CN104864682B - 一种天然气管网压力能回收利用方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气管网压力能回收利用方法和系统，所述方法包括：原料天然气通过变压吸附和不可逆吸附进行净化，而后进入第一压缩机进行压缩，再进入第一换热器进行换热后重烃分离，分离出的第一气相分为两路，第一路进入第二换热器，第二路进入膨胀机；第一路天然气换热后进入气液分离器，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，与第一路天然气完成换热后，从第二换热器输出，与来自重烃分离器的第一液相混合，再进入第一换热器，与原料天然气完成换热，后输送到界外。通过本发明，节约了现有天然气升温所消耗的燃料，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高了液化天然气的产量，提高了压力能的利用效率，实现了节能降耗。
Description
技术领域
本发明属于矿产资源开发与利用技术领域，具体涉及一种天然气管网压力能回收利用方法及系统。
背景技术
天然气是一种清洁的能源和化工原料，我国天然气长输管道采用高压输气，如“西气东输”和“陕-京二线”等输气压力都达到了10MPa。上游天然气通过高压管网送至各城市门站或大型用户。各天然气门站需要将高压天然气减压至0.4MPa后才能进入下游管网供用户使用。现有调压方式一般为通过节流阀节流膨胀降压，但是这种调压方式导致不能将管网压力能回收利用。另外，为了消除降压过程中产生的低温，往往用燃气锅炉产生的热水对天然气进行加热，造成能源浪费。若能将这部分压力能加以回收利用，一方面可以提高能源利用率降低管网的运行成本，另一方面可以降低调压过程中的噪音及对设备的损伤。
现有技术中，天然气压力能回收利用方案通常是通过气波制冷机、膨胀机等特定设备回收天然气管网的压力能，即将天然气膨胀降压后产生机械能和冷量，应用在发电、制冰、空调、天然气液化和轻烃分离等方面。其中，压力能发电工艺要求天然气的流量和压力相对稳定，但是天然气的使用存在严重的不均匀性，所以无法满足发电设备的稳定运行，并且天然气调压站的布局较为分散，而小型电力系统不具备上网的条件，不利于建设大型电力回收系统，只能在门站内自用，多余的电量不能储存造成浪费。天然气液化方面，由于天然气在常压下的液化温度为-162℃，所需的冷能品味较高，采用的低温压缩机依赖于进口，造价高、能耗大。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种天然气管网压力能回收利用方法及系统，以充分的利用天然气降压过程中的压力能，优化调压方法，提高天然气工业的能源利用效率。
本发明实施例的目的是提供一种天然气管网压力能回收利用方法及系统，以充分的利用天然气降压过程中的压力能，优化调压方法，提高天然气工业的能源利用效率。
根据本发明的一个方面，提供了一种天然气管网压力能回收利用方法，所述方法包括如下步骤：
通过变压吸附对原料天然气进行净化；
在所述通过变压吸附对原料天然气进行净化后，再通过不可逆吸附对所述原料天然气进行净化；
所述压缩后的原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器，与来自第一换热器第二进口的天然气在所述第一换热器内进行换热；
所述第一换热器第一进口的天然气在换热完成后，从第一换热器第一出口输出并进入重烃分离罐，分离出的第一液相与来自第二换热器第二出口的天然气混合；分离出的第一气相分为第一路天然气和第二路天然气，所述第一路天然气从第二换热器的第一进口进入第二换热器，所述第二路天然气进入膨胀机；所述第二换热器第一进口的第一路天然气与来自第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内进行换热；
所述第一路天然气在所述第二换热器内完成换热后从第二换热器的第一出口输出并经过节流后进入气液分离器，分离出的第二液相经过节流后进入液化天然气储罐，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，从第二换热器的第二进口进入第二换热器；所述膨胀机与所述第一压缩机同轴；
所述第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内完成换热后，从所述第二换热器的第二出口输出，与来自重烃分离罐的第一液相混合后，从所述第一换热器的第二进口进入第一换热器，并在所述第一换热器内完成换热后，从所述第一换热器的第二出口输送到界外。
上述方案中，所述方法还包括：在所述通过变压吸附对原料天然气进行净化后且在所述通过不可逆吸附对所述原料天然气进行净化前、或在所述原料天然气进入第一压缩机后且在进入第一换热器前，通过变温吸附对所述原料天然气进行净化。
