【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于液化天然氣(lng)冷能發(fā)電領(lǐng)域，涉及一種以膜分離器變組分調(diào)控的共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、由于全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，在過去的幾十年里，能源需求以每年2.4％的速度攀升。天然氣是為現(xiàn)代社會(huì)提供動(dòng)力的最清潔的化石燃料之一，由于其可運(yùn)輸、燃燒效率高、對(duì)溫室氣體排放貢獻(xiàn)小等優(yōu)點(diǎn)，已成為增長(zhǎng)最快的一次能源。這些理想的特性使天然氣成為彌合傳統(tǒng)能源和未來可再生能源之間差距的絕佳選擇。天然氣開采出來為氣態(tài)，為了便于儲(chǔ)存和提高運(yùn)輸效率，天然氣在低溫下被液化為液化天然氣(liquefied?naturalgas,lng)。1立方米lng含有約625立方米的天然氣，使得lng的能量密度明顯高于天然氣。lng在使用前又需將其再汽化，由于lng與環(huán)境之間溫差較大，在汽化過程中將會(huì)釋放大量的冷能，傳統(tǒng)lng汽化工藝中，lng所具有的冷能通常傳遞給海水或空氣，并沒有加以利用，造成能源極度浪費(fèi)。目前l(fā)ng冷能利用方法包括空氣液化分離、輕烴分離、海水淡化、精制乙烯、干冰制造、冷能發(fā)電、食品冷凍和橡膠粉碎等。其中l(wèi)ng冷能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈短、不受外界因素干擾、可回收大部分溫度段的冷能，因此受到的廣泛的關(guān)注。
2、目前主要實(shí)際應(yīng)用的lng冷能發(fā)電方法為朗肯循環(huán)法，國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者主要圍繞提升朗肯循環(huán)的性能以提高對(duì)lng冷能的利用效率，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和循環(huán)工質(zhì)的設(shè)計(jì)兩方面的研究。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要分為單一回路朗肯循環(huán)的串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)的方式；借鑒余熱回收和可再生能源利用經(jīng)驗(yàn)的co2循環(huán)和kalina循環(huán)；借鑒天然氣液化系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)
3、不同于余熱回收和可再生能源利用系統(tǒng)，對(duì)于利用液化天然氣冷能發(fā)電熱力學(xué)循環(huán)的主要特征在于：在整個(gè)工作溫度區(qū)間內(nèi)，熱源的溫度變化極小，可近似認(rèn)為是等溫的，而冷源溫度變化巨大。如果采用純工質(zhì)，由于其恒溫相變的特性，無法與lng汽化過程的冷源側(cè)的溫度曲線形成良好匹配；而采用具有變溫相變的特性的非共沸工質(zhì)，可以與lng冷源側(cè)匹配良好，卻無法與海水熱源側(cè)形成良好匹配。因此無論是純工質(zhì)還是非共沸工質(zhì)，均存在單一側(cè)的溫度匹配良好，但無法滿足溫度曲線在吸熱側(cè)和放熱側(cè)的協(xié)同匹配的問題。
4、綜上所述，需要尋找合適的工質(zhì)，設(shè)計(jì)一種滿足lng冷能發(fā)電系統(tǒng)冷熱源溫度特性的動(dòng)力循環(huán)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述問題，本專利技術(shù)提出一種以膜分離器變組分調(diào)控的共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)。通過共沸工質(zhì)的特性發(fā)現(xiàn)，共沸工質(zhì)在共沸組分下的相變過程中不會(huì)發(fā)生溫度滑移，而在其他組分下會(huì)發(fā)生溫度滑移，這一特性使得共沸工質(zhì)與熱源和冷源均能形成良好的溫度匹配，但是在此過程中需要改變共沸工質(zhì)的組分。在化工領(lǐng)域，常用的分離共沸物的方法有恒沸精餾、萃取精餾和膜分離法。其中膜分離法與另兩種方法相比具有能耗低、單相分離、不加入其他組元等優(yōu)勢(shì)，因此選擇膜分離法對(duì)共沸工質(zhì)組分進(jìn)行調(diào)控。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案：
