[發明專利]利用LNG冷能的多級朗肯發電循環耦合水合物儲能的系統

在審

• 申請號: 202211257245.3
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115596528A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 周天;劉靜遠;楊聲
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: F01K23/10
• 分類號: F01K23/10;F01K23/02;F01K25/10;F25C1/00;F17D3/01;F17D1/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 胡喜舟

本發明公開了一種利用LNG冷能的多級朗肯發電循環耦合水合物儲能的系統，其特征在于，包括：燃燒發電系統、有機朗肯循環系統、跨臨界二氧化碳循環系統、二氧化碳水合物儲能系統、海水制冰循環系統；其中，LNG依次通過有機朗肯循環系統、跨臨界二氧化碳循環系統、二氧化碳水合物儲能系統、海水制冰循環系統；燃燒發電系統產生的高溫余熱依次通過跨臨界二氧化碳循環和有機朗肯循環的蒸發器提供熱量。基于對LNG冷能使用的現實情況的考慮，明確工業余熱存在的極大利用潛力，采用梯級利用的方式，極大減少了大溫差造成的系統的不可逆損失，提高了系統的效率，增強了系統的性能表現。

技術領域

本發明涉及LNG冷能回收利用技術領域，尤其涉及一種利用LNG冷能的多級朗肯發電循環耦合水合物儲能的系統。

背景技術

天然氣在世界一次能源消耗占比逐年升高。根據英國石油公司的2021世界能源統計年鑒可知，天然氣占比上升到了24.7％，達到歷史新高。長距離運輸天然氣大多將其轉化為液態通過管道運輸。液化天然氣一般在-162℃的超低溫狀態下儲存，這一液化過程根據不同液化方式的能耗在700～850kW·h/kg 之間，而供給用戶使用時需要將液化天然氣再氣化。由于溫差較大，再氣化過程將會釋放出大量可被利用的冷能，這一大量冷能如果不加以合理利用不僅會造成大量的能量損失，甚至會對環境造成污染。

LNG冷能利用方式分為直接利用和間接利用兩種，常見的直接利用方式有低溫發電，空氣分離，制取干冰，冷庫制冷等，間接利用的方式有低溫粉碎和運輸冷藏食品等。單一的LNG 冷能的方式適合的溫區范圍較小，存在大量的不可逆損失。而梯級利用LNG冷能的方式能夠充分地提高系統性能表現，使系統更高效，減少能量損失。

利用LNG冷能發電技術發展較成熟，朗肯循環應用尤為廣泛。工質種類的選擇對于朗肯循環的性能表現影響尤為顯著，經過一系列研究可選取性能表現顯著性優于其他工質而經濟性也較好的丙烷和二氧化碳作為多級朗肯循環的兩種工質。同時氣體水合物儲能技術作為一種應用前景良好的儲能技術具有較大的研究潛力，但是關于該方面的應用研究仍存在大片空白。基于上述所述問題，本發明提出一種利用LNG冷能的多級朗肯發電循環耦合水合物儲能的系統以高效回收利用LEG冷能。

發明內容

為了提高LNG冷能利用系統的效率，本發明提供了一種利用LNG冷能的多級朗肯發電循環耦合水合物儲能的系統，將有機朗肯循環、跨臨界二氧化碳循環、二氧化碳水合物儲能循環以及海水制冰循環相結合，回收利用LNG冷能以及燃氣燃燒發電之后的高溫余熱。

本發明提供的一種利用LNG冷能的多級朗肯發電循環耦合水合物儲能的系統，包括：燃燒發電系統、有機朗肯循環系統、跨臨界二氧化碳循環系統、二氧化碳水合物儲能系統、海水制冰循環系統；其中，LNG依次通過有機朗肯循環系統、跨臨界二氧化碳循環系統、二氧化碳水合物儲能系統、海水制冰循環系統；燃燒發電系統產生的高溫余熱依次通過跨臨界二氧化碳循環和有機朗肯循環的蒸發器提供熱量。

進一步地，所述燃燒發電系統包括第一壓縮機、中間冷卻換熱器、第二壓縮機、空氣儲罐、第一截止閥、燃燒器、第一膨脹機、第一發電機；其中，第一壓縮機出口側連接中間冷卻換熱器的熱流進口側，中間冷卻換熱器的熱流出口側與第二壓縮機的進口側相連通，第二壓縮機的出口側與空氣儲罐的進口側連通，空氣儲罐的出口側與第一截止閥的進口側連通，第一截止閥的出口側與燃燒器的進口側連通，燃燒器的出口側與第一膨脹機的進口側連通，第一膨脹機的出口側與跨臨界二氧化碳循環中的第二蒸發器的熱流進口側相連通，第二蒸發器的熱流出口側與有機朗肯循環中的第一蒸發器的熱流進口側相連通：第一膨脹機與第一發電機電連接。

優選地，所述燃燒器的燃料種類為甲烷；所述中間冷卻換熱器的冷流種類為水。