上述方案中，所述方法还包括：所述原料天然气净化完成后、进入第一换热器之前，经过过滤器进行除尘。
上述方案中，所述方法还包括：所述从第一换热器的第二出口输出的天然气在输送到界外之前，分出一股作为变压吸附和/或变温吸附的再生气。
上述方案中，所述方法还包括：将所述液化天然气储罐中的天然气与进入第一换热器第一进口之前的原料天然气进行换热，换热完成后，将来自于所述液化天然气储罐中的天然气分为第一股天然气和第二股天然气，所述第一股天然气作为再生气加热用的燃料气，对所述第二股天然气进行压缩后，作为变压吸附子系统、和/或变温吸附子系统的再生气或输送到外界。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种天然气管网压力能回收利用系统，所述系统包括：变压吸附净化子系统、不可逆吸附子系统、第一压缩机、第一换热器、第二换热器、重烃分离罐、膨胀机、气液分离器、液化天然气储罐；其中，
所述变压吸附净化子系统设置在所述第一压缩机之前，用于通过变压吸附对原料天然气进行净化；
所述不可逆吸附子系统设置在变压吸附子系统与所述第一压缩机之间，用于在所述通过变压吸附对原料天然气进行净化后，在所述原料天然气进入第一压缩机前，再通过不可逆吸附对所述原料天然气进行净化；
所述第一压缩机设置在所述变压吸附净化子系统与第一换热器之间，用于所述原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器之前的压缩；
所述第一换热器包括第一进口、第二进口、第一出口、第二出口，所述第一进口用于压缩后的原料天然气的进入，第一出口用于第一进口天然气的输出，所述第二进口用于来自第二换热器第二出口的天然气和来自重烃分离罐的第一液相的混合天然气的进入，第二出口用于第二进口的天然气的输出，所述第二出口与界外相通；所述第一换热器用于第一进口的天然气与第二进口的天然气的换热；
所述第二换热器包括第一进口、第二进口、第一出口、第二出口；所述第一出口用于第一进口天然气的输出，并与所述气液分离器的进口相连，所述第二出口用于第二进口天然气的输出，并与所述第一换热器的第二进口相连，所述第二换热器用于第一进口的天然气与第二进口的天然气的换热；
所述重烃分离罐与所述第一换热器第一出口相连，包括第一液相支路、第一气相支路，所述第一气相支路分为第一路气相和第二路气相；所述第一液相支路与所述第二换热器的第二出口相连，所述第一路气相与第二换热器的第一进口相连，所述第二路气相与所述膨胀机的进口相连；
所述膨胀机的出口与所述第二换热器的第二进口相连；所述第一压缩机与所述膨胀机同轴；
所述气液分离器包括第二液相支路和第二气相支路，所述第二液相支路与所述液化天然气储罐相连，所述第二气相支路与所述第二换热器的第二进口相连；
上述所有相连均通过管道实现。
上述方案中，所述系统还包括：变温吸附净化子系统，设置在变压吸附子系统与不可逆吸附子系统之间，或设置在第一压缩机与第一换热器之间，用于通过不可逆吸附对所述原料天然气进行净化。
上述方案中，所述系统还包括：过滤器，设置在第一换热器之前，与第一换热器的第一进口相连，用于对所述原料天然气进行除尘。
上述方案中，所述系统还包括：再生气支路，所述再生气支路与所述第一换热器的第二出口相连，用于输出的天然气在输送到界外之前，分出一股作为变压吸附子系统、和/或变温吸附子系统的再生气。
上述方案中，所述系统还包括：第三换热器，第二压缩机；其中，
所述第三换热器与再生气支路相连，并与第二压缩机相连，用于对来自液化天然气储罐的天然气与进入第一换热器第一进口之前的原料天然气进行换热，将换热后的第一股天然气送入再生气支路，将换热后的第二股天然气送入第二压缩机；
所述第二压缩机与变压吸附子系统、和/或变温吸附子系统、和/或不可逆吸附子系统相连，用于对所述第二股天然气进行压缩；或，所述第二压缩机与外界相通，将所述第二股天然气输送到界外。
本发明实施例所提供的天然气管网压力能回收利用方法，通过变压吸附和不可逆吸附对原料天然气进行净化；所述净化后的原料天然气进入第一压缩机进行压缩；原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器进行换热，而后从第一换热器第一出口输出并进入重烃分离罐，分离出的第一液相与来自第二换热器第二出口的天然气混合；分离出的第一气相分为第一路天然气和第二路天然气，所述第一路天然气从第二换热器的第一进口进入第二换热器，所述第二路天然气进入膨胀机；第一路天然气与来自第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内进行换热，而后从第二换热器的第一出口输出并经过节流后进入气液分离器，分离出的第二液相经过节流后进入液化天然气储罐，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，从第二换热器的第二进口进入第二换热器，而后所述混合气体与第一路天然气完成换热后，从所述第二换热器的第二出口输出，与来自重烃分离罐的第一液相混合后，从所述第一换热器的第二进口进入第一换热器，并在所述第一换热器内完成换热后，从所述第一换热器的第二出口输送到界外。本发明实施例的压力能回收利用方法，取代了现有调压站的降压工艺，节约了现有天然气升温所消耗的燃料，有效的回收了压力能，同时，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高液化天然气的产量，有效提高了压力能的利用效率，达到了节能降耗的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的天然气管网的压力能回收利用方法流程图；
