【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天然气冷能，尤其是一种冷能梯级利用系统。
技术介绍
1、天然气是最清洁的化石燃料之一，天然气在被液化至-162℃的过程中有大量的冷能被储存起来，这导致液态天然气在被用户端直接使用之前需要进行再气化过程并向外释放出巨大的冷能。传统的液态天然气的冷能被直接排放到大海中，存在冷能未得到利用及能源浪费的问题。
2、针对上述问题，现有研究大多集中在通过直接膨胀、有机朗肯循环等发电方式对液态天然气冷能加以利用，但是单独的有机朗肯循环发电系统只对冷能进行一次利用，经过换热后的天然气仍具有较大的冷能可以进行再利用，故传统系统对液态天然气冷能的利用效率不高。同时，在液态天然气利用过程中，用户端对天然气需求量发生改变会使得输送管道内液态天然气的流量产生波动，即存在液态天然气供冷波动问题，导致冷能利用系统中的运行状态受到影响，这种冷能利用系统与用户需求之间出现的能量不匹配的问题也有待被解决，因此亟需一种可实现对液态天然气冷能进行充分利用并能有效调节供冷波动的冷能梯级利用系统。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种冷能梯级利用系统，解决液态天然气冷能利用过程中冷能利用不充分和天然气再气化率波动的技术问题。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种冷能梯级利用系统，所述系统包括有机朗肯发电模块、海水淡化模块和直接膨胀发电模块，液态天然气依次流经所述有机朗肯发电模块、海水淡化模块以及直接膨胀发电模块，实现冷能的梯级利用；
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5、所述直接膨胀发电模块由多级单元串联而成，每级单元包括海水加热器、膨胀机和发电机；所述海水加热器利用温海水加热经所述二级蓄冷换热器二次换热后、用于进入所述膨胀机做功的天然气，膨胀机与发电机动力连接；每级单元膨胀机的乏气出口与下一级单元海水加热器的高温侧入口相连；
6、经所述直接膨胀发电模块后换热后的天然气和冷海水输入所述海水淡化模块进行所述水合物脱盐式海水淡化；
7、所述一级蓄冷换热器和二级蓄冷换热器均为板式换热器，所述板式换热器包括多个串联的换热板组件，每个换热板组件内填充有三层熔点不同的固液相变材料，所述三层熔点不同的固液相变材料的熔点沿液态天然气流动方向依次升高，实现蓄冷换热器根据流经液态天然气的流量进行冷能储存或/和冷能释放。
8、进一步技术方案为：
9、所述一级蓄冷换热器中三层熔点不同的固液相变材料的相变温度依次为-56.9℃、-114.4℃和-142.2℃；
10、所述二级蓄冷换热器中三层熔点不同的固液相变材料的相变温度依次为-29.7℃、-37.1℃和-53.7℃。
11、所述直接膨胀发电模块由四级单元串联而成。
12、所述有机朗肯发电模块的结构为：
13、包括所述一级蓄冷换热器、工质泵、蒸发器、膨胀机a和发电机a；
14、所述一级蓄冷换热器的工质侧出口经所述工质泵与所述蒸发器工质侧入口连接，蒸发器工质侧出口与膨胀机a入口连接，膨胀机a乏气出口与一级蓄冷换热器的工质侧入口连接，所述一级蓄冷换热器的天然气侧入口与外部气源连接，一级蓄冷换热器的天然气侧出口与二级蓄冷换热器的天然气侧入口连接，使得一级蓄冷换热器实现液态天然气与工质换热、所述蒸发器实现工质与温海水换热。
15、所述有机朗肯发电模块中使用的工质为二氧化碳、氨水或r125fa。
16、所述海水淡化模块的结构为：
17、包括所述二级蓄冷换热器、介质泵、水合物晶体反应器、三相分离器、水合物晶体分离器、分离后混合器；
18、二级蓄冷换热器的中间介质侧通过所述介质泵与水合物晶体反应器的中间介质侧连接成回路，二级蓄冷换热器的天然气侧出口与所述直接膨胀发电模块的初级单元的海水加热器天然气侧入口连接，使得二级蓄冷换热器实现液态天然气与中间介质换热；
19、所述水合物晶体反应器用于供所述换热后的天然气和冷海水反应生成水合物晶体溶液，所述水合物晶体溶液进入三相分离器被分离成浓盐水、水合物晶体和未反应的天然气，所述水合物晶体进入水合物晶体分离器并在温海水的热刺激下分离出淡水和天然气，其中淡水直接流出后被收集，所述未反应的天然气与水合物晶体分离器流出的天然气继续流向分离后混合器进行混合。
20、水合物晶体反应器设有第一入口和第二入口，所述第一入口与海水混合器出口连接，海水混合器入口与各级海水换热器的冷海水出口连接；
21、所述直接膨胀发电模块的末级单元的膨胀机出口与直膨发电后分离器连接，所述直膨发电后分离器分离出的天然气的至少一部分从所述第二入口输入水合物晶体反应器。
