基于LNG冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺模拟与分析

开发经济、高效和节能的碳捕集工艺,是碳捕集、利用与封存技术的重点研究方向之一。针对低浓度(体积分数小于12%)CO_(2)烟气,提出了一种基于液化天然气(LNG)冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺,弥补了采用单一碳捕集技术的缺陷,并利用了LNG蕴含的冷能,有望实现更低能耗的CO_(2)捕集。利用Aspen Plus软件对该工艺进行了模拟,对影响系统性能的关键参数(液化温度、压缩压力和渗透气CO_(2)浓度等)进行了灵敏度分析,并开展了相关实验研究。结果表明,模拟结果与实验结果具有较好的一致性,利用该工艺可以得到符合工程或商业应用要求的液态CO_(2)产品;工艺CO_(2)捕集率与产品纯度随液化温度和压缩压力呈趋势相反的变化,即随着液化温度的降低或者压缩压力的提高,CO_(2)捕集率增加,但产品纯度降低;在达到工艺指标要求(CO_(2)捕集率大于等于85%、产品纯度大于等于90%)的前提下,工艺最低CO_(2)捕集能耗为2.183 MJ/kg(即捕集1 kg CO_(2)的能耗为2.183 MJ)。本研究为从低浓度CO_(2)烟气中分离回收CO_(2)提供了新思路。

考虑变掺氧富氧燃烧与利用LNG冷能的LAES的综合能源系统低碳经济调度

为促进风电消纳,减少火电机组的碳排放,解决综合能源系统(Integrated Energy System,IES)低碳经济运行问题,文中引入变掺氧富氧燃烧技术对燃气机组进行改造,并结合利用液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)冷能的液化空气储能(Liquid Air Energy Storage,LAES),提出了一种电热气冷IES低碳经济优化策略。首先,构建含变掺氧富氧燃烧燃气机组、利用LNG冷能的LAES、电转气(Power To Gas,P2G)设备、中央空调和溴化锂制冷机的IES架构,并建立各设备的数学模型;其次,引入阶梯式碳交易机制,建立了以系统运行成本最小为目标的电热气冷IES低碳经济调度模型;最后,采用MATLAB调用GUROBI求解器对多个场景进行求解,验证了文中提出的低碳经济优化调度策略可以提高系统的风电消纳、有效降低系统运行成本,实现碳减排。

集成LNG冷能空分的半闭式CO_(2)循环发电系统热力学分析与优化

半闭式CO_(2)循环具有高效和零碳排放的特点,针对目前集成液化天然气(LNG)冷能的半闭式CO_(2)循环发电系统,提出了一种高效的LNG冷能的梯级利用方式。结果表明:基准案例中空分和压缩过程的能耗分别降低了70.4和75 MW,系统净效率为63.76%,相比于常规循环提升9.48个百分点;在此基础上,采取改进循环参数、匹配回热器热容等优化措施后,优化案例的净效率进一步提高至72.22%,系统的效率为51.27%。相比于仅在循环过程集成LNG冷能的参考系统Ⅱ,冷能利用的效率提高了28个百分点。

基于LNG冷能的卡琳娜-三级有机朗肯循环性能分析

针对工业生产过程中因烟气排量大且温度较高、烟气出口温度过低而易造成工业管道腐蚀等问题,提出了一种卡琳娜循环与三级有机朗肯联合的动力循环(KC-TORC)模型。以工业烟气为热源、液化天然气(LNG)为冷源,利用热力学仿真的方法构建循环系统,改变烟气出口温度,分析了卡琳娜循环蒸发温度、LNG泵后压力和三级有机朗肯循环(ORC)透平入口温度对热力学性能的影响。结果表明,当烟气出口温度为30℃、卡琳娜循环蒸发温度为112℃时,最大(火用)效率为62.89%;当烟气出口温度为120℃、三级ORC透平入口温度为160℃时,最大热效率为32.09%,净输出功可达2.04 MW,年度净资产值可达5.773×10^(6)美元;KC-TORC在热力学及经济方面具有优势,对环境保护具有重要的意义。