图2为本发明实施例2的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图3为本发明实施例3的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图4为本发明实施例4的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图5为本发明实施例5的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图6为本发明实施例6的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图7为本发明实施例7的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图8为本发明实施例8的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图9为本发明实施例9的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图10为本发明实施例10的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图11为本发明实施例11的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图12为本发明实施例12的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图13为本发明实施例13的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图14为本发明实施例14的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图15为本发明实施例15的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图16为本发明实施例16的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图17为本发明实施例17的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图18为本发明实施例18的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图；
图19为本发明实施例19的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
附图标记说明：
1-变压吸附净化子系统；2-变温吸附净化子系统；3-不可逆吸附净化子系统；4-第一压缩机；5-第一换热器；6-重烃分离罐；7-第二换热器；8-膨胀机；9-气液分离器；10-液化天然气储罐；11-第三换热器；12-第二压缩机；13-水冷器；14-过滤器。
具体实施方式
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面详细描述本发明的实施方式，通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明通过对调压工艺的优化，有效的回收了压力能，同时，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高液化天然气的产量，有效提高了压力能的利用效率，达到了节能降耗的目的。下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明实施例一的天然气管网的压力能回收利用方法流程图。
如图1所示，本实施例的天然气管网压力能回收利用方法，包括如下步骤：
步骤S101，通过变压吸附对原料天然气进行净化。
这里的变压吸附，可以通过变压吸附子系统实现。变压吸附的过程根据天然气的成分含量确定工艺，如脱水、脱酸气、脱汞、脱碳、脱重烃。通常情况下，采用变压吸附工艺脱除天然气中的水、酸性气体和汞。
