专利名称：一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，属于天然气液化技术领域。
背景技术：
一般液化天然气(LNG)的冷能的利用技术包括LNG发电、空气分离、冷库冷源、海水淡化、轻烃分离、低温干燥等。冷能发电技术作为LNG冷能利用主要方式之一，发挥着重要作用。利用LNG冷能发电的基本原理一般是通过一低温动力循环过程，以LNG为低温冷源，利用低温动力循环产生的机械功驱动发电机组产生电力。如何获得更高的冷能利用效率是其中重要的技术问题，在这一技术领域已有多种方法被公开。201120294959.2号实用新型专利公开了一种LNG冷能四级回收利用系统。该系统采用两级级联式朗肯循环产生电力，由两个相互独立低温朗肯循环串联而成，工艺流程较为复杂。200910047533.4号发明专利申请公开了一种利用LNG冷能的温差发电模块及其制备方法。该专利申请所采用的技术方案基于与动力循环完全不同的原理，采用的是热电温差发电技术。由于在低温集中式空调系统和冷库中直接利用LNG的潜热或显热与空气或者水换热是不可行的，所以，该专利申请公开的技术方案需要中间蓄冷介质来降低换热温度，采用热电温差发电。低温用温差发电模块安装在该系统的温差管道上，如换热器的进出口管道之间。该温差发电模块采用全静态热电材料温差发电方式，具有简单、无运动部件、方便进行串联和并联组合等优点。200720007870.7号实用新型专利公开了一种LNG冷能梯级集成利用系统。该系统是一种LNG冷能梯度、集成利用系统，包括冷能服务公司、冷库公司、室内滑冰场和冷水空调控制区四个部分，可以实现冷能梯级、充分的利用。该系统是LNG冷能的一种梯级冷能利用方案，LNG冷能只有一部分用来产生电力，这一部分电力是以丁烷为工质，利用一个丁烷朗肯循环将LNG的冷能转化为电能。201210112919.0号发明专利申请公开了一种基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统。该专利申请公开的技术方案也是LNG冷能的一种梯级冷能利用方案，LNG冷能只有一部分用来产生电力,这一部分电力是以某一有机物质为工质,利用一个朗肯循环回收LNG的冷能和烟气的余热并转化为电能。201120294858.5号实用新型专利公开了一种适用于船舶的LNG冷能多级回收利用系统。该系统是适用于船舶的LNG冷能多级利用系统。该系统中的发电部分采用的是两级级联式朗肯循环和天然气膨胀循环的组合形式，其中朗肯循环是由两个相互独立低温朗肯循环串联而成，工艺流程较为复杂。201010123728.5号发明专利申请公开了一种提高液化天然气冷能发电效率的集成优化方法。该方法也是LNG冷能的一种梯级冷能利用方案，其中冷能发电部分由基本的单级朗肯循环和天然气膨胀循环组成。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，采用该系统通过采用烃类混合物作为工质来回收冷能，只采用一级朗肯循环就可以获得很高的发电效率。为达到上述目的，本实用新型提供了一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，该以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统包括:第一换热器、混合工质泵、液化天然气泵、透平膨胀机、发电机、天然气输入管道、天然气输出管道；其中:所述第一换热器具有第一流道、第二流道、第三流道，所述第一流道的入口与所述天然气输入管道连接，所述第一流道的出口与所述天然气输出管道连接，并且，所述液化天然气输入管道上设有液化天然气泵；所述透平膨胀机的出口与所述第三流道的入口连通，所述第三流道的出口与所述混合工质泵的入口连通，所述混合工质泵的出口与所述第二流道的入口连通，所述第二流道的出口与所述透平膨胀机的入口连通；所述发电机与所述透平膨胀机连接。本实用新型提供的上述系统可以用于包括以下步骤的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的方法:(I)使混合工质进入第一换热器的第三流道与经过液化天然气泵升压的液化天然气进入第一换热器的第一流道进行换热(或称第一次换热)；(2)经过换热的混合工质经过混合工质泵进行升压，然后回到第一换热器的第二流道进行再次换热(或称第二次换热)，再次换热之后的混合工质进入透平膨胀机膨胀做功并带动发电机发电；(3)经过透平膨胀机的混合工质回到第一换热器的第三流道进行下一个循环；(4)将经过换热的液化天然气输出，以向外输送或供气。在上述方法中，混合工质是一直进行连续的循环的，而液化天然气也是持续输入第一换热器进行换热的。在上述系统中，发电机用于在透平膨胀机的带动下进行发电。在上述系统中，气态的混合工质进入第一换热器经过换热(第一次换热)吸收LNG的冷能冷凝为液体，经加压后再进入第一换热器进行换热(第二次换热)而被加热(加热后可以为液态、气体或气液两相，一般为气液两相)，之后进入透平膨胀机膨胀做功(也可以先进入另一个换热器进一步加热(或称第三次换热)之后再进入透平膨胀机膨胀做功)，带动发电机产生电力，从膨胀机出来的气态混合工质回到第一换热器完成循环。