[发明专利]一种适用于LNG冷能利用的安全高效混合工质

说明书

本发明公开了一种适用于LNG冷能利用的安全高效混合工质，包括第一组分和第二组分，所述第一组分为R290、R125、R161中的一种，所述第二组分为R23、R116、R32、R1270或R116中的至少一种。所述的混合工质是由第一组分和第二组分在常压液相状态下混合而成的。本发明混合工质制备方法简单，易于实现。混合工质环境性能好，ODP均为0，GWP较低；而且通过与不燃气体混合，易燃工质的可燃性大大降低，具有很高的安全性。此外，本发明混合工质具有优于丙烷等烷烃类工质的发电效率。

技术领域

本发明属于LNG冷能利用技术领域，具体而言，涉及一种适用于LNG冷能利用的安全高效混合工质。

背景介绍

目前，LNG冷能利用领域广泛，包括冷能发电、海水淡化、空气分离、轻烃分离、冷冻仓库、干冰制造、空调、低温粉碎、低温医疗等。其中，利用LNG冷能建立有机朗肯循环(ORC)发电系统被认为是一种很有前途的LNG冷能发电利用技术，其具有结构简单、效率高、环保等优点。因此，提高发电系统的性能和增加净输出功率是至关重要的。

最常规的LNG冷能朗肯循环发电系统包括蒸发器、冷凝器、工质泵和透平机，LNG冷能朗肯循环发电流程如图1所示，任何其他LNG冷能朗肯循环发电系统都是在此基础上进行改进或优化，发电工质由工质泵加压泵入蒸发器，在蒸发器中与热源换热变成一定压力的气体，然后进入透平机膨胀做功并带动发电机发电，经膨胀做功后的低压发电工质进入冷凝器，被LNG冷凝变成发电工质液体，然后进入工质泵，进行下一轮循环。

目前，LNG冷能有机朗肯循环发电系统最常用的发电工质为单工质丙烷，可回收-162℃～-35℃的LNG冷能，虽然在环保性上具有一定的优势，ODP值为0，GWP值为20，但是单工质发电工质冷凝过程是恒温相变，与LNG换热时换热曲线不匹配，会损失大量LNG能，造成LNG冷能利用率低。而且丙烷具有极度易燃易爆特性，对设备(如工质泵和透平机)和场地安全要求很高，增加了系统的初期投资和生产危险性。

中国专利CN 106939802A公开了一种利用LNG冷能的混合工质梯级发电与剩余冷量输出的系统及方法，采用的发电工质为甲烷、乙烯、丙烷的混合工质；中国专利申请CN110847987 A提供了一种混合工质的LNG冷能发电和综合利用系统及方法，该系统所用混合工质为甲烷、乙烷和丙烷的混合物；中国专利CN 106194302A公开了一种LNG冷能综合利用系统，其中发电系统中采用的混合工质为甲烷、乙烯、丙烷的混合物。以上技术方案都从混合工质角度对发电工质进行优化，但是所选取的工质都是烷烃类有机工质，具有极度易燃易爆特性，属于危险系数很高的工质，在使用中会受到诸多限制。此外，甲烷还是一种温室效应很高的气体，GWP的分析显示，以单位分子数而言，甲烷的温室效应要比二氧化碳大上25倍，其环保性能较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的首要目的在于提出一种使用高效安全的适用于LNG冷能利用的混合工质，该混合工质具有良好的环境友好性、较高的安全性，同时具有良好的热力学性能，能够提高LNG冷能利用率。

为了实现上述目的，本发明的在于提供以下技术方案：

一种适用于LNG冷能利用的安全高效混合工质，包括第一组分和第二组分，所述第一组分为R290、R125、R161中的一种，所述第二组分为R23、R116、R32、R1270或R116中的至少一种。

所述的混合工质是由第一组分和第二组分在常压液相状态下混合而成的。

作为本发明混合工质的其中优选技术方案，所述第一组分为R290，所述第二组分为R23、R116、R32中的一种。

进一步，以质量百分比计，所述混合工质中R290比例为65％～99％，R23比例为1％～35％。

进一步，以质量百分比计，所述混合工质中R290比例为35％～99％，R116比例为1％～65％。