上述净化过程，通过变压吸附后，还可以进行变温吸附、和/或不可逆吸附。一般净化处理后天然气中H2O《1ppm，CO2《50ppm，Hg<0.01ug/N·m3。还可以采用分子筛吸附脱除碳。通常情况下可以采用两级分子筛。
步骤S102，所述净化后的原料天然气进入第一压缩机进行压缩。
所述原料天然气进入第一压缩机进行压缩。这里的第一压缩机，与本实施例中的
膨胀机同轴，在第一压缩机与膨胀机之间，还可以设置变速器。当膨胀机的输出功率足以带
动第一压缩机工作时，控制系统控制膨胀机的输出轴与变速器的输入端连接，变速器的输
出端与第一压缩机连接，由膨胀机带动第一压缩机工作。当前端气量不稳定时，膨胀机的功
率不足以带动第一压缩机工作时，控制系统控制断开连接，第一压缩机不工作。
对于步骤S101和步骤S102而言，通常情况下，净化过程和压缩过程是可以互换顺
序的。本实施例将变压吸附设置在压缩过程之前，是由于变压吸附的过程会造成天然气温
度降低，再对天然气进行压缩，使天然气温度升高，从而不会造成能源的浪费。
优选的，在变压吸附并压缩过程完成后、天然气进入第一换热器之前，对所述天然气再进行变温吸附、和/或不可逆吸附。
优选的，在变压吸附之后、压缩过程之前，对所述原料天然气进行变温吸附；变温吸附且压缩过程之后，再对所述原料天然气进行不可逆吸附。
优选的，在变压吸附之后、原压缩过程之前，对所述原料天然气进行变温吸附和不可逆吸附，不可逆吸附完成后，再进行压缩。
步骤S103，原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器，与来自第一换热器第二进口的天然气在所述第一换热器内进行换热。
这里的原料天然气，可以是来自门站的天然气。
优选的，原料天然气在进入第一换热器之前，经过水冷器。还可以经过过滤器，进行除尘。
步骤S104，所述第一换热器第一进口的天然气在换热完成后，从第一换热器第一出口输出并进入重烃分离罐，分离出的第一液相与来自第二换热器第二出口的天然气混合；分离出的第一气相分为第一路天然气和第二路天然气，所述第一路天然气从第二换热器的第一进口进入第二换热器，所述第二路天然气进入膨胀机；所述第二换热器第一进口的第一路天然气与来自第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内进行换热。
优选的，本步骤中的膨胀机工作同轴带动第一压缩机工作，将膨胀产生的机械能转变成第一压缩机的动能，给上游高压管线来的天然气增压，提高了系统的进气压力，有效提高了压力能的利用效率。同时，将转化得到的冷量用于生产液化天然气(Liquefiednatural gas,LNG)，提高LNG产量。所述膨胀机为一级膨胀机或多级膨胀机。
优选的，本步骤中重烃分离罐的操作温度在-30℃至-70℃。
步骤S105，所述第一路天然气在所述第二换热器内完成换热后从第二换热器的第一出口输出并经过节流后进入气液分离器，分离出的第二液相经过节流后进入液化天然气储罐，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，从第二换热器的第二进口进入第二换热器。
优选的，本步骤中，将所述液化天然气储罐中的天然气与进入第一换热器第一进口之前的原料天然气进行换热，换热完成后，将来自于所述液化天然气储罐中的天然气分为第一股天然气和第二股天然气，所述第一股天然气作为再生气加热用的燃料气；对所述第二股天然气进行压缩后，作为变压吸附子系统和/或变温吸附子系统的再生气或输送到界外。这里的界外，可以是与所述门站相对应的下游天然气管网。这里的压缩，进一步为：所述第二股天然气先进入第二压缩机的第一段，压缩完成后从所述第二压缩机第一段出口输出，与所述再生气进行换热，再进入第二压缩机的第二段。本步骤中，所述气液分离器设置的操作压力不小于膨胀机出口压力。优选的，所述气液分离器设置的操作压力比膨胀机出口压力高0.1-0.01Mpa。
优选的，本步骤中，将所述液化天然气储罐中的天然气进入第二换热器进行换热，换热完成后输出，再进入第一换热器进行换热，换热完成后，进入第一换热器第一进口之前的原料天然气进行换热，换热完成后，将来自于所述液化天然气储罐中的天然气分为第一股天然气和第二股天然气，所述第一股天然气作为再生气加热用的燃料气；对所述第二股天然气进行压缩后，作为变压吸附子系统和/或变温吸附子系统的再生气或输送到界外。
这里的界外，可以是与所述门站相对应的下游天然气管网。这里的压缩，进一步为：所述第二股天然气先进入第二压缩机的第一段，压缩完成后从所述第二压缩机第一段出口输出，与所述再生气进行换热，再进入第二压缩机的第二段。本步骤中，所述气液分离器设置的操作压力不小于膨胀机出口压力。优选的，所述气液分离器设置的操作压力比膨胀机出口压力高0.1-0.01Mpa。
需要说明的是，本实施例及其他实施例中提及的净化子系统指的是变压吸附子系统、和/或变温吸附子系统、和/或不可逆吸附子系统。