在上述以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统中，优选地，所述第二流道的出口与所述透平膨胀机的入口之间的管道上设有至少一个换热器。该至少一个换热器可以使再次换热之后的混合工质先与外界环境、冷媒和工业余热中的一种或几种进行换热(第三次换热)，然后再进入透平膨胀机膨胀做功并带动发电机发电。该第三次换热可以采用以下方式:从换热器经过再次换热的混合工质在上述至少一个换热器中与周围环境进行换热，这里与周围环境换热既可以与空气进行换热，也可以以水作为中间媒介，使混合工质与水首先进行换热，水再与空气换热或排放至工厂以外；或者，从第一换热器经过再次换热的混合工质先与冷媒进行换热(其中冷媒可以采用空调系统中常用的水、盐水、乙二醇、丙二醇、丙三醇等)，混合工质被加热，所释放出的冷量传给冷媒，并经由冷媒向空调系统传递冷量。在上述以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统中，优选地，所述第二流道的出口与所述透平膨胀机的入口之间的管道上设有两个换热器。这两个换热器可以使混合工质与外界环境(例如空气)、冷媒、工业余热等中的两个进行换热。在上述以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统中，优选地，所述天然气输出管道上设有至少一个换热器。通过设置至少一个的换热器可以使离开换热器的经过换热的液化天然气先与冷媒进行换热，然后再输出。上述情况下，LNG的流程可以是:LNG提升至向外输送或供气所需压力(可以通过液化天然气泵进行升压)后，进入换热器与混合工质换热而被加热，之后通过与常规的冷媒换热并向空调提供冷量之后向外输送或供气，或从换热器出来后直接向外输送或供气；上述流程也可以是:LNG先增至一很高压力，一般为SMPa至15MPa，再进入换热器汽化并升温，然后进入天然气膨胀机膨胀做功，天然气则降压至向外输送或供气所需压力后向外输送或供气，其中，天然气膨胀机产生的机械功也可以用于发电。在上述以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统中，优选地，所述天然气输出管道上设有两个换热器。这两个换热器可以用于使从第一换热器出来的天然气依次与冷媒和工业余热进行换热。在上述以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统中，优选地，所述天然气输出管道上设有至少一个换热器和一个透平膨胀机。在上述以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统中，优选地，所述天然气输出管道上设有两个换热器和一个透平膨胀机。在上述以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统中，优选地，所述第一换热器为板翅式低温换热器。在上述循环回收系统中，实现混合工质与LNG的换热的第一换热器可以是任何形式的低温换热器，只要能实现三股流体的换热、并使其各自达到所需温度即可。在上述循环回收系统中，第一换热器的第三流道、混合工质泵、第二流道、第二换热器、透平膨胀机构成混合工质的循环回路，天然气输入管道、第一换热器的第一流道、天然气输出管道构成天然气的通道。本实用新型提供的液化天然气的冷能的循环回收利用系统是一种以烃类混合物为工质、通过回收液化天然气冷能等发电的工艺系统。该系统是一种可以用以发电的动力循环工艺系统，以低温的LNG为低温热源，以周围环境、工业余热等作为高温热源，通过回收LNG的冷能、工业余热的低品位热能等能量产生机械能并带动发电机产生电力。在该系统中，通过合理调整混合工质的配比，可以获得很高的冷能利用效率，并且，该系统可以单独用来发电，也可以与LNG直接膨胀发电工艺联合使用。
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中:图1为实施例1提供的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统的结构示意图；图2为实施例2提供的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统的结构示意图；图3为实施例3提供的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统的结构示意图。主要附图标号说明:第一换热器I混合工质泵2第二换热器3第一透平膨胀机4发电机5液化天然气泵6天然气输入管道7天然气输出管道8第三换热器9第四换热器10第五换热器11第二透平膨胀机1具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现参照说明书附图对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型的可实施范围的限定。