LNG冷能发电与菱镁矿熔炼烟气CO2捕集一体化工艺机理

摘要

液化天然气(LNG)是一种通过低温工艺冷冻液化而成的以甲烷为主的(-162℃、0.14MPa)液体混合物。LNG所蕴含的冷能约为840kWh/tLNG。以此计算，辽宁省每年伴随着LNG进口的高品质的冷能约为75.6×109kWh。在使用时，需要根据终端用户的不同而选择相应的气化压力将LNG重新气化。LNG在气化为天然气的过程中会释放出大量的冷能，传统方法所采用的海水加热气化LNG，不但浪费了冷能，还会影响海洋生态环境。冷能发电是LNG冷能利用的最主要途径之一。近年来，随着温室效应的日益加重，将LNG冷能与温室气体CO2的回收相结合的课题收到国内外越来越多学者的关注。我国辽宁省大石桥市的菱镁矿资源约占全国储量的85％，在其熔炼过程中，每生产1吨氧化镁材料，将伴随产生1.1吨二氧化碳。根据目前大石桥地区的电熔镁生产工艺，产生的烟气不会经过任何处理，直接排放进大气中，对环境造成严重污染。能否将LNG冷能利用与而二氧化碳收集结合起来？本文将展开针对LNG冷能发电与大石桥市电熔镁行业所排放的烟气中CO2的捕集一体化工艺流程的机理性研究。
　　首先，在分析LNG冷能特点、气化曲线分布的基础上，结合LNG冷能及物理(火用)的释放情况以及有机朗肯循环(ORC)的特点，提出了以大石桥地区电熔镁行业所排放烟气为热源，以LNG为冷源的双级朗肯循环发电系统与菱镁矿熔炼过程中CO2回收及空气分离过程一体化工艺基本流程;然后，对此流程进行热力学分析，计算出流程的净发电量，(火用)效率以及冷能利用效率，以期研究理论可行性;其次，研究了LNG气化压力，及有机朗肯循环工质选择对循环性能的影响;最后得到结论。
　　经研究表明:
　　(1)以LNG为冷源，菱镁矿熔炼过程排放烟气为热源的LNG冷能发电与CO2捕集一体化工艺流程符合热力学基本定律，其理论上是可行的;
　　(2)有机朗肯循环(ORC)法LNG冷能发电量可达46.34kWh/tLNG，朗肯发电循环的冷能利用率为44.23％，可获得-194℃的液态空气产品233.30kg/tLNG，空气的实际液化系数Zpr=5.71％，同时可获得液态CO2产品129.29kg/tLNG;
　　(3)影响吨LNG发电量的主要因素是LNG的气化压力，气化压力越低，每吨LNG发电量越大，当气化压力由0.6MPa增加至3.0MPa时，循环净发电量由46.30kWh/tLNG降低至12.63kWh/tLNG，朗肯发电循环的冷能利用率由44.23％降低至31.38％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的背景与意义

1．2 文献综述

1．2．1 LNG冷能利用现状

1．2．2 CO2捕集研究现状

1．3 本文主要研究内容和方法

第2章 LNG的物理(火用)分析

2．1 LNG的组成

2．2 LNG物理(火用)的计算

2．2．1 LNG物性参数的计算

2．2．2 LNG气化模型

第3章 一体化工艺流程的构建及机理分析

3．1 LNG冷能发电与CO2捕集一体化工艺流程的构建

3．1．1 有机朗肯循环特性分析

3．1．2 菱镁矿熔炼过程中产生烟气的特点分析

3．1．3 冷能发电基本流程的构建

3．2 LNG冷能发电与CO2回收一体化工艺流程的机理分析

3．2．1 烟气中CO2的分离过程

3．2．2 液化空气流程的热力学分析

3．2．3 循环参数的确定及热力计算

3．2．4 循环过程的(火用)分析

第4章 系统参数对循环性能的影响

4．1 气化压力对循环性能的影响

4．1．1 气化压力对循环净功的影响

4．1．2 气化压力对升压泵的影响

4．1．3 气化压力对换热器性能的影响

4．2 有机朗肯循环发电工质的选择对循环性能的影响

4．2．1 工质的理化特性及环保性能

4．2．2 有机工质的热力特性

第5章 结论

参考文献

致谢