[發明專利]一種提高液化天然氣冷能發電效率的集成優化方法

無效

• 申請號: 201010123728.5
• 申請日: 2010-03-10
• 公開（公告）號: CN101806293A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 李亞軍;金光;陳行水
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F03G7/04
• 分類號: F03G7/04;F03G7/05;F01K25/10;F01D15/10;F02C6/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明屬于液化天然氣(LNG)冷能發電領域，特別涉及一種提高液化 天然氣(LNG)冷能發電效率的集成方法。

背景技術

天然氣是實現中國能源供應優質化、多元化的重要能源資源。根據國家 的能源戰略規劃，2010年前將在長三角、環渤海地區、泛珠三角地區建設 10個左右的LNG接收站，來提高我國能源消費結構中天然氣的比例。為了 便于大量儲存和遠洋輸送，天然氣開采出來后通常要去除雜質，在低溫下 液化，變成液態天然氣，以提高運輸和儲存的效率。常壓下LNG是一種溫 度低至-162.0℃的液體，由于天然氣供氣壓力要求較高，在供應給下游用戶 利用之前，必須在接收站將其在液態狀態時利用泵將LNG加壓到管網輸送 壓力，一般在70～90kg/cm²(表壓，下文出現的壓力均為表壓)，然后加 熱汽化至0.0℃以上進入管網供給下游用戶使用。

LNG在高壓下汽化過程中放出大量的冷能，其值約為830～860kJ/kg。 同時下游用戶使用天然氣時需調壓至所需壓力，如供給燃氣電廠發電時，管 網壓力需要調壓到15～20kg/cm²進燃氣輪機，下游用戶在降壓過程中會釋 放大量的壓力能，當80kg/cm²的高壓天然氣調壓至20kg/cm²作為天然氣發 電利用時，高壓管網可回收的壓力能達200kJ/kg。

LNG接收站每年進口數百萬噸的液化天然氣，其攜帶的冷量非常巨大， 但在接收站部分冷能通常在天然氣汽化器中隨海水或空氣被舍棄了，同時高 壓天然氣在輸送至接收站電廠等下游用戶使用前，那部分寶貴的壓力能在調 壓過程中也白白浪費掉了，導致LNG冷能的利用效率大大降低。

LNG冷能發電是LNG冷能利用中較成熟的工藝，利用LNG汽化為氣體 狀態過程中釋放的冷能及管網下游用戶調壓過程中釋放的壓力能進行發電， 不僅可以緩解沿海地區存在的電力供應緊張的狀況，還可以提高冷量利用 率，降低LNG汽化成本和汽化過程中對環境造成的污染。

目前，關于利用LNG冷能發電的技術主要有利用LNG低溫冷量的冷媒 循環的朗肯發電、利用LNG壓力能的直接膨脹發電以及綜合這兩種技術的 聯合法發電。

1、直接膨脹法。

直接膨脹法是利用LNG的壓力能發電的一種方式。如圖1所示儲罐中 常壓的LNG經泵加壓至管網輸送壓力，在蒸發器加熱汽化后利用高壓天然 氣直接驅動透平膨脹機，帶動發電機發電。蒸發器熱源可采用海水，也可使 用其它熱源。

例如日本東京電力公司的利用LNG壓差發電站，即直接膨脹法發電。 LNG首先經泵加壓提高壓力，然后通過蒸發器加熱汽化，接著進入透平機 膨脹做功。直接膨脹法發電方式系統簡單、投資低，但是效率不高，發電功 率較小，每噸LNG的發電量在25.0～30.0kWh左右，有效能利用率約為 26～31％。

2、中間熱載體的朗肯循環法。

中間熱載體的朗肯循環法是利用LNG低溫冷量發電的方式，其過程是 將LNG通過冷凝器把冷量轉化到某一冷媒上，利用LNG與環境之間的溫差， 推動冷媒進行蒸汽動力循環，從而對外做功發電，如圖2所示。其中朗肯循 環法發電存在單工質朗肯循環系統、混合工質的朗肯循環系統，通常以低沸 點的R12、R13、R22或乙烷、丙烷或者多組分烴類的混合物為冷媒，以海 水為熱源，以LNG為冷源，進行有機工質朗肯循環發電。

美國專利US006089028A中是以50％-50％甲烷-乙烷為工質進行朗肯循 環發電。LNG通過冷凝50％-50％甲烷-乙烷氣體，將冷量傳遞給50％-50％甲 烷-乙烷，被冷凝的50％-50％甲烷-乙烷液體混合工質經泵加壓，然后通過海 水加熱后汽化，汽化的工質再驅動蒸汽機發電。用LNG冷凝從蒸汽機排出 的汽化介質，使LNG部分氣化而工質液化，升溫的LNG進一步用海水加熱 后送到分配系統。朗肯循環發電的效率也較低，每噸LNG的發電量在20.0～ 24.0kWh左右，有效能利用率21～25％。

3、聯合法。

聯合法綜合了直接膨脹法與朗肯循環法，其流程如圖3所示。LNG首 先被提高壓力，然后通過冷凝器將冷量釋放給冷媒，推動冷媒進行朗肯循環 對外做功，而氣化的天然氣再通過透平膨脹做功，每噸LNG發電量在 40.0～45.0kw左右，有效能利用率為41.8～47.0％。