本发明专利技术公开了一种燃气-超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统，包括三套燃气轮机动力系统、三套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统和天然气液化生产系统。本发明专利技术中燃气轮机使用天然气作为燃料，对于燃气轮机的排气作为超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统的热源实现燃气-超临界二氧化碳联合动力循环，而燃气-超临界二氧化碳联合动力循环所产生的动力供应整个液化天然气生产系统所需的动力，整个系统所生产的液化天然气供应输出，提高了系统的效率。本发明专利技术能够提供稳定的动力来源，供应整个系统自身使用，生产的液化天然气供应输出，提高了系统整体效率，同时为超临界二氧化碳布雷顿动力循环的运用以及液化天然气的生产提供了新的思路。
【技术实现步骤摘要】
燃气-超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统【
】本专利技术属于天然气生产的
，具体涉及一种燃气-超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统。【
技术介绍
】液化天然气(Liquefied Natural Gas)简称LNG,是如今世界增长最快的一种燃料。LNG是指在超低温(_162°C)、低压(一个大气压)条件下的液态天然气，其组分主要为:甲烷(CH4), LNG无色、无味、无毒并且无腐蚀性，其体积约为同质量气态天然气体积的1/600，也就是说每立方米LNG气化后可得到600立方米的天然气。LNG的密度约为同体积水的45%。由于产地不同，LNG的成分也会略有变化，其中甲烷的变化范围为85%?98%。这正也是不同产地的液化天然气热值和气化率不同的原因，其密度也会出现相应的波动。LNG在生产中经过预处理，甲烷的含量超过90%。其污染物排放量都有大大的降低。另外，在城市冬季用气高峰期间，LNG可以作为城市燃气调峰的重要手段，所以市场广阔。LNG作为汽车燃料，一氧化碳、碳烟的排放量大幅度降低，对改善环境质量将起到极其重要的作用。国家环境保护法规和汽车尾气排放标准的出台为LNG汽车发展提供了广阔的发展空间，也促进了汽车工业的快速发展。基础研究是工业快速发展的必要保障，加速LNG工业的国产化对降低我国的LNG生产成本，推进我国的LNG技术水平的提高具有重要意义。另外，LNG工业是一个技术密集和高附加值的产业，它的工业链中涉及很多设备生产，发展这一工业必将刺激国内相关产业的迅猛发展。利用超临界流体拟临界区物性突变现象，将压缩机运行点设置在拟临界温度附近的大密度区，将换热器运行点设置在拟临界温度之后的低密度区，可以在保证气体冷却的前提下，降低压缩功耗，实现较高的效率。超临界流体的这一性质使其作为能量转换工质时具有明显的优势。二氧化碳(CO2)由于其临界压力相对适中(7.38 MPa)，具有较好的稳定性和核物理性质，在一定的温度范围内表现出惰性气体的性质，以及其无毒、储量丰富、天然存在等特性，被认为是最具应用前景的能量传输和能量转换工质之一。由于超临界二氧化碳(S-CO2)在一定的运行参数范围内密度较大且无相变，因此以超临界二氧化碳(S-CO2)为工质的压缩机、气轮机等动力系统设备结构紧凑、体积较小。布雷顿循环每个组合可以产出20丽的电力，占用空间只有四个立方米。超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿(Brayton)循环轮机通常用于大型热力和核能发电方面，包括下一代动力反应堆，目标是最终取代蒸汽驱动的朗肯循环轮机(效率较低，高温条件存在腐蚀性，同时由于需要非常大的轮机和冷凝器来处理多余的蒸汽，占用空间是30倍)。【
技术实现思路
】本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种燃气-超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统，该生产系统能够提高系统整体效率，同时能为超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿(Brayton)动力循环的运用提供新思路。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是:燃气-超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统,包括三套燃气轮机动力系统、三套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统和一套天然气液化生产系统；其中，每一套燃气轮机动力系统包括第一压缩机组，第一压缩机组上设有空气入口，第一压缩机组的气体出口与燃烧器的气体入口连接，燃烧器上设有燃料入口，燃烧器的出口与燃气透平的进口连接，燃气透平的出口与换热器的第一进口连接；每一套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统包括回热器，回热器的低温侧流体入口与第二压缩机组的流体出口连通，回热器的低温侧流体出口与对应一套燃气轮机动力系统中换热器的第二进口相连通，回热器的高温侧流体进口与蒸汽透平的出口连通，回热器的高温侧流体出口与冷却器的进口连通，冷却器的出口与第二压缩