[发明专利]一种梯级利用液化天然气冷能发电的方法

说明书

技术领域

本发明属于液化天然气（LNG）冷能发电领域，具体涉及一种梯级利用液化天然气冷能发电的方法。

背景技术

为了优化我国的能源结构，提高能源利用效率，减少二氧化碳排放，近年来我国积极发展天然气产业，一方面大力开发国内的天然气资源，另一方面从国外大量进口天然气来弥补国内资源的不足。目前，我国已在广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、辽宁等沿海地区规划和建设了多个液化天然气（LNG）站线项目。据海关总署公布数据显示，2010年我国共进口了936万吨LNG，预计到2015年我国的LNG进口量将达到4000万吨。进口的LNG是一种-162℃的常压低温液体，需要利用泵将LNG增压到7~10MPa（绝对压力，下文出现的压力均为绝对压力）后，再经加热汽化才能进入燃气管网供应给下游用户使用。常规的LNG汽化方法是采用海水或者空气直接加热，在冬季气温和海水温度较低的地区，还需要燃烧一部分天然气来加热汽化LNG，这样不仅大量宝贵的冷能被海水或空气带走，造成巨大的能源浪费，而且还会对汽化站周边的水体生态环境造成明显的冷污染。

LNG冷能是一种非常优质的清洁能源，天然气在液化的过程中需要消耗500~600kWh/t的电能，在汽化的时候可释放出约230kW·h/t冷能。LNG冷能可以用于空气分离、低温冷库、废旧橡胶低温粉碎等方面以减少制冷所需的能耗，但这些冷能利用方式所需的量较小，远小于一个LNG接收站每年数百万吨的汽化量。利用冷能发电设施将LNG冷能转化成为电能，是一种可以大规模回收利用接收站冷能的方式，同时可以为能源紧缺的沿海地区提供大量低碳、绿色的电能。

发达国家非常重视LNG冷能发电技术的研究，国内外目前已有大量的LNG冷能发电的专利申请，国外专利主要有：

（1）美国专利US2975605介绍了一种以乙烷或丙烷为冷媒的朗肯循环将LNG的低温冷能转换发电的方法。具体工艺为冷媒气体在换热器中与LNG换热而液化，然后通过泵将液体冷媒增压后，利用海水或者空气为热源将其加热汽化，然后在透平中膨胀产生机械能，从而带动电动机发电。

（2）美国专利US3018634介绍了一种利用乙烷和丙烷两种冷媒回收冷能发电的朗肯循环。在该方法中以乙烷和丙烷依次与LNG换热，回收冷能而液化，液体乙烷和丙烷通过泵增压后，以空气为热源将其加热汽化并膨胀发电，构造了一个乙烷介质的朗肯循环和一个丙烷介质的朗肯循环，提高了LNG冷能的利用率。

（3）美国专利US3068659介绍了一种梯级膨胀发电的方法。在该方法中以乙烷和丙烷为冷媒依次与LNG换热，回收冷能而液化，液体乙烷和丙烷通过泵增压后通过热源逐级加热并且逐级膨胀，通过多个透平多重膨胀来带动电动机发电，提高发电效率；并且同时还将LNG汽化后得到的高压天然气逐级加热并逐级膨胀，将高压天然气的压力能转换为电能。

（4）美国专利US3183666介绍了一种LNG冷能发电与燃气轮机发电结合的方法，在该方法中以乙烷为介质的朗肯循环利用LNG汽化的冷能发电，同时将朗肯循环与燃气燃气轮机发电过程结合起来，利用燃气轮机发电排出的440℃高温烟气作为热源将乙烷蒸汽加热到150℃，提高朗肯循环的发电量。

（5）美国专利US4320303介绍了一种以丙烷为介质利用LNG冷能发电的方法，在该方法中以丙烷为中间冷媒与LNG换热，丙烷气体吸收气体而液化，再通过泵增压后利用海水将其加热汽化，然后高压丙烷蒸汽进入透平中膨胀发电。

（6）美国专利US4330998介绍了一种以氮气和氟利昂为介质利用LNG冷能发电的方法，在该专利中首先利用氮气与LNG换热而液化，液氮通过泵增压后与高温的氟利昂气体换热而全部汽化，高压氮气在透平中膨胀做功，并带动电动机发电；同时氟利昂吸收液氮的冷能而液化，再经泵增压后利用蒸汽加热使其汽化，再膨胀带动发电机组。

（7）在美国专利US4995234介绍的利用LNG冷能发电方法中，一方面将LNG增压后加热汽化，通过透平膨胀带动发电机组发电，另一方面设置了一套以二氧化碳为介质的冷能储存和冷能发电的朗肯循环；在用电高峰期间，利用二氧化碳吸收LNG汽化的冷能而液化，再通过泵增压后膨胀做功并带动发电机组发电，而在用电高峰期间，则将利用LNG汽化的冷能二氧化碳气体液化并转化为干冰储存冷能。