[實用新型]一種冷能空分和冷能發電耦合的LNG冷能利用系統

有效

• 申請號: 202320107292.3
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號: CN219492359U
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 任美鳳;韓一松;沈今陽;田國棟
• 申請（專利權）人: 杭氧集團股份有限公司
• 主分類號: F01K27/00
• 分類號: F01K27/00;F25J1/02;F01K25/08
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 馮權

一種冷能空分和冷能發電耦合的LNG冷能利用系統，包括空氣分離系統、氮氣液化系統和朗肯循環發電系統，空氣分離系統外分別配套有空氣壓縮機和低壓氮氣壓縮機，該低壓氮氣壓縮機與氮氣液化系統連接，氮氣液化系統外配套有循環氮氣壓縮機用于加壓壓力氮氣，該空氣壓縮機、低壓氮氣壓縮機、循環氮氣壓縮機與朗肯循環發電系統連接，通過朗肯循環膨脹機和冷能空分系統各壓縮機的共軸集成，并根據系統運行時兩者能量匹配情況按需布置電機，可進一步降低空分系統的電能消耗，同時減少不必要的能量轉換損失，更有效地回收LNG冷能，實現節能降耗、提高效率的目的，具有結構合理、實用性強、靈活度高等優點。

技術領域

本發明涉及一種LNG冷能利用技術領域，具體地，涉及一種冷能空分和冷能發電耦合的LNG冷能利用系統。

背景技術

為實現節能減碳，要求新上的高耗能項目需滿足相關節能降耗要求。空氣分離設備生產氧、氮、氬等氣體與液體產品用于冶金、化工、機械等領域，它需要將空氣過濾、加壓、預冷、除雜后，冷卻到超低溫環境，利用液化空氣中各組份沸點的不同而將各組份分離開來，分離溫區在‐196～‐150℃之間。常規空氣分離設備是采用膨脹制冷來獲得超低溫環境，冷量完全由電力驅動機械產生，需消耗大量電力，因此常規空氣分離設備的產品單位電耗很高，空氣分離設備屬于高耗能設備。

天然氣(NG)是一種廣泛使用的綠色能源，進行遠洋運輸時，經過低溫工藝成為液化天然氣(LNG)，儲存溫度一般為-162℃。LNG在使用時需要氣化至常溫，過程中會釋放出大量的冷能，約830~860kJ/kg，通常的做法是以海水作為熱源將LNG的冷能吸收后，冷海水重新排入海中，這會造成LNG冷能的巨大浪費與環境污染。而若將其冷能加以利用，則能產生巨大的經濟收益。

空氣分離溫區與LNG儲存溫度接近，可以使LNG的高品位的低溫冷量得到充分利用，大幅降低空氣分離設備的能耗。目前較為成熟的LNG冷能空分技術是利用LNG冷能液化循環氮工藝：將從空分系統抽取的氮氣經過氮氣液化系統被冷卻到一定溫度后，進入循環氮氣壓縮機加壓后，回氮氣液化系統中與低溫LNG繼續換熱，氮氣被液化，輸出液氮產品，其余液氮輸送到空氣分離設備以獲得低溫液氧和液氬。LNG被氮氣回收冷量后，余冷可提供給乙二醇水溶液，乙二醇水溶液被冷卻后，可代替空氣壓縮機的級間循環冷卻水，用于空氣壓縮機極間冷卻，降低了空氣壓縮機級間氣體溫度，降低了空氣壓縮機功率。LNG冷能空分省去了制冷膨脹機，降低了空氣壓縮機和循環氮氣壓縮機的進氣溫度，總能耗可降低約50%。但采用了冷能空分技術后，整套空氣分離設備能耗仍屬于高耗能設備，故需采取進一步的節能降耗措施。

LNG冷能發電技術是將LNG氣化時釋放的冷能部分轉化為電能，是LNG冷能的又一利用方式。目前各冷能發電方法中廣泛采用單級低溫朗肯循環進行發電，朗肯循環發電法將烴類物質作為中間介質，將海水作為熱源，從LNG處獲取冷量，利用泵提供壓力，使工質在溫差與壓差的作用下通過膨脹機輸出功，并利用發電機將動能轉化為電能，其流程簡單，靈活性好。但存在多次功能轉換損耗，首先是冷能發電將機械功轉化為電能會產生損耗，后面電輸送給其他設備的電機轉換為機械功又會產生一系列損耗。因此本發明提出了一種冷能空分和冷能發電耦合的LNG冷能利用系統。

發明內容

為解決空氣分離系統電力消耗過高和LNG冷能浪費的問題，本發明提出了一種冷能空分和冷能發電耦合的LNG冷能利用系統，在運用LNG冷能空分技術節省了大量電能的基礎上，使用LNG冷能發電技術進一步降低空氣壓縮機、循環氮氣壓縮機、低壓氮氣壓縮機等設備的電能消耗，同時通過壓縮機與膨脹機共軸集成的方式，降低電能與機械能轉換的能源損失，實現LNG冷能的更有效利用。

本發明采用以下的技術方案：