[发明专利]燃气-超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统

说明书

【技术领域】

本发明属于天然气生产的技术领域，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。

【背景技术】

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℃)、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 MW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)。

【发明内容】

本发明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，本发明采用的技术方案是：

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；