耦合LNG冷能的液态空气储能系统和液态CO_(2)储能系统对比分析

为解决压缩气体储能系统中外加冷源的供应问题,同时高效利用液化天然气(LNG)冷能,构建了耦合LNG冷能的液态空气储能系统(LNG-LAES)和耦合LNG冷能的液态CO_(2)储能系统(LNG-LCES),并进行了热力学和经济性对比分析。结果表明:气体压缩、膨胀做功和LNG换热环节在两系统中?损较大,是系统优化关键环节;适当增加储释能压力及LNG压力会提升系统性能,而LNG温度过低会降低系统性能。LNG-LAES的最优[火用]效率、膨胀发电量、储能密度分别为57.53%、13.08 MW、79.61 kW·h/m^(3),均高于LNG-LCES(43.42%,5.44 MW,41.16 kW·h/m^(3));但LNG-LCES的循环效率和冷能利用率更高,对LNG温度波动有更强适应性,并在经济性方面表现较优。耦合LNG冷能的两种液态气体储能相比常规未耦合LNG的储能系统循环效率提高了7%~25%,可为改进储能系统性能提供一定参考。

循环工质对LNG冷能发电系统性能的影响

朗肯循环可将液化天然气(LNG)冷量[火用]转化为电能,是一种有效的冷能回收利用技术。结合工程实际,将LNG冷能发电系统内最低压力设置为高于常压,探究了循环工质对系统性能的影响。将7种常用工质作为备选,以系统净输出功最大为目标函数,在相同工况下对单级联合循环(CC)、串联联合循环(CCC)和并联联合循环(PCC)3种常见的LNG冷能发电系统进行了优化。分析了选择不同工质时系统性能的差异及其原因,探究了有无直接膨胀过程对工质选择的影响。结果表明,CC、CCC和PCC系统的最优工质分别为CH_(2)F_(2)、C_(2)H_(6)+C_(3)H_(8)和C_(2)H_(4)+C_(3)H_(8)。选择最优工质情况下,CCC系统通过对LNG冷能的有效分段利用,减少了系统内的不可逆[火用]损失,所以性能相对最优,其热效率相比CC和PCC系统分别提升了54.8%和35.4%,且所需换热面积并未显著增加。有无直接膨胀不影响系统内工质选择,但无直接膨胀会导致最大系统净输出功略有降低。

改进型三级串联多股流LNG冷能发电系统性能研究

针对常见的三级串联朗肯循环液化天然气(LNG)冷能发电系统未能有效地利用工质冷量的问题,提出了一种改进型三级串联多股流联合循环(MS-3CC)系统。通过加入多股流换热器,该系统多级利用了LNG和系统内循环工质冷量,有效降低了系统复杂程度,提升了系统热力学性能和经济性。通过遗传算法优化计算,当天然气(NG)排气压力为5.5 MPa、系统内各级循环工质均选取丙烷时,MS-3CC系统的最大净输出功为6027 kW,相比三级串并联合循环(P-3CC)系统和单级联合循环(SCC)系统分别提高了5.4%和80.3%,而其年净收益则分别提高了16.9%和68.0%。比较了64种工质组合,发现采用CH_(2)F_(2)+CH_(2)F_(2)+C_(3)H_(8)时MS-3CC系统的净输出功最高。MS-3CC系统的提出为实际工业中更为有效地多级利用LNG冷量提供了参考。

LNG冷能与中深层地热能驱动的发电系统性能分析与优化

结合LNG冷能和中深层地热能特点,根据梯级用能理论,构建LNG冷能与中深层地热能驱动的联合循环发电系统,系统主要由LNG直接膨胀部分、地热单级闪蒸循环及回热式有机朗肯循环三部分组成。基于Peng-Robinson状态方程,选用模拟软件HYSYS,对发电系统进行模拟计算,研究关键参数对系统热效率、?效率和平均能源成本的影响。结果表明,随着地热水蒸发压力的增大,循环热效率提升13.99%,?效率提升7.58%,平均能源成本减小2.81%;LNG气化压力的增大使得循环热效率提升9.39%,?效率提升3.13%,平均能源成本减小8.01%;天然气外输压力的增大使得热效率降低20.93%,?效率提升38.44%,平均能源成本增加25.21%。利用遗传算法对系统进行单目标优化,结果显示系统最大热效率为37.37%,最大?效率为53.92%,最低总成本率为0.782百万美元/a。

