[發明專利]利用LNG冷能回收捕集菱鎂礦熔煉煙氣余熱和CO2的系統及方法

有效

• 申請號: 201710408696.5
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107144145B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 董輝;張利慧;趙亮
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: F27D17/00
• 分類號: F27D17/00;F01K25/06
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 任凱

1.利用LNG冷能回收捕集菱鎂礦熔煉煙氣余熱和CO₂的系統，其特征在于，包括級聯雙級嵌套式朗肯循環系統、LNG氣化系統和CO₂捕集系統，級聯雙級嵌套式朗肯循環系統包括一級嵌套式朗肯循環外循環、一級嵌套式朗肯循環內循環、二級嵌套式朗肯循環外循環和二級嵌套式朗肯循環內循環，一級嵌套式朗肯循環外循環包括依次相連的泵一、蒸發器一、汽輪機一、蒸發冷凝器二和蒸發冷凝器一，一級嵌套式朗肯循環內循環包括依次相連的泵二、回熱器一、蒸發器二、汽輪機二、所述回熱器一和所述蒸發冷凝器二，二級嵌套式朗肯循環外循環包括依次相連的泵三、蒸發器三、汽輪機三、回熱器三、蒸發冷凝器四和蒸發冷凝器三，二級嵌套式朗肯循環內循環包括依次相連的泵四、回熱器二、蒸發器四、汽輪機四、所述回熱器二和所述蒸發冷凝器四，LNG氣化系統包括依次連接的泵五、所述蒸發冷凝器一、所述蒸發冷凝器二、所述蒸發冷凝器三和所述蒸發冷凝器四，CO₂捕集系統包括依次連接的所述蒸發器四、所述蒸發器三、所述蒸發器二、所述蒸發器一、氣液分離器和所述回熱器三。

2.根據權利要求1所述的利用LNG冷能回收捕集菱鎂礦熔煉煙氣余熱和CO₂的系統，其特征在于，一級嵌套式朗肯循環外循環的循環工質一為甲烷+乙烷，一級嵌套式朗肯循環內循環的循環工質二為乙烷+丙烯，二級嵌套式朗肯循環外循環的循環工質三為丙烯+丙烷，二級嵌套式朗肯循環內循環的循環工質四為正丁烷+正戊烷。

3.利用LNG冷能回收捕集菱鎂礦熔煉煙氣余熱和CO₂的方法，其特征在于，基于如權利要求2所述的利用LNG冷能回收捕集菱鎂礦熔煉煙氣余熱和CO₂的系統，具體包括如下過程：

（1）LNG氣化：

從儲罐中出來的LNG直接進入泵五進行加壓處理，然后依次進入蒸發冷凝器一、蒸發冷凝器二、蒸發冷凝器三、蒸發冷凝器四分別與級聯雙級嵌套式朗肯循環系統的循環工質一~四進行換熱，對循環工質一~四進行冷凝的同時實現自身的蒸發氣化，最終吸熱氣化后的天然氣經過進一步升溫、加臭處理達到城市輸氣管網溫度要求后供給城市燃氣網絡；

（2）CO₂捕集：

從儲氣柜中出來的菱鎂礦熔煉煙氣具有高溫高壓，煙氣依次進入蒸發器四、蒸發器三與二級嵌套式朗肯循環內循環的循環工質四及二級嵌套式朗肯循環外循環的循環工質三進行換熱，實現初步預冷；經過預冷后的煙氣依次進入蒸發器二、蒸發器一與一級嵌套式朗肯循環內循環的循環工質二及一級嵌套式朗肯循環外循環的循環工質一進行換熱實現CO₂的冷凝，從蒸發器一出來的煙氣中部分CO₂已經被冷凝為液態，該氣液混合物直接進入到氣液分離器中將液態CO₂產品分離儲存；分離了液態CO₂后的煙氣直接進入回熱器三與二級嵌套式朗肯循環外循環的循環工質三進行換熱，進行冷能的進一步利用；從回熱器三出來的煙氣為溫度較低的冷空氣，可以直接排入大氣中或者為生活生產區的空調和冷藏設備提供冷能；

（3）級聯雙級嵌套式朗肯循環系統工作過程：

a）在一級嵌套式朗肯循環外循環中的循環工質一，經過蒸發器一蒸發后形成氣流直接進入汽輪機一進行膨脹做功，做功后的乏氣一依次進入蒸發冷凝器二、蒸發冷凝器一與LNG及一級嵌套式朗肯循環內循環中的循環工質二進行換熱實現冷凝，冷凝后的循環工質一進入泵一進行加壓，加壓后的循環工質一進入蒸發器一與煙氣進行換熱實現蒸發氣化，形成循環工作狀態；

b）在一級嵌套式朗肯循環內循環中的循環工質二，經過蒸發器二蒸發后形成氣流直接進入汽輪機二進行膨脹做功，做功后的乏氣二進入回熱器一與從泵二出來的經過冷凝加壓后的循環工質二進行換熱實現預冷，預冷后的循環工質二進入蒸發冷凝器二與LNG以及一級嵌套式朗肯循環外循環中的循環工質一進行換熱實現冷凝，冷凝后的循環工質二依次進入泵二和回熱器一進行加壓預熱，加壓預熱后的循環工質二進入蒸發器二與煙氣進行換熱實現蒸發氣化，形成循環工作狀態；

c）在二級嵌套式朗肯循環外循環中的循環工質三，經過蒸發器三蒸發后形成氣流直接進入汽輪機三進行膨脹做功，做功后的乏氣三進入回熱器三與分離了CO₂后的低溫煙氣進行換熱實現預冷，預冷后的循環工質三依次經過蒸發冷凝器四、蒸發冷凝器三與LNG進行換熱實現冷凝，冷凝后的低溫循環工質三進入泵三進行加壓處理，加壓后的循環工質三進入蒸發器三與煙氣進行換熱實現蒸發氣化，形成循環工作狀態；

d）在二級嵌套式朗肯循環內循環中的循環工質四，經過蒸發器四蒸發后形成氣流直接進入汽輪機四進行膨脹做功，做功后的乏氣四進入回熱器二與從泵四出來的冷凝加壓后的循環工質四進行換熱實現預冷，預冷后的循環工質四進入蒸發冷凝器四與LNG和循環工質三進行換熱實現冷凝，冷凝后的循環工質四進入泵四加壓，加壓后的循環工質四依次進入回熱器二、蒸發器四進行吸熱氣化，形成循環工作狀態。