[發明專利]將LNG冷能用于空分制氧和碳捕獲的天然氣富氧燃燒系統

有效

• 申請號: 201610059305.9
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105605602B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 蔡磊;吳謀亮;管延文;劉文斌;楊云;盧鑒瑩;韓逸驍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F23L7/00
• 分類號: F23L7/00;F25J3/04;B01D53/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本發明屬于電力行業天然氣富氧燃燒電廠的集成系統，具體涉及LNG冷能空分制氧子系統、富氧高壓加水燃燒循環發電子系統、高壓液氧碳捕獲子系統和高壓液氮再循環制氧子系統。

背景技術

目前國內外電力行業的發電系統大多采用的是空氣燃燒，燃料以煤為主。燃燒產物中形成NO_x/SO_x等大量的污染物，同時燃燒產生大量的二氧化碳直接排入大氣，造成溫室效應；

天然氣富氧電廠可以顯著降低NO_x/SO_x等污染物的排放，同時實現碳捕獲。但是目前富氧燃燒示范電廠中所需要的氧氣是通過空氣分離裝置分離空氣中的氧氣而來，空分制氧過程會使得電廠的發電效率降低10％左右，能耗巨大；同時為了實現碳捕獲，需要對煙氣中的二氧化碳進行壓縮，碳捕獲過程會使得電廠的發電效率降低8％左右。空分制氧和碳捕獲過程中消耗的能量會導致系統發電效率的顯著降低。目前LNG電廠中一般是將LNG常壓氣化后的天然氣作為燃料送入燃燒器，LNG冷能沒有得到利用，能量浪費嚴重。

發明內容

本發明提供了一套將LNG冷能應用于空分制氧過程，同時實現碳捕獲的天然氣富氧燃燒電廠集成系統，解決LNG富氧電廠空分制氧能耗高、碳捕獲回收成本高以及LNG冷能浪費量大的問題，對節能減排具有重大意義。

本發明所提供的天然氣富氧燃燒電廠集成系統，其特征在于，包括LNG冷能空分制氧子系統、富氧高壓加水燃燒循環發電子系統和高壓液氧碳捕獲子系統；其中所述LNG冷能空分制氧子系統包括多級壓縮機、低溫泵、第一換熱器、第一分流器和精餾塔；所述第一換熱器輸入端分別與多級壓縮機和低溫泵的輸出端相連，輸出端分別與精餾塔和所述第一分流器的輸入端相連；所述精餾塔的輸出端與高壓液氧碳捕獲子系統的第三換熱器相連；所述第一分流器輸出端分別接高壓燃氣管網和富氧高壓加水燃燒循環發電子系統的反應器；

其中，多級壓縮機用于產生高壓空氣，低溫泵用于將輸入的LNG加壓至高壓狀態；第一換熱器用于高壓空氣和高壓LNG換熱，將高壓LNG氣化為高壓天然氣，將高壓空氣液化；精餾塔用于將高壓空氣精餾分離為高壓液氧和高壓液氮，向第三換熱器供應低溫高壓液氧；第一分流器用于將高壓天然氣分成兩路，一路供給高壓燃氣管網，一路供給反應器；

所述富氧高壓加水燃燒循環發電子系統，包括反應器、第一透平機、第二換熱器、冷凝器、分離器、第二分流器和水泵；反應器與第一分流器、第二換熱器和高壓液氧碳捕獲子系統的第三換熱器的輸出端相連，分別用于獲取高壓天然氣、高壓水蒸氣和高壓氧氣；反應器輸出端經第一透平機與第二換熱器的輸入端相連，用于將反應器生成的二氧化碳和水蒸氣高壓混合物膨脹做功，隨后送入第二換熱器；所述第二換熱器輸入端還與水泵的輸出端相連，實現經第一透平機膨脹做功后的二氧化碳和水蒸氣混合物與水泵輸入的高壓水換熱；第二換熱器輸出端分別與反應器和冷凝器的輸入端相連；冷凝器輸出端與分離器輸入端相連，用于將第二換熱器送來的二氧化碳和水蒸氣混合物冷凝；所述分離器輸出端分別與第三換熱器和第二分流器輸入端相連，用于實現水和二氧化碳的分離；所述第二分流器的兩個輸出端分別與水泵和排水管路相連，用于將一部分水回送至水泵進行循環利用，一部分水向外排出；

所述高壓液氧碳捕獲子系統包括第三換熱器，其輸入端分別與精餾塔和分離器的輸出端相連，輸出端分別與反應器的輸入端和CO₂回收管路相連，用于將所述精餾塔分離出的低溫高壓液氧與分離器分離出的氣態二氧化碳換熱，將氣態二氧化碳液化冷凝回收，完成碳捕獲過程；同時，將高壓液氧氣化為高壓氧氣，送入富氧高壓加水燃燒循環發電子系統中的反應器參與高壓燃燒反應；

工作中，輸入的LNG在LNG冷能空分制氧子系統中實現冷能置換，將高壓空氣冷凝為低溫高壓液態空氣，隨后低溫高壓液態空氣在精餾塔中分離出高壓液氧和高壓液氮，實現了利用LNG冷能的空分制氧過程；所述高壓液氧送入高壓液氧碳捕獲子系統，換熱成為高壓氣態氧氣送入反應器，同時其冷能將富氧高壓加水燃燒循環發電子系統產生的二氧化碳冷凝液化，完成碳捕獲過程。