3、一種以膜分離器變組分調(diào)控的共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，包括工質(zhì)蒸發(fā)器1、第一膨脹機(jī)2、工質(zhì)加熱器3、膜分離器4、第二膨脹機(jī)5、第一級(jí)冷凝器6、第一工質(zhì)泵7、第二級(jí)冷凝器8、第二工質(zhì)泵9、混合器10和再熱器11；
4、本專利技術(shù)的共沸工質(zhì)組元選擇烷烴、烯烴類工質(zhì)(hc)和氫氟烴類工質(zhì)(hfc)的混合物，以10℃下的共沸組分進(jìn)入膜分離器。經(jīng)過refprop狀態(tài)方程的預(yù)測(cè)，可供選擇的共沸工質(zhì)如下：五氟乙烷(r125)和丙烷(r290)的二元共沸物，其摩爾組成為64.3％?r125，35.7％r290，共沸壓力為1102kpa；五氟乙烷(r125)和丙烯(r1270)的二元共沸物，其摩爾組成為61.6％?r125，39.4％?r1270，共沸壓力為1032kpa；四氟乙烷(r134a)和丙烷(r290)的二元共沸物，其摩爾組成為37.9％?r134a，62.1％?r290，共沸壓力為775kpa；三氟乙烷(r143a)和丙烷(r290)的二元共沸物，其摩爾組成為62.4％?r143a，37.6％?r290，共沸壓力為1004kpa；三氟乙烷(r143a)和丙烯(r1270)的二元共沸物，其摩爾組成為57.3％?r143a，42.7％?r1270，共沸壓力為939kpa；二氟甲烷(r32)和丙烷(r290)的二元共沸物，其摩爾組成為65.9％?r32，34.1％?r290，共沸壓力為1340kpa；二氟甲烷(r32)和丙烯(r1270)的二元共沸物，其摩爾組成為60.9％r32，39.1％?r1270，共沸壓力為1503kpa；根據(jù)不同共沸工質(zhì)的物性條件，輸入系統(tǒng)的參數(shù)的運(yùn)行范圍如下，第一膨脹機(jī)2出口壓力范圍為1/5共沸壓力～1/2共沸壓力，第二膨脹機(jī)5出口壓力范圍為5～20kpa，膜滲透?jìng)?cè)壓力范圍為100-300kpa。
5、共沸組分在蒸發(fā)器1內(nèi)由海水加熱變?yōu)檎羝麪顟B(tài)進(jìn)入第一膨脹機(jī)2進(jìn)行膨脹做功，然后第一膨脹機(jī)2的乏汽經(jīng)過工質(zhì)加熱器3與海水進(jìn)行換熱，經(jīng)過加熱的工質(zhì)進(jìn)入到膜分離器4進(jìn)行分離，在壓差的作用下，共沸組分的工質(zhì)分為壓力不同的兩股非共沸工質(zhì)，其中膜分離器4滲余側(cè)工質(zhì)進(jìn)入第二膨脹機(jī)5膨脹做功，第二膨脹機(jī)5出口乏氣在第一級(jí)冷凝器6中經(jīng)lng冷凝后，通過第一工質(zhì)泵7加壓升溫；膜分離器4滲透?jìng)?cè)工質(zhì)進(jìn)入第二級(jí)冷凝器8，被lng完全冷凝為液態(tài)后，進(jìn)入第二工質(zhì)泵9進(jìn)行加壓；經(jīng)第一工質(zhì)泵7和第二工質(zhì)泵9加壓的兩股非共沸組分物流在混合器10中混合后，再回到蒸發(fā)器1中形成共沸組分，進(jìn)行下一次循環(huán)。
6、lng氣化過程為裝有原料液lng的lng儲(chǔ)罐通過lng管道依次與第一級(jí)冷凝器6、第二級(jí)冷凝器8和再熱器11相連；lng儲(chǔ)罐中的lng首先對(duì)第二膨脹機(jī)5出口的非共沸組分進(jìn)行冷凝，然后將第一級(jí)冷凝器6的冷側(cè)出口與第二級(jí)冷凝器8的冷側(cè)進(jìn)口相連，使得lng繼續(xù)對(duì)進(jìn)入第二級(jí)冷凝器8的非共沸組分進(jìn)行冷凝，之后將第二級(jí)冷凝器8出口的lng通過再熱器11與海水進(jìn)行熱交換，最后將加熱到管網(wǎng)輸送溫度的天然氣送入管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了lng冷能的多級(jí)利用。
