一種利用lng冷能的礦石熔煉廢氣中二氧化碳的捕集方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種利用液化天然氣冷能，在礦石熔煉產(chǎn)生的廢氣中對二氧化碳的捕集方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
我國菱鎂礦資源豐富，分布廣泛。其中遼寧儲量最為豐富，遼寧菱鎂礦石的儲量、產(chǎn)量及鎂質(zhì)耐火材料生產(chǎn)量、出口量均居世界首位。菱鎂礦總探明儲量30.06X 109t，保有儲量29.19X 109t，占全省的82.2%。根據(jù)菱鎂礦熔煉過程中的主反應(yīng)式可以估算，每生產(chǎn)It的氧化鎂成品，就會伴隨產(chǎn)生1.1t的二氧化碳?xì)怏w。2013年遼寧省生產(chǎn)氧化鎂產(chǎn)品為
7.837X 16 t，以此計算，伴隨產(chǎn)生8.661 X 16 t 二氧化碳?xì)怏w，而這些氣體經(jīng)過簡單的除塵處理，直接被排放到空氣中，可以看出，遼寧省菱鎂礦產(chǎn)業(yè)每年的二氧化碳排放量是相當(dāng)巨大的。目前二氧化碳的捕集過程中，高壓法(8.0MPa)壓縮機(jī)的功耗居高不下是制約其發(fā)展的主要瓶頸，低壓法(1.6MPa~2.5MPa)壓縮機(jī)的功耗相對要小得多，但是需要多次節(jié)流膨脹降壓以獲得額外的冷量，節(jié)流過程存在能量損失，如能找到額外的冷源，可以進(jìn)一步優(yōu)化二氧化碳的捕集方法。
[0003]近年來我國液化天然氣(LNG)市場迅速發(fā)展，2013年遼寧省共進(jìn)口液化天然氣1.87X 16 to LNG —般不能直接加以利用，必須要重新氣化成氣態(tài)天然氣。目前天然氣的氣化方法雖然初期建設(shè)成本低，但是在運行過程中消耗能量的同時，卻沒有回收利用LNG冷能資源，造成極大的浪費。根據(jù)已有研宄，LNG冷能利用可以有多種發(fā)展方式，如冷能發(fā)電、空氣分離、輕烴回收、海水淡化、干冰制造等等。為LNG冷能尋找合適的利用方法和用戶也是節(jié)能降耗的有效途徑。
[0004]針對菱鎂礦熔煉廢氣中二氧化碳的大量無組織排放以及LNG冷能的大量放散問題，本發(fā)明提供了一種液化天然氣冷能利用的菱鎂礦熔煉廢氣中二氧化碳捕集方法，不僅利用了 LNG的液態(tài)冷能制取液態(tài)二氧化碳，同時利用LNG的相變冷能和二氧化碳的廢氣余熱進(jìn)行發(fā)電，真正實現(xiàn)LNG冷能的梯級利用，同時可以降低二氧化碳捕集壓力，從而降低壓縮機(jī)功耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
發(fā)明目的:本發(fā)明通過對菱鎂礦的研宄，對其熔煉過程中產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行捕集，利用了 LNG的液相和氣相冷能制取液態(tài)二氧化碳或干冰，同時利用LNG的相變冷能和二氧化碳的廢氣余熱進(jìn)行發(fā)電，將天然氣溫度從_162°C升到20°C的同時，可大大降低碳的排放量，同時對外輸出電能。
[0005]技術(shù)方案:
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種利用LNG冷能的礦石熔煉廢氣中二氧化碳的捕集方法，其特征在于:利用LNG冷能和礦石熔煉中的廢氣余熱，采用朗肯循環(huán)冷能發(fā)電，使天然氣氣化，同時制取液態(tài)二氧化碳和干冰。
[0006]所述的利用LNG冷能的礦石熔煉廢氣中二氧化碳的捕集方法，其特征在于:具體步驟如下:
液化天然氣從儲罐經(jīng)過泵抽出，進(jìn)入朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電循環(huán)，為冷凝器提供冷量，將發(fā)電系統(tǒng)中的循環(huán)工質(zhì)由氣體冷凝成過冷液體后，液化天然氣溫度升高，進(jìn)入到前端換熱器中；
在二氧化碳?xì)怏w系統(tǒng)中，二氧化碳?xì)怏w從封閉礦熔煉電爐中由風(fēng)機(jī)引出，經(jīng)過除塵器后分為兩路，第一路二氧化碳?xì)怏w經(jīng)蒸發(fā)器后二氧化碳?xì)怏w溫度下降并被液化，之后進(jìn)入混合器中；第二路二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過前端換熱器后，溫度降低并被液化，之后進(jìn)入混合器中；混合后的液態(tài)二氧化碳經(jīng)過末端換熱器，放熱后冷凝成干冰；
在朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電循環(huán)中，液態(tài)工質(zhì)被泵升壓后進(jìn)入蒸發(fā)器中，吸收二氧化碳?xì)怏w的熱量氣化，隨后進(jìn)入透平機(jī)做功發(fā)電，而后進(jìn)入冷凝器中與液化天然氣換熱冷凝成為液體，完成一次循環(huán)。