步骤S106，所述第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内完成换热后，从所述第二换热器的第二出口输出，与来自重烃分离罐的第一液相混合后，从所述第一换热器的第二进口进入第一换热器，并在所述第一换热器内完成换热后，从所述第一换热器的第二出口输送到界外。
这里的界外，可以是与所述门站相对应的下游天然气管网。
本步骤中，所述从第一换热器的第二出口输出的天然气在输送到外界之前，分出一股作为变压吸附子系统、和/或变温吸附子系统的再生气。对所述再生气加热时，采用电或者天然气。优选的，先采用热泵地源和/或空气泵热源加热，然后再用燃料气加热。
本发明实施例的压力能回收利用方法，取代了现有调压站的降压工艺，先变压吸附再压缩的设置，考虑变压吸附入口气体温度较低时，吸附效果更好，因此选择变压吸附后再压缩，否则先压缩后的气体温度较高，会影响变压吸附的净化效果节约了现有天然气升温所消耗的燃料，有效的回收了压力能，节约了现有天然气升温所消耗的燃料，有效的回收了压力能，同时，膨胀机工作同轴带动压缩机工作，将膨胀产生的机械能转变成压缩机的动能，给上游高压管线来的天然气增压，提高了系统的进气压力，有效提高了压力能的利用效率，此外，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高液化天然气的产量，有效提高了压力能的利用效率，达到了节能降耗的目的。
图2为本发明实施例2的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图2所示，本实施例的天然气管网的压力能回收利用系统，包括：变压吸附净化子系统1、第一压缩机4、第一换热器5、第二换热器7、重烃分离罐6、膨胀机8、气液分离器9、液化天然气储罐10；其中，
所述变压吸附净化子系统(PSA，)1设置在所述第一压缩机4之前，用于通过变压吸附对原料天然气进行净化；
所述第一压缩机4设置在所述变压吸附净化子系统1与第一换热器5之间，用于所述原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器5之前的压缩；
所述第一换热器5包括第一进口、第二进口、第一出口、第二出口，所述第一进口用于压缩后的原料天然气的进入，第一出口用于第一进口天然气的输出，所述第二进口用于来自第二换热器第二出口的天然气和来自重烃分离罐的第一液相的混合天然气的进入，第二出口用于第二进口的天然气的输出，所述第二出口与界外相通；所述第一换热器5用于第一进口的天然气与第二进口的天然气的换热；
所述第二换热器7包括第一进口、第二进口、第一出口、第二出口；所述第一出口用于第一进口天然气的输出，并与所述气液分离器的进口相连，所述第二出口用于第二进口天然气的输出，并与所述第一换热器的第二进口相连，所述第二换热器用于第一进口的天然气与第二进口的天然气的换热；
所述重烃分离罐6与所述第一换热器5第一出口相连，包括第一液相支路、第一气相支路，所述第一气相支路分为第一路气相和第二路气相；所述第一液相支路与所述第二换热器的第二出口相连，所述第一路气相与第二换热器的第一进口相连，所述第二路气相与所述膨胀机8的进口相连；
所述膨胀机8的出口与所述第二换热器7的第二进口相连；所述第一压缩机4与所述膨胀机8同轴；
所述气液分离器9包括第二液相支路和第二气相支路，所述第二液相支路与所述液化天然气储罐相连，所述第二气相支路与所述第二换热器的第二进口相连；
上述所有相连均通过管道实现。
优选的，所述系统还包括再生气支路，所述再生气支路与所述第一换热器的第二出口相连，用于输出的天然气在输送到界外之前，分出一股作为变压吸附子系统1的再生气。
优选的，所述系统还包括：第三换热器11，第二压缩机12；其中，
所述第三换热器11与再生气支路相连，并与第二压缩机12相连，用于对来自液化天然气储罐的天然气与进入第一换热器第一进口之前的压缩后的原料天然气进行换热，将换热后的第一股天然气送入再生气支路，将换热后的第二股天然气送入第二压缩机12；
所述第二压缩机12与变压吸附子系统1相连，用于对所述第二股天然气进行压缩；或，所述第二压缩机与外界相通，将所述第二股天然气输送到界外。
优选的，本实施例的系统还可以包括冷却器13，设置在第一换热器5之前，用于天然气的冷却。
优选的，本实施例的系统还可以包括过滤器14，设置在第一换热器5之前或第一换热器5与冷却器13之间，用于除尘。过滤器14在图2中示出，在其他附图中并未示出，但其他附图中所示的系统依然可以包括所述滤器14。
下面结合附图2，对本实施例的压力能回收利用系统的工作流程进行说明。