22、所述直膨发电后分离器分离出的天然气的至少一部分经过用户端加热器加热后输送给用户。
23、所述中间介质为乙二醇溶液。
24、相邻两层熔点不同的固液相变材料之间由金属隔板隔开。
25、本专利技术的有益效果如下：
26、本专利技术能够在液态天然气流量较大时，利用固液相变材料的凝固过程来储存冷量，在液态天然气流量较小时固液相变材料熔化对外供冷，从而有效调节液态天然气供冷波动，高效利用冷能进行发电和海水淡化，实现高效、持续、稳定地电力以及淡水输出。
27、本专利技术利用液态天然气冷能从而取代外部制冷循环使得海水淡化过程中能源消耗进一步减少。
28、本专利技术的直接膨胀发电模块能够充分利用液态天然气冷能、对外输出更多电能。
29、本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
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1.一种冷能梯级利用系统，其特征在于，所述系统包括有机朗肯发电模块、海水淡化模块和直接膨胀发电模块，液态天然气依次流经所述有机朗肯发电模块、海水淡化模块以及直接膨胀发电模块，实现冷能的梯级利用；
2.根据权利要求1所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述一级蓄冷换热器(3)中三层熔点不同的固液相变材料的相变温度依次为-56.9℃、-114.4℃和-142.2℃；
3.根据权利要求1所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述直接膨胀发电模块由四级单元串联而成。
4.根据权利要求1所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述有机朗肯发电模块的结构为：
5.根据权利要求4所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述有机朗肯发电模块中使用的工质为二氧化碳、氨水或R125fa。
6.根据权利要求4所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述海水淡化模块的结构为：
7.根据权利要求6所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，水合物晶体反应器(10)设有第一入口和第二入口，所述第一入口与海水混合器(11)出口连接，海水混合器(11)入口与各级
8.根据权利要求7所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述直膨发电后分离器(28)分离出的天然气的至少一部分经过用户端加热器(1)加热后输送给用户。
9.根据权利要求6所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述中间介质为乙二醇溶液。
10.根据权利要求1所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，相邻两层熔点不同的固液相变材料之间由金属隔板(31)隔开。
...【技术特征摘要】
1.一种冷能梯级利用系统，其特征在于，所述系统包括有机朗肯发电模块、海水淡化模块和直接膨胀发电模块，液态天然气依次流经所述有机朗肯发电模块、海水淡化模块以及直接膨胀发电模块，实现冷能的梯级利用；
2.根据权利要求1所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述一级蓄冷换热器(3)中三层熔点不同的固液相变材料的相变温度依次为-56.9℃、-114.4℃和-142.2℃；
3.根据权利要求1所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述直接膨胀发电模块由四级单元串联而成。
4.根据权利要求1所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述有机朗肯发电模块的结构为：
5.根据权利要求4所述的冷能梯级利用系统，其特征在于，所述有机朗肯发电模块中使用的工质为二氧化碳、氨水或r1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张程宾，王娜，黎德明，陈永平，邓梓龙，高崴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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