利用液化天然氣冷能捕集液化二氧化碳的系統(tǒng)裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于液化天然氣冷能利用和二氧化碳減排領域，具體涉及一種利用液化天然氣冷能捕集液化二氧化碳的系統(tǒng)裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]LNG及其冷能利用:液化是運輸天然氣的一種可行方式，使用絕熱的LNG儲罐運輸液化天然氣已成為現(xiàn)代天然氣貿易的重要手段。運輸來的液化天然氣在接收站經加壓后氣化進入燃氣管網輸配，這個過程有大約800KJ/kg的冷量釋放。上個世紀九十年代，人們已經開始研究LNG氣化冷能回收利用的技術，目前LNG冷能主要被用于空氣分離、輕烴分離、冷能發(fā)電、二氧化碳捕集及干冰制備、冷庫、海水淡化及低溫粉碎等方面。
[0003]近些年來，我國LNG進入快速發(fā)展期，沿海接收站建設掀起了一個個高潮。目前已建成投運的接收站有6座，接收能力2420萬噸/年。核準在建6座，設計接收能力2150萬噸/年，另有6座接收站取得了發(fā)改委“路條”文件，正在開展前期工作，預計總設計接收能力1720萬噸/年。于此對應，圍繞著LNG接收站聚集了一批LNG及其冷能利用產業(yè)。以福建莆田LNG接收站為例，周圍相繼建成了莆田燃氣電廠、冷能利用空分廠和精細膠粉廠。然而，與日本、韓國等相比，我國LNG冷能利用起步相對較晚，利用形式單一，目前只有冷能空分和橡膠深冷粉碎實現(xiàn)了工業(yè)化，其它冷能利用技術尚在研究階段。
[0004]二氧化碳排放與減排:二氧化碳是一種溫室氣體已經到了人們的共識，隨著工業(yè)化的進程，人類用近二百年的時間創(chuàng)造了超過近代之前社會財富的總和，于此相伴的是大量煤、石油、天然氣等化石燃料的燃燒，這些化石燃料燃燒后將排放大量二氧化碳。根據(jù)近代研究表明，近100年來全球溫升已經超過0.6°C，如果繼續(xù)持續(xù)，預計到本世紀中葉，全球氣溫將升高1.5?4.5°C，屆時世界各地沿海城市將不復存在。這種問題逐漸引起了人們的關注，并做出了應對氣候變化的行動，人們普遍認為減少二氧化碳排放將有效減慢全球溫升。歐盟、日本等國家率先啟動了碳排放權交易，以減少二氧化碳的排放。
[0005]在應對氣候變化方面，我國也做出了巨大的努力。首先，2009年哥本哈根氣候變化大會前夕，我國政府向世界做出了負責任的承諾:到2020年我國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%?45%。其次，積極開展碳排放權交易，用市場的手段實現(xiàn)減排目的。作為先期碳排放交易試點北京、廣東、上海、天津、重慶、湖北和深圳7省市已相繼開市，截止2014年末，七大試點二級市場交易額突破5.3億元。從2014年初，國家相關部委領導就在不同場合釋放了全國碳排放權交易市場將在2016年運行的信號。當年12月12日發(fā)改委發(fā)布了《碳排放權交易管理暫行辦法》，對全國碳排放權交易的整個過程做了詳細的規(guī)定，至此中國碳市場開始進入倒計時。
[0006]在未來，碳排放權將會成為一種硬通商品。多排是成本，減排是收益，如何通過碳減排增加收益已經成為企業(yè)需要研究的課題。
[0007]二氧化碳捕集與液化:二氧化碳捕集根據(jù)技術路線可分為燃燒前分離和燃燒后分離。燃燒前分離技術是利用化石燃料富含碳氫兩種元素的特性，通過化學反應將二者分離，制成以氫為主的燃料，同時分離二氧化碳。該技術目前主要存在于工業(yè)合成氣的制備過程，化石燃料通過水蒸氣重整變換反應生成以氫氣和二氧化碳為主的合成氣，分離提純得到純凈的氫氣和二氧化碳。
[0008]燃燒后分離技術根據(jù)燃燒后煙氣中二氧化碳濃度的差異又可以分為常規(guī)燃燒和富氧燃燒。常規(guī)燃燒是化石燃料以空氣作為助燃劑進行的燃燒技術，這種方法得到的煙氣中二氧化碳含量偏低，一般低于15%，后續(xù)需配備變壓吸附裝置、胺溶液吸收裝置或膜分離裝置等分離提純二氧化碳。富氧燃燒技術是化石燃料在純氧與循環(huán)煙氣組成的助燃劑下燃燒，通過煙氣循環(huán)提高煙氣中二氧化碳的含量的燃燒技術，利用該方法煙氣中二氧化碳的濃度可以達到95%以上。
[0009]不論是燃燒前分離技術或是燃燒后分離技術，得到的二氧化碳都是以氣態(tài)存在，這給儲存、運輸帶來了極大的不便，為了便于儲存、運輸，上文捕集到的二氧化碳需進一步液化。