实施例1本实施例提供了一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其结构如图1所示。该系统包括第一换热器1、混合工质泵2、第二换热器3、第一透平膨胀机4、发电机5、液化天然气泵6、天然气输入管道7、天然气输出管道8，其中:第一换热器I为板翅式低温换热器，其具有三个流道，在图1中由右向左依次为第一流道、第二流道、第三流道，第一流道的入口与天然气输入管道7连接，第一流道的出口与天然气输出管道8连接，并且，天然气输入管道7上设有液化天然气泵6 ；第一透平膨胀机4的出口与第三流道的入口连通，第三流道的出口与混合工质泵2的入口连通，混合工质泵2的出口与第二流道的入口连通，第二流道的出口与第一透平膨胀机4的入口连通；发电机5与第一透平膨胀机4连接，用于在第一透平膨胀机4的带动下进行发电。在上述循环回收系统中，第一换热器I的第三流道、混合工质泵2、第二流道、第二换热器3、第一透平膨胀机4构成混合工质的循环回路，天然气输入管道7、第一换热器I的第一流道、天然气输出管道8构成天然气的通道。本实施例提供的上述系统可以按照以下步骤进行液化天然气冷能的回收和发电:由天然气输入管道7输入的LNG经过液化天然气泵6提升至向外输送或供气所需压力后，进入第一换热器I的第一流道进行换热而被加热，然后通过天然气输出管道8向外输送或供气；气态的混合工质进入第一换热器I的第三流道吸收LNG冷能冷凝为液体，经混合工质泵2加压后再进入第一换热器I的第二流道加热(加热后可以为液态、气体或气液两相，一般为气液两相)，之后进入第二换热器与空气(即外界环境)换热，混合工质温度升温后进入第一透平膨胀机4膨胀做功，带动发电机5产生电力，从第一透平膨胀机4出来的气态混合工质回到第一换热器I的第三流道完成一个循环，进入下一循环。实施例2本实施例提供了一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其结构如图2所示。该系统是在实施例1提供的系统的基础上在第一换热器I的第二流道出口与第二换热器3的入口之间的管道上增加了 一个第三换热器9，在天然气输出管道8上增加了一个第四换热器10，其他与实施例1相同。本实施例提供的上述系统可以按照以下步骤进行液化天然气冷能的回收和发电:由天然气输入管道7输入的LNG经过液化天然气泵6提升至向外输送或供气所需压力后，进入第一换热器I的第一流道进行换热而被加热，之后通过在第四换热器10中与乙二醇(冷媒)进行换热，将冷量传给乙二醇再由乙二醇向空调提供冷量，然后通过天然气输出管道8向外输送或供气；气态的混合工质进入第一换热器的第三流道吸收LNG冷能冷凝为液体，经混合工质泵2加压后再进入第一换热器I的第二流道加热(加热后可以为液态、气体或气液两相，一般为气液两相)，之后进入第三换热器9与乙二醇(冷媒)换热，将冷量传给乙二醇再由乙二醇向空调提供冷量，然后混合工质再进入第二换热器3与空气换热，混合工质温度升至低于环境温度3-5°C后进入第一透平膨胀机4膨胀做功，带动发电机5产生电力，从第一透平膨胀机4出来的气态的混合工质回到第一换热器I的第三流道完成一个循环，进入下一循环。在该实施例中，所采用的混合工质是甲烷、乙烯以及丙烷所组成的混合物，其中，以该混合工质的摩尔百分比计，甲烷的含量为34%，乙烯的含量为24%，丙烷的含量为42%。在此实施例中，每吨液化天然气大约可以产生47-51度电。实施例3本实施例提供了一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其结构如图3所示。该系统是在实施例2提供的系统的基础上在在天然气输出管道8上的第四换热器10之外又增加了一个第五换热器11以及第二膨胀机12，其他与实施例2相同。本实施例提供的上述系统可以按照以下步骤进行液化天然气冷能的回收和发电:由天然气输入管道7输入的LNG经过液化天然气泵6升压至IOMPa后，进入第一换热器I的第一流道进行换热而被加热，之后通过在第四换热器10中与乙二醇(冷媒)进行换热，将冷量传给乙二醇再由乙二醇向空调提供冷量，之后天然气再在第五换热器11与空气换热升至低于环境温度3-5°C后，进入第二透平膨胀机12膨胀至外输或供气所需压力，然后通过天然气输出管道8向外输送或供气；气态的混合工质进入第一换热器的第三流道吸收LNG冷能冷凝为液体，经混合工质泵2加压后再进入第一换热器I的第二流道加热(加热后可以为液态、气体或气液两相，一般为气液两相)，之后进入第三换热器9与乙二醇(冷媒)换热，将冷量传给乙二醇再由乙二醇向空调提供冷量，然后混合工质再进入第二换热器3与空气换热，混合工质温度升至低于环境温度3-5°C后进入第一透平膨胀机4膨胀做功，带动发电机5产生电力，从第一透平膨胀机4出来的气态的混合工质回到第一换热器I的第三流道完成一个循环，进入下一循环。