一种lng轻烃分离耦合增强型地热闪蒸/有机朗肯联合循环发电系统
阅读说明：本技术 一种lng轻烃分离耦合增强型地热闪蒸/有机朗肯联合循环发电系统 (LNG light hydrocarbon separation coupling enhancement type geothermal flashing/organic Rankine combined cycle power generation system ) 是由 潘杰 李默翻 刘佳伦 李冉 翁羽 唐凌虹 白俊华 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：一种LNG轻烃分离耦合增强型地热闪蒸/有机朗肯联合循环发电系统,包括LNG轻烃分离系统、地热闪蒸循环系统、有机朗肯循环系统和天然气直接膨胀系统；LNG轻烃分离系统用于C2+轻烃资源的回收；地热闪蒸循环系统、有机朗肯循环系统和天然气直接膨胀系统用于LNG冷能和中低温地热能耦合发电；通过在有机朗肯循环系统和地热闪蒸循环系统中分别设置预冷器和再热器进一步增强系统性能；本发明在提高增强型地热闪蒸/有机朗肯联合循环发电效率的同时,实现了C2+轻烃资源的有效回收以及LNG冷能和地热能的高效互补利用,具有结构合理紧凑、控制安全灵活、高效节能、实用性强及成本低廉的优点。(An LNG light hydrocarbon separation coupling enhanced geothermal flash evaporation/organic Rankine combined cycle power generation system comprises an LNG light hydrocarbon separation system, a geothermal flash evaporation circulation system, an organic Rankine circulation system and a natural gas direct expansion system; the LNG light hydrocarbon separation system is used for recovering C2+ light hydrocarbon resources; the geothermal flash evaporation circulating system, the organic Rankine circulating system and the natural gas direct expansion system are used for coupling LNG cold energy and medium and low temperature geothermal energy to generate electricity; the system performance is further enhanced by respectively arranging a precooler and a reheater in the organic Rankine cycle system and the geothermal flash evaporation cycle system; the invention realizes the effective recovery of C2+ light hydrocarbon resources and the efficient complementary utilization of LNG cold energy and geothermal energy while improving the enhanced geothermal flash evaporation/organic Rankine combined cycle power generation efficiency, and has the advantages of reasonable and compact structure, safe and flexible control, high efficiency, energy conservation, strong practicability and low cost.)
技术领域
本发明涉及一种LNG冷能和地热能互补利用系统，具体涉及一种LNG轻烃分离耦合增强型地热闪蒸/有机朗肯联合循环发电系统。
背景技术
LNG(liquefied natural gas，液化天然气)需要气化至常温后供给用户使用。LNG在气化过程中会释放大约830～860kWh/kg的冷能，如果能够对这部分冷能加以利用，会产生巨大的经济效益。LNG中富含的C2+轻烃组分是非常优质的化工原料，可以用来生产许多具有高附加值的石化产品。将LNG冷能用于分离自身轻烃组分，能够实现对LNG的高效利用，但对LNG冷能的利用率不高。
