一种lng轻烃分离耦合地热闪蒸/卡琳娜联合循环发电系统
阅读说明：本技术 一种lng轻烃分离耦合地热闪蒸/卡琳娜联合循环发电系统 (LNG light hydrocarbon separation coupling geothermol power flash distillation/kalina combined cycle power generation system ) 是由 潘杰 李默翻 白俊华 唐凌虹 李冉 刘佳伦 翁羽 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：一种LNG轻烃分离耦合地热闪蒸/卡琳娜联合循环发电系统,包括LNG轻烃分离系统、地热闪蒸循环系统、卡琳娜循环系统和天然气直接膨胀系统；其中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、卡琳娜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；本发明在提高地热闪蒸/卡琳娜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 geothermal flashing/kalina combined cycle power generation system comprises an LNG light hydrocarbon separation system, a geothermal flashing circulation system, a kalina circulation system and a natural gas direct expansion system; wherein the LNG light hydrocarbon separation system is used for recovering C2+ light hydrocarbon resources; the geothermal flash evaporation circulating system, the kalina circulating system and the natural gas direct expansion system are used for coupling LNG cold energy and medium and low temperature geothermal energy for power generation; the invention improves the efficiency of geothermal flash evaporation/kalina combined cycle power generation, realizes the effective recovery of C2+ light hydrocarbon resources and the efficient complementary utilization of LNG cold energy and geothermal energy, 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轻烃分离耦合地热闪蒸/卡琳娜联合循环发电系统。
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。卡琳娜循环采用氨水混合物作为工质，其吸热蒸发过程为变温过程，可以使热源的放热过程与混合工质的吸热过程曲线更好的匹配，从而最大限度地降低放热过程中的不可逆损失，提高其热能利用效率。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、地热闪蒸循环和卡琳娜循环都只是对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轻烃分离耦合地热闪蒸/卡琳娜联合循环发电系统，该系统将LNG轻烃分离工艺、地热闪蒸循环、卡琳娜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，同时实现了地热能和LNG冷能的高效互补利用，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轻烃分离耦合地热闪蒸/卡琳娜联合循环发电系统，包括LNG轻烃分离系统、地热闪蒸循环系统、卡琳娜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的出口侧分为两部分，一部分连入脱甲烷塔6的入料口I，另一部分连入第一换热器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23，地热水井23的出口侧连入第二节流阀18的进口侧，第二节流阀18的出口侧与第一分离器19的工质进口侧相连通，第一分离器19的液相出口端连入第四换热器13的热流进口侧，第一分离器19的气相出口端连入第二透平膨胀机20的进口侧，第二透平膨胀机20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21的工质进口侧，泵21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22的两个进口侧，第二混合器22的出口侧通入回灌井24；
所述的卡琳娜循环系统包括氨水泵12，氨水泵12的工质出口侧与第四换热器13的冷流进口侧连接，第四换热器13的冷流出口侧接入第二分离器14工质进口侧，第二分离器14的气相出口端与氨气透平膨胀机15的进气口相连通，第二分离器14的液相出口端与第三节流阀16进口侧相连接，氨气透平膨胀机15的出气口与第三节流阀16的出口侧通过第三混合器17连入第一换热器3的热流进口侧，第一换热器3的热流出口侧与氨水泵12的工质进口侧相连通；
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。
所述卡琳娜循环中冷源介质为LNG。
所述卡琳娜循环中循环介质为氨水混合物。
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作为卡琳娜循环的冷源，经LNG冷却后的氨水混合物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，分别为卡琳娜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。
本发明在提高地热闪蒸/卡琳娜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、氨水泵；13、第四换热器；14、第二分离器；15、氨气透平膨胀机；16、第三节流阀；17、第三混合器；18、第二节流阀；19、第一分离器；20、第二透平膨胀机；21、泵；22、第二混合器；23、地热水井；24、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轻烃分离耦合地热闪蒸/卡琳娜联合循环发电系统，包括LNG轻烃分离系统、地热闪蒸循环系统、卡琳娜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的出口侧分为两部分，一部分连入脱甲烷塔6的入料口I，另一部分连入第一换热器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23，地热水井23的出口侧连入第二节流阀18的进口侧，第二节流阀18的出口侧与第一分离器19的工质进口侧相连通，第一分离器19的液相出口端连入第四换热器13的热流进口侧，第一分离器19的气相出口端连入第二透平膨胀机20的进口侧，第二透平膨胀机20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21的工质进口侧，泵21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22的两个进口侧，第二混合器22的出口侧通入回灌井24；
所述的卡琳娜循环系统包括氨水泵12，氨水泵12的工质出口侧与第四换热器13的冷流进口侧连接，第四换热器13的冷流出口侧接入第二分离器14工质进口侧，第二分离器14的气相出口端与氨气透平膨胀机15的进气口相连通，第二分离器14的液相出口端与第三节流阀16进口侧相连接，氨气透平膨胀机15的出气口与第三节流阀16的出口侧通过第三混合器17连入第一换热器3的热流进口侧，第一换热器3的热流出口侧与氨水泵12的工质进口侧相连通；
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。
所述卡琳娜循环中冷源介质为LNG。
所述卡琳娜循环中循环介质为氨水混合物。
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23开采出来的汽水混合物送入第一分离器19中进行气液分离，分离出来的水在第四换热器13中用来加热氨水混合物，分离出来的蒸汽进入第二透平膨胀机20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22中混合，并被输送至回灌井24而回到地下，完成地热闪蒸循环；氨水混合物在第一换热器3中与LNG进行换热，被冷凝的氨水混合物进入氨水泵12中增压，增压后的氨水混合物与第四换热器13中的高温水换热，然后进入第二分离器14中气液分离，气相进入氨气透平膨胀机15中发电，液相经第三节流阀16降压后与完成发电的氨水混合物在第三混合器17中混合后进入第一换热器3中与LNG交换热量，完成卡琳娜循环；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范围当中。