о С- . ше ! а
Фіг. і
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201304776A UA107402C2 (uk) | 2013-04-15 | 2013-04-15 | Спосіб виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201304776A UA107402C2 (uk) | 2013-04-15 | 2013-04-15 | Спосіб виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA107402C2 true UA107402C2 (uk) | 2014-12-25 |
Family
ID=52680451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201304776A UA107402C2 (uk) | 2013-04-15 | 2013-04-15 | Спосіб виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA107402C2 (uk) |
-
2013
- 2013-04-15 UA UAA201304776A patent/UA107402C2/uk unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gómez et al. | Thermodynamic analysis of a novel power plant with LNG (liquefied natural gas) cold exergy exploitation and CO2 capture | |
| Lu et al. | Analysis and optimization of a cascading power cycle with liquefied natural gas (LNG) cold energy recovery | |
| García et al. | Power plant based on three series Rankine cycles combined with a direct expander using LNG cold as heat sink | |
| EP2510206B1 (en) | Compound closed-loop heat cycle system for recovering waste heat and method thereof | |
| Mehrpooya et al. | Thermodynamic analysis of integrated LNG regasification process configurations | |
| US8438849B2 (en) | Multi-level organic rankine cycle power system | |
| García et al. | Combined cascaded Rankine and direct expander based power units using LNG (liquefied natural gas) cold as heat sink in LNG regasification | |
| CA2713799C (en) | Method for operating a thermodynamic circuit, as well as a thermodynamic circuit | |
| Li et al. | An integrated system for thermal power generation, electrical energy storage and CO2 capture | |
| Carcasci et al. | Thermodynamic analysis of an Organic Rankine Cycle for waste heat recovery from an aeroderivative intercooled gas turbine | |
| GB2540080A (en) | Cold utilization system, energy system provided with cold utilization system, and method for utilizing cold utilization system | |
| CN109386316B (zh) | 一种lng冷能和bog燃烧能联合利用系统及方法 | |
| Paanu et al. | Waste heat recovery: bottoming cycle alternatives | |
| Oliveti et al. | A rational thermodynamic use of liquefied natural gas in a waste incinerator plant | |
| WO2012054006A1 (ru) | Способ и установка для получения энергии и регазификации сжиженного природного газа | |
| Łaciak et al. | Possibilities of Liquefied Natural Gas (LNG) use for power generation | |
| Ovsyannik et al. | Trigeneration units on carbon dioxide with two-time overheating with installation of turbo detainder and recovery boiler | |
| CN111852601A (zh) | 一种lng冷能co2工质循环发电系统及发电方法 | |
| Tveitaskog et al. | Optimization of advanced liquid natural gas-fuelled combined cycle machinery systems for a high-speed ferry | |
| US10468945B2 (en) | Method and system for energy conversion from pressure energy into electrical energy | |
| UA107402C2 (uk) | Спосіб виробництва електроенергії при регазифікації зрідженого природного газу | |
| CA2983533C (en) | Combined cycle power generation | |
| Zoughaib et al. | Exergy recovery during LNG gasification using ambient air as heat source | |
| Zhang et al. | LNG cold energy recovery and power generation | |
| Hossaın et al. | Utilization Of Organic Rankine Cycle For Analyzing Energy And Exergy Of The Waste Heat Recovery System |