在该实施例中，所采用的混合工质是甲烷、乙烷以及丙烷所组成的混合物，其中，以该混合工质的摩尔百分比计，甲烷的含量为37.5%，乙烯的含量为13%，丙烷的含量为49.5 %。在此实施例中，每吨液化天然气大约可以产生62-67度电。本实施例提供的上述系统还可以按照以下步骤进行液化天然气冷能的回收和发电:由天然气输入管道7输入的LNG经过液化天然气泵6升压至IOMPa后，进入第一换热器I的第一流道进行换热而被加热，之后通过在第四换热器10中与乙二醇(冷媒)进行换热，将冷量传给乙二醇再由乙二醇向空调提供冷量，而天然气升温后，再进入第五换热器11利用工业余热加热至60-70°C，之后进入第二透平膨胀机12膨胀至外输或供气所需压力，然后通过天然气输出管道8向外输送或供气；气态的混合工质进入第一换热器的第三流道吸收LNG冷能冷凝为液体，经混合工质泵2加压后再进入第一换热器I的第二流道加热(加热后可以为液态、气体或气液两相，一般为气液两相)，之后进入第三换热器9与乙二醇(冷媒)换热，将冷量传给乙二醇再由乙二醇向空调提供冷量，然后混合工质再进入第二换热器3与空气换热，混合工质温度升至低于环境温度3-5°C后进入透平膨胀机4膨胀做功，带动发电机5产生电力，从透平膨胀机4出来的气态的混合工质回到第一换热器I的第三流道完成一个循环，进入下一循环。在该实施例中，所采用的混合工质是甲烷、乙烷以及丙烷所组成的混合物，其中，以该混合工质的摩尔百分比计，甲烷的含量为36%，乙烯的含量为16%，丙烷的含量为48 %。在此实施例中，每吨液化天然气大约可以产生85-90度电。
权利要求1.一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，该以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统包括:第一换热器、混合工质泵、液化天然气泵、透平膨胀机、发电机、天然气输入管道、天然气输出管道；其中: 所述第一换热器具有第一流道、第二流道、第三流道，所述第一流道的入口与所述天然气输入管道连接，所述第一流道的出口与所述天然气输出管道连接，并且，所述液化天然气输入管道上设有液化天然气泵； 所述透平膨胀机的出口与所述第三流道的入口连通，所述第三流道的出口与所述混合工质泵的入口连通，所述混合工质泵的出口与所述第二流道的入口连通，所述第二流道的出口与所述透平膨胀机的入口连通； 所述发电机与所述透平膨胀机连接。
2.根据权利要求1所述的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，所述第二流道的出口与所述透平膨胀机的入口之间的管道上设有至少一个换热器。
3.根据权利要求2所述的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，所述第二流道的出口与所述透平膨胀机的入口之间的管道上设有两个换热器。
4.根据权利要求1所述的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，所述天然气输出管道上设有至少一个换热器。
5.根据权利要求4所述的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，所述天然气输出管道上设有两个换热器。
6.根据权利要求1所述的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，所述天然气输出管道上设有至少一个换热器和一个透平膨胀机。
7.根据权利要求6所述的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，所述天然气输出管道上设有两个换热器和一个透平膨胀机。
8.根据权利要求1所述的以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，所述第一换热器为板翅式低温换热器。
专利摘要本实用新型涉及一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统。该以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的系统包括第一换热器、混合工质泵、液化天然气泵、透平膨胀机、发电机、天然气输入管道、天然气输出管道；其中第一换热器具有第一流道、第二流道、第三流道，第一流道的入口与天然气输入管道连通，第一流道的出口与天然气输出管道连通，并且，液化天然气输入管道上设有液化天然气泵；透平膨胀机的出口与第三流道的入口连通，第三流道的出口与混合工质泵的入口连通，混合工质泵的出口与第二流道的入口连通，第二流道的出口与透平膨胀机的入口连通；发电机与透平膨胀机连接。
文档编号F03G7/00GK203035472SQ20122065678
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者孙恒, 舒丹, 刘丰, 李青翠 申请人:中国石油大学(北京)