[发明专利]利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的联合动力循环方法及其系统

摘要

发明公开一种利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的联合动力循环方法及其系统。该系统包括利用LNG冷能的空气分离装置、富氧燃烧的燃气轮机循环装置、高压蒸汽动力循环装置、CO2分离液化装置和LNG冷能动力循环装置。本发明将LNG通过富氧燃烧的燃气轮机循环装置发电并产生富含CO2和水的高温烟气，并通过高压蒸汽动力循环装置来回收烟气热量，生产18MPa以上的高温高压蒸汽，提高天然气的发电效率；再者，将LNG冷能依次用于空气分离装置、LNG冷能动力循环装置和CO2分离液化装置，充分利用LNG冷能来降低CO2捕集的能耗，使得联合动力循环具有较高的发电效率和较高的CO2捕集率，实现液化天然气冷能的高效利用。

主权项

一种利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的联合动力循环方法，其特征在于包括以下操作步骤：（1）利用LNG冷能的空气分离装置进行空气分离从LNG接收站来的6.0～11.0MPa的高压LNG经LNG分流器分成两股，一股通过管道输送到利用LNG冷能的空气分离装置中，另一股进入LNG冷能动力循环中；在空气分离装置中，空气被分离成为氮气、液氩、高压氧气和污氮，并利用LNG冷能用于氮气液化生产液氮，同时LNG冷能还用于空气分离装置中空气压缩机的级间冷却，降低空气分离产品的生产能耗；LNG吸收热量后全部汽化，天然气温度升高至0℃以上后，进入天然气管网；（2）富氧燃烧的燃气轮机循环步骤（1）中产生的高压氧气与从循环烟气压缩机流出的富含CO2的循环烟气，以及从天然气分流器B中引出的高压天然气共同进入燃气轮机的燃烧室，在燃烧室内天然气燃烧释放热能，形成高温高压的主烟气；高温高压的主烟气先进入燃气透平中膨胀做功，然后再将从燃气透平排出的主烟气压力输入余热锅炉内回收热量产生高压过热蒸汽，将主烟气温度降低至70～120℃；从余热锅炉流出的常压低温主烟气先进入烟气冷却器中，利用循环冷却水将其冷却至40～60℃后，再进入烟气分水器A中将主烟气冷却过程凝结的水分从烟气分水器A底部分出，然后从烟气分水器A顶部流出的主烟气再经烟气分流器分成循环烟气和脱碳烟气两股，其中脱碳烟气进入CO2分离液化装置中进行CO2捕集，而循环烟气则经循环烟气压缩机增压后回到燃气轮机的燃烧室，形成富氧燃烧的燃气轮机循环；（3）高压蒸汽动力循环将步骤（2）中从燃气透平排出的高温主烟气输入余热锅炉中与经锅炉给水泵增压至18.0MPa以上的高压水换热，高压水在余热锅炉中吸收热量汽化，并进一步被加热至560℃以上，成为高压过热蒸汽；然后将其输送到汽轮机高压透平中膨胀做功，然后再将从汽轮机高压透平流出的蒸汽送回余热锅炉中利用主烟气的热量进行再热，高压再热蒸汽被加热至560℃以上以后再输送到汽轮机低压透平中膨胀做功；从汽轮机低压透平排出的蒸汽压力降低至4～10kPa，干度在90%以上，然后将从汽轮机低压透平排出的乏汽送入凝汽器中利用循环冷却水将其全部冷凝为凝结水；再由凝结水泵将凝结水增压至0.30～0.50MPa后进入 余热锅炉内预热，再经除氧器除氧后由锅炉给水泵增压至18.0MPa以上送回余热锅炉，形成高压蒸汽动力循环；（4）CO2分离液化步骤（2）中经过烟气分流器分出的脱碳烟气首先在烟气/天然气换热器A中被低温天然气流冷却至1.0～5.0℃，然后进入烟气分水器B中，将脱碳烟气冷却产生的冷凝水从烟气分水器B底部分出，而从烟气分水器B顶部出来的脱碳烟气则经脱碳烟气压缩机增压，然后再依次通过烟气/天然气换热器B、C与低温天然气流换热，脱碳烟气再次被冷却至1～5℃，再经烟气分水器C将脱碳烟气冷却过程中凝结出来的水从烟气分水器C底部分出，而从烟气分水器C顶部出来的脱碳烟气则进入分子筛脱水器中进一步深度脱水，将脱碳烟气的水露点降至‑60℃以下，然后再进入CO2冷凝器中，利用LNG冷能将脱碳烟气中的CO2冷凝，再经液体CO2分离器，从液体CO2分离器底部获得液体CO2，而包含有氮气、氧气、氩气和CO2组分的不凝气体则从液体CO2分离器顶部排空；（5）LNG冷能动力循环从步骤（1）中经LNG分流器分出来的一股高压LNG先进入循环天然气冷凝器中与从天然气中压透平排出的循环天然气换热，循环天然气吸收LNG冷能而全部液化，然后经LNG泵增压后在LNG混合器中与从循环天然气冷凝器流出的高压LNG进行等压混合，成为高压LNG混合流；高压LNG混合流再进入CO2冷凝器中与脱碳烟气换热，高压LNG混合流吸收热量后全部汽化为高压天然气，温度低于‑30℃；此股低温高压天然气然后再依次进入烟气/天然气换热器C、A中与脱碳烟气换热，温度升高至0℃以上后经天然气分流器A分成两股：一股为管输天然气，与从空气分离装置中流出的天然气在天然气混合器中混合后进入天然气管网；另一股为发电天然气，其首先进入烟气/天然气换热器B中与从脱碳烟气压缩机中流出的脱碳烟气进行换热，将增压后的高温脱碳烟气冷却至35～45℃，而发电天然气吸收热量后将其输入天然气高压透平中膨胀做功，将压力降低至燃气轮机的燃烧室的进气压力；而从天然气高压透平流出的发电天然气经天然气分流器B分成两股，一股进入燃气轮机的燃烧室，另一股则进入天然气中压透平中膨胀做功，将压力降低至0.6～2.0MPa，然后再返回循环天然气冷凝器中，构成LNG冷能动力循环；其中天然气高压透平和天然气中压透平同轴运行，并带动发电机组B发电。