LNG冷能空分技术研究进展

LNG冷能空分是一种将液化天然气气化所放出的冷量经空气分离装置生产的各类工业气体。这一新工艺既可提高能源利用率,又可达到环保与经济的双赢。随着世界能源转型与经济的低碳发展,液化天然气冷能空分以其低能耗、低污染的优势日益引起人们的重视。近几年来,伴随着科学技术的发展与市场需求的不断增长,液化天然气冷能空分工艺的研究与实践都有了长足的发展。但是,液化天然气的不连续供给等问题仍然困扰着这一技术的发展与应用。因此,开展液化天然气冷能空分技术研究是促进其产业发展的关键。

利用LNG冷能的低温冷库流程比较

介绍了LNG在低温冷库中的利用,并根据中间冷媒是否相变提出了两种基本的流程,即无相变流程和有相变流程。以总容量为3000t的冷库为例,进行了中间冷媒的比选,通过运用HYSYS软件模拟冷媒的两种循环过程,得出各个状态点的参数,并比较了两种流程各自的优缺点。结果说明无相变流程设备简单,控制方便,但冷媒质量流量大;有相变流程冷媒质量流量小,但流程、设备与控制更复杂一些。

一种发电和天然气再液化相结合的LNG冷能利用系统

针对冷能回收再利用问题,提出了一种结合LNG和燃煤废气发电与天然气再液化的冷能利用系统并对系统进行了改进。对原系统和系统改进部分进行了热力学计算,详细分析了蒸发压力、蒸发温度对系统热力性能的影响,分析了天然气液化率对系统净输出功的影响,确定了发电循环的最佳蒸发压力、蒸发温度及天然气液化率的范围。结果表明:以回收1000 kg·h^(-1)的LNG冷量计算,发电系统最大净输出功为69.6 k W·h,系统冷回收效率为41.43%;液化系统LNG液化率最大值为24%;系统改进后,发电系统净输出功和冷回收效率提高了17.85%,液化系统LNG液化率提高至28%。为日后LNG气化供气过程中的冷能利用提供一种新的思路。

LNG冷能用于O_2/H_2O富氧燃烧碳捕获系统的模拟研究

目前的天然气发电系统以富氧燃烧(O_2/CO_2循环燃烧)为主,其空分制氧以及碳捕获能耗过高,导致发电效率明显降低;较之于前者,O_2/H_2O燃烧系统作为新一代的Oxy-combustion燃烧方式系统,污染物排放量更低,但其燃烧过程仍需采用空分制氧,CO_2的压缩耗能依然较高。为此,构建了一套将LNG冷能用于O_2/H_2O富氧燃烧的碳捕获系统,并建立了该系统的数学模型以计算其热效率、效率,在此基础上开展与同样利用LNG冷能进行碳捕获的COOLCEP系统的对比分析。结果表明:(1)该系统采用高压燃烧方式,以水作为燃烧循环工质,同时对LNG采用梯级利用方式,降低了空分制氧和碳捕获系统的能耗,提高了系统的发电效率,同时以低成本完成了碳捕获;(2)该系统的热效率和效率随燃气轮机进口温度升高不断提高,在循环水量和燃烧压力分别为13.5 kmol/s和1.6 MPa、燃气轮机进口温度达到1 328.1℃时,热效率达到最大值,系统热效率、效率分别为57.9%和42.7%;(3)较之于COOLCEP系统,O_2/H_2O燃烧系统能耗明显降低,系统热效率、效率分别提高了6.3%、5.4%。

利用LNG冷能的间接冷冻法海水淡化流程比较

淡水资源缺乏已成为全球性问题,海水淡化方法的研究也日益引起重视。液化天然气在气化时有大量冷能可以利用,考虑到冷冻法海水淡化需要大量冷能,可以把LNG的冷能和冷冻法海水淡化结合起来,形成利用LNG能冷的冷冻法海水淡化流程。文中以间接冷冻法为例,介绍了LNG冷能在海水淡化中的利用;并针对系统中冷媒是否相变而提出了无相变流程和有相变流程,通过HYSYS软件进行模拟,比较分析了各自的优缺点。结果说明无相变流程设备简单、控制方便,但冷媒质量流量大;有相变流程冷媒质量流量小,但流程、设备与控制均较复杂,气相部分体积流量较大,使得气态管路直径较大,相应的换热器尺寸也会更大。

