[发明专利]将LNG冷能用于空分制氧和碳捕获的天然气富氧燃烧系统

摘要

本发明涉及一种将LNG冷能用于空分制氧和碳捕获的天然气富氧燃烧系统。该系统包括LNG冷能空分制氧子系统、富氧高压加水燃烧循环发电子系统和高压液氧碳捕获子系统，将LNG冷能应用于天然气富氧燃烧电厂的空分制氧过程中，同时冷凝回收富氧燃烧所产生的二氧化碳，实现碳的零排放。解决富氧燃烧电厂空分制氧能耗高、碳捕获成本大的问题。此外，还可以附加高压液氮再循环制氧子系统，进一步利用液氮冷能，降低制氧能耗，从而提高系统能效水平。本发明实现了冷能连续传递使用，同时解决了富氧燃烧电厂空分制氧能耗高，碳捕获成本大的两大难题，可用于以LNG为燃料的电力系统。

主权项

一种天然气富氧燃烧电厂集成系统，其特征在于，包括LNG冷能空分制氧子系统、富氧高压加水燃烧循环发电子系统和高压液氧碳捕获子系统；其中：所述LNG冷能空分制氧子系统包括多级压缩机(A)、低温泵(11)、第一换热器(12)、第一分流器(13)和精馏塔(B)；所述第一换热器(12)输入端分别与多级压缩机(A)和低温泵(11)的输出端相连，第一换热器(12)输出端分别与精馏塔(B)和所述第一分流器(13)的输入端相连；所述精馏塔(B)的输出端与高压液氧碳捕获子系统的第三换热器(31)相连；所述第一分流器(13)输出端分别接高压燃气管网和富氧高压加水燃烧循环发电子系统的反应器(21)；其中，多级压缩机(A)用于产生高压空气，低温泵(11)用于将输入的LNG加压至高压状态；第一换热器(12)用于高压空气和高压LNG换热，将高压LNG气化为高压天然气，将高压空气液化；精馏塔(B)用于将高压空气精馏分离为高压液氧和高压液氮，向第三换热器(31)供应低温高压液氧；第一分流器(13)用于将高压天然气分成两路，一路供给高压燃气管网，一路供给反应器(21)；所述富氧高压加水燃烧循环发电子系统，包括反应器(21)、第一透平机(22)、第二换热器(23)、冷凝器(24)、分离器(25)、第二分流器(26)和水泵(27)；反应器(21)与第一分流器(13)、第二换热器(23)和高压液氧碳捕获子系统的第三换热器(31)的输出端相连，分别用于获取高压天然气、高压水蒸气和高压氧气；反应器(21)输出端经第一透平机(22)与第二换热器(23)的输入端相连，用于将反应器(21)生成的二氧化碳和水蒸气高压混合物膨胀做功，随后送入第二换热器(23)；所述第二换热器(23)输入端还与水泵(27)的输出端相连，实现经第一透平机(22)膨胀做功后的二氧化碳和水蒸气混合物与水泵输入的高压水换热；第二换热器(23)输出端分别与反应器(21)和冷凝器(24)的输入端相连；冷凝器(24)输出端与分离器(25)输入端相连，用于将第二换热器(23)送来的二氧化碳和水蒸气混合物冷凝；所述分离器(25)输出端分别与第三换热器(31)和第二分流器(26)的输入端相连，用于实现水和二氧化碳的分离；所述第二分流器(26)的两个输出端分别与水泵(27)和排水管路相连，用于将一部分水回送至水泵进行循环利用，一部分水向外排出；所述高压液氧碳捕获子系统包括第三换热器(31)，其输入端分别与精馏塔(B)和分离器(25)的输出端相连，输出端分别与反应器(21)的输入端和CO2回收管路相连，用于将所述精馏塔(B)分离出的低温高压液氧与分离器(25)分离出的气态二氧化碳换热，将气态二氧化碳液化冷凝回收，完成碳捕获过程；同时，将高压液氧气化为高压氧气，送入富氧高压加水燃烧循环发电子系统中的反应器(21)参与高压燃烧反应；工作中，输入的LNG在LNG冷能空分制氧子系统中实现冷能置换，将高压空气冷凝为低温高压液态空气，随后高压液态空气在精馏塔(B)中分离出高压液氧和高压液氮，实现了利用LNG冷能的空分制氧过程；所述高压液氧送入高压液氧碳捕获子系统，换热成为高压气态氧气送入反应器(21)，同时其冷能将富氧高压加水燃烧循环发电子系统中产生的二氧化碳冷凝液化，完成碳捕获过程。