如图2所示，利用本实施例的压力能回收利用系统进行压力能回收利用过程中，来自门站的天然气A经过变压吸附子系统1进行净化，脱除水、酸性气体、烃类和汞等，净化完成后天然气进入压缩机4进行压缩，加压后成为高压天然气B，B经换热器11与来自液化天然气储罐的天然气(BOG气体)换热，并经13冷却器冷却后，成为净化后的高压天然气C。C进入第一换热器5换热降温为低温高压天然气E，进入重烃分离罐6，去除重烃的低温高压天然气分两路，一路F进入第二换热器7进一步换热降温，一路K进入膨胀机8进行减压膨胀，膨胀过程产生的体积变化形成机械能，通过与膨胀机8同轴的第一压缩机4，转化为对来自门站的天然气A进行压缩增压。经膨胀后的低温低压天然气S温度进一步降低，进入第二换热器7换热升温为低温低压天然气N，进入第一换热器5换热升温为常温低压天然气O。O分为两路，一路P进入下游天然气管网。另一路Q与LNG储罐来10的BOG气体R混合，作为净化系统的再生气Z。
F进入第二换热器7进一步换热降温为低温高压天然气H，经节流减压进入LNG气液分离器9进行气液分离，产生的低温高压天然气L经减压与膨胀后的低温低压天然气S混合进入第二换热器7。经重烃分离罐6分离出的重烃物质G和经第二换热器7换热的天然气N混合，进入第一换热器5。经LNG气液分离器9分离后的液化天然气I，进入LNG储罐10。
LNG储罐10的低压低温BOG气体Y经换热器11与B换热后，经压缩机12增压，成为气体R，进入再生气Z管道，作为PSA的再生气。再生结束后，再生气W，进入下游天然气管网。
本发明实施例的压力能回收利用系统，取代了现有调压站的降压工艺，先变压吸附再压缩的设置，考虑变压吸附入口气体温度较低时，吸附效果更好，因此选择变压吸附后再压缩，否则先压缩后的气体温度较高，会影响变压吸附的净化效果节约了现有天然气升温所消耗的燃料，有效的回收了压力能，同时，膨胀机工作同轴带动压缩机工作，将膨胀产生的机械能转变成压缩机的动能，给上游高压管线来的天然气增压，提高了系统的进气压力，有效提高了压力能的利用效率，此外，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高液化天然气的产量，有效提高了压力能的利用效率，达到了节能降耗的目的。
图3为本发明实施例3的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图3所示，本实施例与实施例2基本相同，所不同的是，不包括第三换热器，液化天然储罐中输出的BOG气体进入第二换热器进行换热，换热完成后输出，再进入第一换热器进行换热，在第一换热器内完成换热后再进入第二压缩机12。
图4为本发明实施例4的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图4所示，本实施例与实施例2基本相同，所不同的是，本实施例系统还包括变温吸附子系统2。
所述变温吸附子系统2设置于变压吸附子系统1和第一压缩机4之间，用于天然气的进一步净化。相应的，来自第一换热器5的第二出口的天然气的再生气支路，分为两股，一股作为变温吸附子系统2的再生气，另一股作为变压吸附子系统1的再生气；来自第二压缩机12的BOG气体作为再生气的燃料气，也分为两股，一股作为变温吸附子系统2的再生气的燃料气，另一股作为变压吸附子系统1的再生气的燃料气。
图5为本发明实施例5的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图5所示，本实施例与实施例4基本相同，所不同的是，不包括第三换热器，液化天然储罐中输出的BOG气体进入第二换热器进行换热，换热完成后输出，再进入第一换热器进行换热，在第一换热器内完成换热后再进入第二压缩机12。
图6为本发明实施例6的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图6所示，本实施例与实施例4基本相同，所不同的是，所述变温吸附子系统2设置在第一压缩机4之后。
图7为本发明实施例7的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图7所示，本实施例与实施例5基本相同，所不同的是，所述变温吸附子系统2设置在第一压缩机4之后。
图8为本发明实施例8的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图8所示，本实施例与实施例4基本相同，所不同的是，本实施例系统还包括不可逆吸附子系统3。所述不可逆吸附子系统3设置于变温吸附子系统2与第一压缩机4之间，用于对所述原料天然气作进一步净化。
图9为本发明实施例9的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图9所示，本实施例与实施例8基本相同，所不同的是，不包括第三换热器，液化天然储罐中输出的BOG气体进入第二换热器进行换热，换热完成后输出，再进入第一换热器进行换热，在第一换热器内完成换热后再进入第二压缩机12。
图10为本发明实施例10的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图10所示，本实施例与实施例5基本相同，所不同的是，本实施例系统还包括不可逆吸附子系统3。所述不可逆吸附子系统3设置于变温吸附子系统2与第一压缩机4之间，用于对所述原料天然气作进一步净化。