地热闪蒸循环具有发电成本低、二氧化碳排放量少、不受天气和季节气候变化影响等优点，但其发电效率较低。有机朗肯循环以低沸点烃类及其混合物为工质，其结构简单、适用性强，在利用低品位热能方面具有显著优势。将LNG作为冷源能够进一步提高其发电效率，但对LNG冷能的利用率不高。天然气直接膨胀发电技术具有工艺简单、成本低廉等优点，但仅能利用LNG的压力能，同样存在冷能利用率低的缺点。
综上所述，LNG轻烃分离、地热闪蒸循环和有机朗肯循环都只是对LNG冷能的单一利用，因此存在LNG冷能利用不充分、用冷温位与LNG温度不匹配等问题。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种 LNG轻烃分离耦合增强型地热闪蒸/有机朗肯联合循环发电系统，该系统将LNG轻烃分离工艺、地热闪蒸循环、有机朗肯循环和天然气直接膨胀发电技术相结合，不仅能够有效回收具有高附加值的C2+轻烃资源，同时实现了LNG冷能和地热能的高效互补利用，提高了发电系统的热效率和发电效率，具有结构合理紧凑、控制安全灵活、高效节能、实用性强以及成本低廉的优点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种LNG轻烃分离耦合增强型地热闪蒸/有机朗肯联合循环发电系统，包括LNG轻烃分离系统、地热闪蒸循环系统、有机朗肯循环系统和天然气直接膨胀系统；
所述的LNG轻烃分离系统包括LNG泵1，LNG泵1的工质出口侧接入三通器2的进口侧，三通器2的出口侧分为两支，其中：一支出口侧连入脱甲烷塔6的入料口I，另一支出口侧连入第一换热器3 的冷流进口侧，第一换热器3的冷流出口侧连入第二换热器4的冷流进口侧，第二换热器4的冷流出口侧连入闪蒸塔5的入料口，闪蒸塔 5的釜液口与脱甲烷塔6的入料口II连通，脱甲烷塔6的底部出料口与第一节流阀7的进口侧连通，第一节流阀7的出口侧连入脱乙烷塔 8的入料口，脱乙烷塔8的顶部出料口连入第二换热器4的热流进口侧，闪蒸塔5的顶部出料口与脱甲烷塔6的顶部出料口分别与第一混合器9的两个进口侧相连通；
所述的地热闪蒸循环系统包括地热水井22，地热水井22的出口侧连入再热器16的热流进口侧，再热器16的热流出口侧连入第二节流阀17的进口侧，第二节流阀17的出口侧与分离器18的工质进口侧相连通，分离器18的液相出口端连入第四换热器13的热流进口侧，分离器18的气相出口端连入再热器16的冷流进口侧，再热器16的冷流出口侧连入第二透平膨胀机19的进口侧，第二透平膨胀机19的出口侧与第三换热器10的热流进口侧相连通，第三换热器10的热流出口侧连入泵20的工质进口侧，泵20的工质出口侧与第四换热器13的热流出口侧分别连入第二混合器21的两个进口侧，第二混合器 21的出口侧通入回灌井23；
所述的有机朗肯循环系统包括有机朗肯透平膨胀机14，有机朗肯透平膨胀机14的出口侧与预冷器15的热流进口侧相连通，预冷器 15的热流出口侧与第一换热器3的热流进口侧相连通，第一换热器3 的热流出口侧连入预冷器15的冷流进口侧，预冷器15的冷流出口侧连入有机工质泵12的进口侧，有机工质泵12的出口侧与第四换热器 13的冷流进口侧相连通，第四换热器13的冷流出口侧连入有机朗肯透平膨胀机14的进口侧；
所述的天然气直接膨胀系统包括第一混合器9，第一混合器9的出口侧与第三换热器10的冷流进口侧相连通，第三换热器10的冷流出口侧与第一透平膨胀机11的进口侧相连通。
所述LNG泵1的工质进口侧的工质为液化天然气。
所述脱乙烷塔8的底部出料口的工质为液化石油气。
所述第二换热器4的热流出口侧的工质为液态乙烷。
所述的有机朗肯循环中冷源介质为LNG。
所述有机工质为常用有机工质中的任一种，常用有机工质包括但不限于R134a四氟乙烷、R245fa五氟丙烷、R365mfc五氟丁烷、 n-Nonane正壬烷、n-Octane正辛烷及n-Pentane正戊烷。
所述第一透平膨胀机11的出口侧直接连至用户或企业。
本发明的有益效果在于：
通过轻烃分离工艺流程对LNG中的C2+轻烃资源进行回收，并利用了LNG的部分冷能；将LNG作为有机朗肯循环的冷源，经LNG冷却后的有机工质和分离轻烃后的富甲烷天然气再作为地热闪蒸循环的冷源，最后将吸热后的富甲烷天然气用于直接膨胀发电，实现对LNG 冷能的梯级利用；采用地热水井收集中低温地热能，并作为热源供给地热闪蒸循环，吸热后的汽水混合物通过气液分离后，分别为有机朗肯循环和天然气直接膨胀过程提供热量，实现对地热能的高效利用。同时，通过在有机朗肯循环和地热闪蒸循环中分别设置预冷器和再热器进一步增强系统性能。