利用LNG冷能的有机朗肯循环系统的工质研究和变工况性能分析

以LNG冷能和废热源驱动的有机朗肯循环可以提高系统的能源利用率。通过流程模拟软件HYSYS对使用不同工质的朗肯循环系统进行了模拟分析,结果表明,丙烷是用于低温朗肯循环最合适的工质。循环工质的蒸发温度高低对系统的净输出功及效率影响较为明显,废热烟气的流量或温度的提升有助于改善系统的性能。选定一个合适的冷凝温度,既能保证系统单位质量LNG所能输出的净功在一个合理的范围内,又可以改善系统效率。

利用LNG冷能的间接冷冻法海水淡化流程及其初步分析

介绍了一种利用LNG冷能进行海水淡化的间接冷冻法,即利用二次冷媒传递LNG气化过程中放出的冷量于海水的结冰过程,最终得到淡水。叙述其流程和优点,并指出选择二次冷媒的原因。对实验样机中的关键部件——结晶器的换热面积进行了估算,并给出其结冰过程中换热量、冰层厚度、换热系数等相关参数随时间的变化趋势。最后从能量效率和火用效率角度考察LNG冷能的利用效率。

LNG冷能用于空分工艺的研究与优化

针对LNG冷能空分工艺存在单位液态产品能耗高、工艺流程可优化空间大等现状,对空分工艺中制冷方式的适应性进行了深入研究,并基于能级理论对制冷循环进行了结构优选,提出了能耗、循环量相对较低的双级氮膨胀制冷循环。同时以大连LNG接收站的运行数据为基础,对工艺中的关键参数进行了敏感性分析,并以单位液态产品能耗为目标函数,基于HYSYS软件自带的优化器对敏感度大的参数进行了优化,得到单位液态产品能耗为0.475k Wh/kg,比类似工艺(日本知多基地)的单位液态产品能耗减少了约10.98%,且远小于传统低温空分工艺的单位液态产品能耗(1.05~1.25k Wh/kg),表明该工艺有较好的节能效果,这为实际工程中空分工艺的优化开辟了新思路。

LNG冷能在IGCC电站中的梯级利用探讨

论述了液化天然气(LNG)冷能在整体煤气化联合循环(IGCC)电站的综合利用技术,该技术符合LNG冷能的梯级利用,有效地提高了LNG冷能的利用效率,使LNG冷能利用效率达到约70%以上。同时,大幅度提高了IGCC机组的出力和效率,提高了IGCC电站的经济性。

LNG冷能用于制冷过程热力学系统基础特性分析

为提高制冷循环效率,有效节约能源及制冷成本,在已有研究基础上提出利用LNG冷能作冷源的制冷循环系统.对几种不同制冷循环系统构建复杂度、经济性及循环效率等进行了分析总结,概述LNG冷能应用于制冷过程现有的热力学循环的构建特点,对LNG冷能应用于制冷过程的热力学循环构建提出了合理的建议.从传热特点及循环效率出发,比较了几种不同工质的工作特点,认为对环境友好的CO2及物性较好的有机流体作循环工质有比较好的热力学效率.利用热力学第一定律构建具体的循环并进行分析,结果显示经过梯级利用后的LNG冷能在制冷循环中的应用具有很大发展前景.

考虑LNG冷能利用的船用海水淡化装置设计

考虑到LNG动力船有大量的LNG冷能可以利用,以VLCC为研究对象,选取间接冷冻法设计LNG冷能利用的船舶海水淡化系统,依据系统工作原理,设计船用海水淡化装置,对核心设备结晶器的筒体、结晶管、刮刀及转轴等主要部件进行设计计算,对筒体和转轴的强度进行计算,结果表明,应力在许用范围内。

LNG冷能用于干冰和LCO_2技术开发及应用

以实现LNG冷能用于干冰及液体二氧化碳(LCO2)回收适合工业化生产的工艺方案为目标,对比传统回收方式,建立LNG冷能回收干冰及液体二氧化碳工艺流程,通过对所设计的工艺方案进行模拟分析,进而从产品产量、产品生产单位压缩功耗和经济性进行优化对比,选择最佳方案。并以LNG气化量为3000 Nm3/h生产干冰工艺进行工程化设计,同时完成优化方案的关键设备选型,其年节电效益可达369万元,具备良好的发展前景。