机组的进口连通，对应一套燃气轮机动力系统中换热器的出口与蒸汽透平的进口连通；天然气液化生产系统包括分液罐，分液罐上设有天然气入口，分液罐的出口通过管道与过滤器入口连接，过滤器的出口与脱CO2塔的进口连接，脱CO2塔的出口与干燥器的入口连接，干燥器的出口与中压丙烷换热器的天然气入口连接，中压丙烷换热器的天然气出口与低压丙烷换热器的天然气入口连接，中压丙烷换热器的丙烷出口与中压丙烷制冷循环压缩机的入口相连，中压丙烷换热器的丙烷入口与中压丙烷制冷循环压缩机的出口相连，低压丙烷换热器的天然气出口与高压天然气分离器的入口连接，低压丙烷换热器的丙烷出口与低压丙烷制冷循环压缩机的入口相连，低压丙烷换热器的丙烷入口与低压丙烷制冷循环压缩机的出口相连，高压天然气分离器通过管道重新与低压丙烷换热器连接，作为液相返回的通道，低压丙烷换热器与高压天然气分离器之间安装有第一节流阀，高压天然气分离器的出口与乙烯换热器的天然气进口连接，乙烯换热器的天然气出口与中压LNG换热器的天然气进口连接，乙烯换热器的乙烯出口与乙烯制冷循环压缩机的入口相连，乙烯换热器的乙烯入口与乙烯制冷循环压缩机的出口相连，中压LNG换热器的出口与中压天然气分离器连接，中压天然气分离器通过管道重新与中压LNG换热器连接，作为气相的回收通道，中压LNG换热器与中压天然气分离器之间安装有第二节流阀，中压天然气分离器的出口与低压LNG换热器的进口连接，低压LNG换热器的出口与低压天然气分离器的进口连接，低压LNG换热器与低压天然气分离器之间安装第三节流阀，低压天然气分离器的出口与LNG储槽的进口连接，低压天然气分离器和LNG储槽通过管道重新与低压LNG换热器连接，作为气相的回收通道，低压LNG换热器通过管道重新与中压LNG换热器连接，作为气相的回收通道；中压丙烷制冷循环压缩机的转轴与第一套燃气-超临界二氧化碳联合动力系统中燃机透平以及第一套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统中蒸汽透平的转轴相连；低压丙烷制冷循环压缩机的转轴与第二套燃气-超临界二氧化碳联合动力系统中的燃机透平以及第二套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统中蒸汽透平的转轴相连；乙烯制冷循环压缩机的转轴与第三套燃气-超临界二氧化碳联合动力系统中燃机透平以及第三套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统中蒸汽透平的转轴相连。本专利技术进一步改进在于:LNG储槽上还设置有LNG外输接口。本专利技术进一步改进在于:每一套燃气轮机动力系统中的换热器还设有连接烟囱的出口。本专利技术进一步改进在于:分液罐上还设有去除原料天然气中的液体的出口。本专利技术进一步改进在于:中压丙烷换热器上还设有连接液相返流冷量回收的接收装置的出口。本专利技术进一步改进在于:中压LNG换热器上还设有连接液相返流冷量回收的第一接收装置和第二接收装置的出口。与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点:本专利技术燃气轮机动力系统包括压缩机组，该压缩机组的气体出口与燃烧器的入口相连，燃烧器的出口与燃机透平的进口相连，经过预处理的燃料和经由压缩机组压缩的空气在燃烧器中混合燃烧，形成高温燃气进入燃气透平做功，燃气透平输出动力，燃气透平的排气进入换热器进行换热，换热后的乏汽从烟?排出。本专利技术超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿(Brayton)循环动力系统包括回热器，回热器的低温侧流体入口与压缩机组的出口连通，回热器的低温侧流体出口与换热器的进口相连通，回热器的高温侧流体进口与气轮机的出本文档来自技高网...
【技术保护点】
燃气‑超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统，其特征在于：包括三套燃气轮机动力系统、三套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统和一套天然气液化生产系统；其中，每一套燃气轮机动力系统包括第一压缩机组(1)，第一压缩机组(1)上设有空气入口，第一压缩机组(1)的气体出口与燃烧器(2)的气体入口连接，燃烧器(2)上设有燃料入口，燃烧器(2)的出口与燃气透平(3)的进口连接，燃气透平(3)的出口与换热器(4)的第一进口连接；每一套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统包括回热器(5)，回热器(5)的低温侧流体入口与第二压缩机组(7)的流体出口连通，回热器(5)的低温侧流体出口与对应一套燃气轮机动力系统中换热器(4)的第二进口相连通，回热器(5)的高温侧流体进口与蒸汽透平(8)的出口连通，回热器(5)的高温侧流体出口与冷却器(6)的进口连通，冷却器(6)的出口与第二压缩机组(7)的进口连通，对应一套燃气轮机动力系统中换热器(4)的出口与蒸汽透平(8)的进口连通；天然气液化生产系统包括分液罐(9)，分液罐(9)上设有天然气入口，分液罐(9)的出口通过管道与过滤器(10)入口连接，过滤器(10)的出口与脱CO2塔(11)的进口连接，脱CO2塔(11)的出口与干燥器(12)的入口连接，干燥器(12)的出口与中压丙烷换热器(13)的天然气入口连接，中压丙烷换热器(13)的天然气出口与低压丙烷换热器(15)的天然气入口连接，中压