本发明在提高增强型地热闪蒸/有机朗肯联合循环发电效率的同时，实现了C2+轻烃资源的有效回收以及LNG冷能和地热能的高效互补利用，具有结构合理紧凑、控制安全灵活、高效节能、实用性强及成本低廉的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、LNG泵；2、三通器；3、第一换热器；4、第二换热器；5、闪蒸塔；6、脱甲烷塔；7、第一节流阀；8、脱乙烷塔；9、第一混合器；10、第三换热器；11、第一透平膨胀机；12、有机工质泵；13、第四换热器；14、有机朗肯透平膨胀机；15、预冷器；16、再热器；17、第二节流阀；18、分离器；19、第二透平膨胀机；20、泵；21、第二混合器；22、地热水井；23、回灌井。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1，一种LNG轻烃分离耦合增强型地热闪蒸/有机朗肯联合循环发电系统，包括LNG轻烃分离系统、地热闪蒸循环系统、有机朗肯循环系统和天然气直接膨胀系统；
所述的LNG轻烃分离系统包括LNG泵1，LNG泵1的工质出口侧接入三通器2的进口侧，三通器2的出口侧分为两支，其中：一支出口侧连入脱甲烷塔6的入料口I，另一支出口侧连入第一换热器3 的冷流进口侧，第一换热器3的冷流出口侧连入第二换热器4的冷流进口侧，第二换热器4的冷流出口侧连入闪蒸塔5的入料口，闪蒸塔 5的釜液口与脱甲烷塔6的入料口II连通，脱甲烷塔6的底部出料口与第一节流阀7的进口侧连通，第一节流阀7的出口侧连入脱乙烷塔 8的入料口，脱乙烷塔8的顶部出料口连入第二换热器4的热流进口侧，闪蒸塔5的顶部出料口与脱甲烷塔6的顶部出料口分别与第一混合器9的两个进口侧连通；
所述的地热闪蒸循环系统包括地热水井22，地热水井22的出口侧连入再热器16的热流进口侧，再热器16的热流出口侧连入第二节流阀17的进口侧，第二节流阀17的出口侧与分离器18的工质进口侧相连通，分离器18的液相出口端连入第四换热器13的热流进口侧，分离器18的气相出口端连入再热器16的冷流进口侧，再热器16的冷流出口侧连入第二透平膨胀机19的进口侧，第二透平膨胀机19的出口侧与第三换热器10的热流进口侧相连通，第三换热器10的热流出口侧连入泵20的工质进口侧，泵20的工质出口侧与第四换热器13的热流出口侧分别连入第二混合器21的两个进口侧，第二混合器 21的出口侧通入回灌井23；
所述的有机朗肯循环系统包括有机朗肯透平膨胀机14，有机朗肯透平膨胀机14的出口侧与预冷器15的热流进口侧相连通，预冷器 15的热流出口侧与第一换热器3的热流进口侧相连通，第一换热器3 的热流出口侧连入预冷器15的冷流进口侧，预冷器15的冷流出口侧连入有机工质泵12的进口侧，有机工质泵12的出口侧与第四换热器 13的冷流进口侧相连通，第四换热器13的冷流出口侧连入有机朗肯透平膨胀机14的进口侧；
所述的天然气直接膨胀系统包括第一混合器9，第一混合器9的出口侧与第三换热器10的冷流进口侧相连通，第三换热器10的冷流出口侧与第一透平膨胀机11的进口侧相连通。
所述LNG泵1的工质进口侧的工质为液化天然气。
所述脱乙烷塔8的底部出料口的工质为液化石油气。
所述第二换热器4的热流出口侧的工质为液态乙烷。
所述的有机朗肯循环中冷源介质为LNG。
所述有机工质为常用有机工质中的任一种，常用有机工质包括但不限于R134a四氟乙烷、R245fa五氟丙烷、R365mfc五氟丁烷、 n-Nonane正壬烷、n-Octane正辛烷及n-Pentane正戊烷。
所述第一透平膨胀机11的出口侧直接连至用户或企业。
本发明的工作原理如下：LNG原料经LNG泵1增压输送至三通器2，三通器2将原料分成两股大小不同的物流，较大的一股物流经第一换热器3与第二换热器4两次加热升温后，进入闪蒸塔5进行甲烷的初步分离，较小的一股物流作为回流液直接进入脱甲烷塔6，加热后的LNG原料在闪蒸塔5内被分离成了富甲烷天然气与富含C2+ 轻烃资源的釜液，富甲烷天然气从闪蒸塔5的塔顶排出，而闪蒸塔的釜液流入脱甲烷塔6进一步被分离，脱甲烷塔6将闪蒸塔5的釜液分离成了含有高纯度甲烷的天然气与富含C2+轻烃的物流，富甲烷天然气从脱甲烷塔6的塔顶排出并与闪蒸塔5塔顶排出的富甲烷天然气在第一混合器9中混合，随后通入第三换热器10中被加热，脱甲烷塔 6的釜液经第一节流阀7节流降压后通入脱乙烷塔8，脱乙烷塔8将此液体分离成了高纯度的乙烷产品与富含丙烷、丁烷等组份的液化石油气产品，被分离出的气态乙烷在第二换热器4中与LNG原料交换热量，使气态乙烷冷却为液态乙烷，完成LNG的轻烃分离过程；将地热水井22开采出来的汽水混合物送入分离器18中进行气液分离，分离出来的水在第四换热器13中用来加热有机工质，分离出来的蒸汽经过再热器16升温后进入第二透平膨胀机19做功发电，乏气在第三换热器10中被富甲烷天然气冷凝，随后与第四换热器13排出的水在第二混合器21中混合，并被输送至回灌井23而回到地下，完成地热闪蒸循环；有机工质在第四换热器13中被加热，然后通过有机朗肯透平膨胀机14发电，完成发电过程后，有机工质经预冷器15预冷后通入第一换热器3中被LNG冷却，完成有机朗肯循环；与高温乏气在第三换热器10交换热量后的高温天然气再带动第一透平膨胀机11做功发电，完成天然气直接膨胀过程。
显然，以上具体实施方式中仅用于说明本发明的技术方案而非穷举，尽管参照上述具体实施方式对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在权利要求保护的范围当中。