[0010]傳統(tǒng)的液化工藝將二氧化碳壓縮至2.5?3.0MPa,再利用制冷設備冷卻和液化。而利用LNG的冷能，則很容易獲得冷卻和液化二氧化碳所需要的低溫，從而將液化裝置的工作壓力降至0.9MPa左右。與傳統(tǒng)的液化工藝相比，制冷設備的負荷大為減少，電耗也降低了 30%?40%。
[0011]中國專利201020000778.X給出了一種常規(guī)燃煤電廠二氧化碳捕集技術，它利用乙醇胺溶液吸收二氧化碳，得到分離提純，但是該工藝缺少二氧化碳液化過程，缺少遠距離運輸?shù)目赡苄浴?br>[0012]美國專利US7637109B2給出了一種富氧燃燒技術，通過在燃燒室中加水控制燃燒溫度，產生高溫高壓煙氣推動透平做功，利用LNG冷卻做功后的煙氣分離二氧化碳，該方案實現(xiàn)了二氧化碳的捕集，但是未考慮能量的綜合利用，整體效率較低。
[0013]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?201310618307.3對上述方案做了改進，在利用富氧燃燒技術的基礎上，添加了廢熱鍋爐回收做功后煙氣的余熱，同時利用LNG冷凝捕集二氧化碳，實現(xiàn)了二氧化碳捕集的基礎上，提高裝置的總體能量效率。但是該方案需要增加空分裝置來制備純氧，設備總體投資大，單位液態(tài)二氧化碳成本較高。
[0014]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?02107780.0給出了一種常規(guī)燃燒下LNG冷能捕集二氧化碳的技術。它利用LNG氣化的冷能凝華煙氣中的二氧化碳，凝結在換熱器外壁的二氧化碳通過兩列平行換熱器交替操作得到回收，但是該方案中捕集單位二氧化碳LNG冷能消耗量較大。
[0015]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?201110073906.2給出了一種通過煙氣節(jié)流膨脹法產生低溫捕集二氧化碳的方案，該方案省去了二氧化碳凈化過程，但是節(jié)流壓力較高，空氣壓縮費用及后期操作費用高，并且二氧化碳捕集率較低，約10%。

【發(fā)明內容】

[0016]本發(fā)明的目的是提供一種利用液化天然氣冷能捕集液化二氧化碳的系統(tǒng)裝置及其方法。
[0017]本發(fā)明所提供的系統(tǒng)裝置，包括LNG冷能回收及壓力能回收系統(tǒng)，燃氣燃燒發(fā)電、煙氣廢熱回收發(fā)電及煙氣循環(huán)系統(tǒng)和煙氣二氧化碳分離提純與丙烷循環(huán)二氧化碳液化系統(tǒng)三個部分，
[0018]其中，所述LNG冷能回收及壓力能回收系統(tǒng)中的余熱鍋爐記作B16和所述燃氣燃燒發(fā)電、煙氣廢熱回收發(fā)電及煙氣循環(huán)系統(tǒng)中的廢熱鍋爐記作B15相連；
[0019]所述LNG冷能回收及壓力能回收系統(tǒng)中的換熱器記作B29和所述燃氣燃燒發(fā)電、煙氣廢熱回收發(fā)電及煙氣循環(huán)系統(tǒng)中的燃燒反應器記作B13相連；
[0020]所述煙氣二氧化碳分離提純與丙烷循環(huán)二氧化碳液化系統(tǒng)通過余熱鍋爐B16分別與所述LNG冷能回收及壓力能回收系統(tǒng)和所述燃氣燃燒發(fā)電、煙氣廢熱回收發(fā)電及煙氣循環(huán)系統(tǒng)中的廢熱鍋爐B15相連。
[0021]上述系統(tǒng)裝置中，所述LNG冷能回收及壓力能回收系統(tǒng)包括LNG高壓栗記作B24、換熱器記作B25、冷凝器記作B26、分流器記作B27、余熱鍋爐B16、燃氣透平記作B28和換熱器B29 ;所述LNG高壓栗B24、換熱器B25、冷凝器B26、分流器B27、余熱鍋爐B16、燃氣透平B28和換熱器B29依次連接。
[0022]所述燃氣燃燒發(fā)電、煙氣廢熱回收發(fā)電及煙氣循環(huán)系統(tǒng)包括煙氣空氣混合器記作B11、空氣壓縮機記作B12、燃燒反應器B13、煙氣透平記作B14和蒸汽郎肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；所述煙氣空氣混合器B11、空氣壓縮機B12、燃燒反應器B13、煙氣透平B14和蒸汽郎肯循環(huán)