丙烷换热器(13)的丙烷出口与中压丙烷制冷循环压缩机(14)的入口相连，中压丙烷换热器(13)的丙烷入口与中压丙烷制冷循环压缩机(14)的出口相连，低压丙烷换热器(15)的天然气出口与高压天然气分离器(18)的入口连接，低压丙烷换热器(15)的丙烷出口与低压丙烷制冷循环压缩机(16)的入口相连，低压丙烷换热器(15)的丙烷入口与低压丙烷制冷循环压缩机(16)的出口相连，高压天然气分离器(18)通过管道重新与低压丙烷换热器(15)连接，作为液相返回的通道，低压丙烷换热器(15)与高压天然气分离器(18)之间安装有第一节流阀(17)，高压天然气分离器(18)的出口与乙烯换热器(19)的天然气进口连接，乙烯换热器(19)的天然气出口与中压LNG换热器(21)的天然气进口连接，乙烯换热器(19)的乙烯出口与乙烯制冷循环压缩机(20)的入口相连，乙烯换热器(19)的乙烯入口与乙烯制冷循环压缩机(20)的出口相连，中压LNG换热器(21)的出口与中压天然气分离器(23)连接，中压天然气分离器(23)通过管道重新与中压LNG换热器(21)连接，作为气相的回收通道，中压LNG换热器(21)与中压天然气分离器(23)之间安装有第二节流阀(22)，中压天然气分离器(23)的出口与低压LNG换热器(24)的进口连接，低压LNG换热器(24)的出口与低压天然气分离器(26)的进口连接，低压LNG换热器(24)与低压天然气分离器(26)之间安装第三节流阀(25)，低压天然气分离器(26)的出口与LNG储槽(27)的进口连接，低压天然气分离器(26)和LNG储槽(27)通过管道重新与低压LNG换热器(24)连接，作为气相的回收通道，低压LNG换热器(24)通过管道重新与中压LNG换热器(21)连接，作为气相的回收通道；中压丙烷制冷循环压缩机(14)的转轴与第一套燃气‑超临界二氧化碳联合动力系统中燃机透平(3)以及第一套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统中蒸汽透平(8)的转轴相连；低压丙烷制冷循环压缩机(16)的转轴与第二套燃气‑超临界二氧化碳联合动力系统中的燃机透平(3)以及第二套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统中蒸汽透平(8)的转轴相连；乙烯制冷循环压缩机(20)的转轴与第三套燃气‑超临界二氧化碳联合动力系统中燃机透平(3)以及第三套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统中蒸汽透平(8)的转轴相连。...
【技术特征摘要】
1.燃气-超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统，其特征在于:包括三套燃气轮机动力系统、三套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统和一套天然气液化生产系统；其中， 每一套燃气轮机动力系统包括第一压缩机组(I)，第一压缩机组(I)上设有空气入口，第一压缩机组⑴的气体出口与燃烧器⑵的气体入口连接，燃烧器⑵上设有燃料入口，燃烧器(2)的出口与燃气透平(3)的进口连接，燃气透平(3)的出口与换热器(4)的第一进口连接； 每一套超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统包括回热器(5)，回热器(5)的低温侧流体入口与第二压缩机组(7)的流体出口连通，回热器(5)的低温侧流体出口与对应一套燃气轮机动力系统中换热器(4)的第二进口相连通，回热器(5)的高温侧流体进口与蒸汽透平⑶的出口连通，回热器(5)的高温侧流体出口与冷却器(6)的进口连通，冷却器(6)的出口与第二压缩机组⑵的进口连通，对应一套燃气轮机动力系统中换热器(4)的出口与蒸汽透平⑶的进口连通； 天然气液化生产系统包括分液罐(9)，分液罐(9)上设有天然气入口，分液罐(9)的出口通过管道与过滤器(10)入口连接，过滤器(10)的出口与脱CO2塔(11)的进口连接，脱CO2塔(11)的出口与干燥器(12)的入口连接，干燥器(12)的出口与中压丙烷换热器(13)的天然气入口连接，中压丙烷换热器(13)的天然气出口与低压丙烷换热器(15)的天然气入口连接，中压丙烷换热器(13)的丙烷出口与中压丙烷制冷循环压缩机(14)的入口相连，中压丙烷换热器(13)的丙烷入口与中压丙烷制冷循环压缩机(14)的出口相连，低压丙烷换热器(15)的天然气出口与高压天然气分离器(18)的入口连接，低压丙烷换热器(15)的丙烷出口与低压丙烷制冷循环压缩机(16)的入口相连，低压丙烷换热器(15)的丙烷入口与低压丙烷制冷循环压缩机(16)的出口相连，高压天然气分离器(18)通过管道重新与低压丙烷换热器(15)连接，作为液相返回的通道，低压丙烷换热器(15)与高压天然气分离器(18)之间安装有第一节流阀(17)，高压天然气分离器(18)的出口与乙烯换热器(19)的天然气进口连接，乙烯换热器(19)的天然气出口与中压LNG换热器(21)的天然气进口连接，乙烯换热器(19)的乙烯出口与乙烯制冷循环压缩机(20)的入口相连，乙烯换热器(19)的乙烯...
【专利技术属性】
技术研发人员：张荻，陈会勇，谢永慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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