[0007]所述的利用LNG冷能的礦石熔煉廢氣中二氧化碳的捕集方法，其特征在于:所采用的朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)為兩級朗肯發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)，第一級發(fā)電循環(huán)工作工質(zhì)為乙烯，第二級發(fā)電循環(huán)工作工質(zhì)為乙烷；具體步驟如下:
液化天然氣從儲罐經(jīng)過泵抽出，進(jìn)入雙級朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的第一級發(fā)電循環(huán)，為乙烯冷凝器提供冷量，將發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)乙烯由氣體冷凝成過冷液體后，液化天然氣溫度升高并進(jìn)入末端換熱器中，冷卻經(jīng)混合器混合的二氧化碳，之后液化天然氣進(jìn)入雙級朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的第二級發(fā)電循環(huán)，為乙烷冷凝器提供冷量，將循環(huán)工質(zhì)乙烷冷凝成過冷液體后，液化天然氣溫度進(jìn)一步升高，最后進(jìn)入到前端換熱器中；
在二氧化碳?xì)怏w系統(tǒng)中，二氧化碳?xì)怏w從封閉礦熔煉電爐中由風(fēng)機(jī)引出，經(jīng)過除塵器后分為兩路，第一路二氧化碳?xì)怏w經(jīng)乙烷蒸發(fā)器降溫之后再經(jīng)過乙烯蒸發(fā)器，二氧化碳?xì)怏w溫度繼續(xù)下降并被液化，之后進(jìn)入混合器中；第二路二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過前端換熱器后，溫度降低并被液化，之后也進(jìn)入混合器中；混合后的液態(tài)二氧化碳經(jīng)過末端換熱器，放熱后冷凝成干冰；
在雙級朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的第一級發(fā)電循環(huán)中，液態(tài)乙烯被乙烯泵升壓后進(jìn)入乙烯蒸發(fā)器中，吸收二氧化碳?xì)怏w的熱量氣化，隨后進(jìn)入乙烯透平機(jī)做功發(fā)電，而后進(jìn)入乙烯冷凝器中與液化天然氣換熱冷凝成為液體；在雙級朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的第二級發(fā)電循環(huán)中，液態(tài)乙烷被乙烷泵升壓后進(jìn)入乙烷蒸發(fā)器中吸收二氧化碳?xì)怏w的熱量氣化，隨后進(jìn)入乙烷透平機(jī)做功發(fā)電，而后進(jìn)入乙烷冷凝器中與液化天然氣換熱冷凝成為液體，完成一次循環(huán)。
[0008]所述的礦石熔煉是針對菱鎂礦石的熔煉。
[0009]優(yōu)點及效果:
1、減少菱鎂礦熔煉過程碳排放。本發(fā)明針對菱鎂礦熔煉廢氣中大量排放的二氧化碳，設(shè)計了一種利用LNG冷能的捕集方法，若結(jié)合封閉式菱鎂礦熔煉爐(CN201010190750)，使無組織排放的二氧化碳全部集中捕集，可大大減少菱鎂礦熔煉過程中的碳排放。
[0010]2、增加冷能發(fā)電環(huán)節(jié)。本發(fā)明結(jié)合了兩級朗肯循環(huán)發(fā)電，利用LNG冷能分別液化乙烯和乙烷，利用二氧化碳的顯熱和潛熱氣化乙烯和乙烷并推動透平機(jī)發(fā)電，所發(fā)電能同樣可以供給菱鎂礦熔煉過程。
[0011]3、充分利用LNG冷能。LNG冷能分別用于冷凝乙烯，制取干冰，冷凝乙烷，制取液態(tài)二氧化碳，溫度由_162°C逐步升高至20°C，如此可以充分利用LNG冷能，實現(xiàn)溫度對口，梯級利用。
[0012]4、取消二氧化碳壓縮機(jī)。LNG低溫足以在0.15MPa左右使二氧化碳液化，因此不需要壓縮二氧化碳使其增壓，只需引風(fēng)機(jī)將二氧化碳?xì)怏w從電弧爐中引出，如此可以大幅降低二氧化碳的捕集功耗，比現(xiàn)有低壓法(2.0MPa)可節(jié)能70%以上。
[0013]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明的利用LNG冷能的菱鎂礦熔煉廢氣中二氧化碳的捕集方法示意圖。
[0014]圖中所示:儲罐I，泵2，乙烯冷凝器3，末端換熱器4，混合器5，乙烷冷凝器6，前端換熱器7，熔煉電爐8，除塵器9，乙烷透平機(jī)10，乙烷蒸發(fā)器11，乙烷泵12，乙烯透平機(jī)13，乙烯蒸發(fā)器14，乙烯泵15。
[0015]【具體實施方式】:
本發(fā)明一種利用LNG冷能的礦石熔煉廢氣中二氧化碳