7、本專利技術(shù)的有益效果：
8、(1)以共沸混合物作為工質(zhì)，可將吸熱和放熱過程的溫度曲線在等溫和變溫之間切換，實(shí)現(xiàn)整個(gè)循環(huán)的高效溫度匹配。共沸組分下不存在組分遷移，換熱系數(shù)強(qiáng)度高于非共沸工質(zhì)，易于提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和操作性。
9、(2)以均相分離調(diào)控組分，不依賴與工質(zhì)的相平衡特性，可用于共沸體系的分離。進(jìn)料無需相變，相比于兩相分離能耗更低。可通過組分和流量以改變熱容率，從而調(diào)控吸熱或者放熱過程的換熱曲線。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種以膜分離器變組分調(diào)控的共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)包括工質(zhì)蒸發(fā)器(1)、第一膨脹機(jī)(2)、工質(zhì)加熱器(3)、膜分離器(4)、第二膨脹機(jī)(5)、第一級(jí)冷凝器(6)、第一工質(zhì)泵(7)、第二級(jí)冷凝器(8)、第二工質(zhì)泵(9)、混合器(10)和再熱器(11)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述的共沸工質(zhì)選擇：五氟乙烷R125和丙烷R290的二元共沸物，其摩爾組成為64.3％R125，35.7％R290，共沸壓力為1102kPa；五氟乙烷R125和丙烯R1270的二元共沸物，其摩爾組成為61.6％R125，39.4％R1270，共沸壓力為1032kPa；四氟乙烷R134a和丙烷R290的二元共沸物，其摩爾組成為37.9％R134a，62.1％R290，共沸壓力為775kPa；三氟乙烷R143a和丙烷R290的二元共沸物，其摩爾組成為62.4％R143a，37.6％R290，共沸壓力為1004kPa；三氟乙烷R143a和丙烯R1270的二元共沸物，其摩爾組成為57.3％R143a，42.7％R1270，共沸壓力為93
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)不同共沸工質(zhì)的物性條件，輸入系統(tǒng)的參數(shù)的運(yùn)行范圍如下：第一膨脹機(jī)(2)出口壓力為1/5共沸壓力～1/2共沸壓力，第二膨脹機(jī)(5)出口壓力為5～20kPa，膜滲透?jìng)?cè)壓力為100-300kPa。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種以膜分離器變組分調(diào)控的共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)包括工質(zhì)蒸發(fā)器(1)、第一膨脹機(jī)(2)、工質(zhì)加熱器(3)、膜分離器(4)、第二膨脹機(jī)(5)、第一級(jí)冷凝器(6)、第一工質(zhì)泵(7)、第二級(jí)冷凝器(8)、第二工質(zhì)泵(9)、混合器(10)和再熱器(11)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共沸工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述的共沸工質(zhì)選擇：五氟乙烷r125和丙烷r290的二元共沸物，其摩爾組成為64.3％r125，35.7％r290，共沸壓力為1102kpa；五氟乙烷r125和丙烯r1270的二元共沸物，其摩爾組成為61.6％r125，39.4％r1270，共沸壓力為1032kpa；四氟乙烷r134a和丙烷r290的二元共沸物，其摩爾組成為37.9％r134a，62.1％r290，共沸壓力為775kpa；三氟乙...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鮑軍江，王金鳳，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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