图11为本发明实施例11的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图11所示，本实施例与实施例10基本相同，所不同的是，不包括第三换热器，液化天然储罐中输出的BOG气体进入第二换热器进行换热，换热完成后输出，再进入第一换热器进行换热，在第一换热器内完成换热后再进入第二压缩机12。
图12为本发明实施例12的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图12所示，本实施例与实施例5基本相同，所不同的是，本实施例系统还包括不可逆吸附子系统3。所述不可逆吸附子系统3设置于第一压缩机4之后、第一换热器5之前，用于对所述原料天然气作进一步净化。
图13为本发明实施例13的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图13所示，本实施例与实施例12基本相同，所不同的是，不包括第三换热器，液化天然储罐中输出的BOG气体进入第二换热器进行换热，换热完成后输出，再进入第一换热器进行换热，在第一换热器内完成换热后再进入第二压缩机12。
图14为本发明实施例14的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图14所示，本实施例与实施例4基本相同，不同的是，本实施例还包括不可逆吸附子系统3，所述不可逆吸附子系统设置于变压吸附子系统1与变温吸附子系统2之间。
图15为本发明实施例15的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图15所示，本实施例与实施例14基本相同，所不同的是，不包括第三换热器，液化天然储罐中输出的BOG气体进入第二换热器进行换热，换热完成后输出，再进入第一换热器进行换热，在第一换热器内完成换热后再进入第二压缩机12。
图16为本发明实施例16的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图16所示，本实施例与实施例2基本相同，所不同的是，本实施例系统还包括不可逆吸附子系统3。
所述不可逆吸附子系统3设置于变压吸附子系统1和第一压缩机4之间，用于天然气的进一步净化。相应的，来自第一换热器5的第二出口的天然气的再生气支路，作为变压吸附子系统1的再生气；来自第二压缩机12的BOG气体分出一个支路作为变压吸附子系统1的再生气的燃料气。
图17为本发明实施例17的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图17所示，本实施例与实施例16基本相同，所不同的是，不包括第三换热器，液化天然储罐中输出的BOG气体进入第二换热器进行换热，换热完成后输出，再进入第一换热器进行换热，在第一换热器内完成换热后再进入第二压缩机12。
图18为本发明实施例18的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图18所示，本实施例与实施例16基本相同，所不同的是，所述不可逆吸附子系统3设置在第一压缩机4之后。
图19为本发明实施例19的天然气管网的压力能回收利用系统结构示意图。
如图19所示，本实施例与实施例17基本相同，所不同的是，所述不可逆吸附子系统3设置在第一压缩机4之后。
上述实施例的压力能回收利用系统，取代了现有调压站的降压工艺，先变压吸附再压缩的设置，考虑变压吸附入口气体温度较低时，吸附效果更好，因此选择变压吸附后再压缩，否则先压缩后的气体温度较高，会影响变压吸附的净化效果节约了现有天然气升温所消耗的燃料，有效的回收了压力能，同时，膨胀机工作同轴带动压缩机工作，将膨胀产生的机械能转变成压缩机的动能，给上游高压管线来的天然气增压，提高了系统的进气压力，有效提高了压力能的利用效率，此外，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高液化天然气的产量，有效提高了压力能的利用效率，达到了节能降耗的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种天然气管网压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
通过变压吸附对原料天然气进行净化；
在所述通过变压吸附对原料天然气进行净化后，再通过不可逆吸附对所述原料天然气进行净化；
所述净化后的原料天然气进入第一压缩机进行压缩；
所述压缩后的原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器，与来自第一换热器第二进口的天然气在所述第一换热器内进行换热；
所述第一换热器第一进口的天然气在换热完成后，从第一换热器第一出口输出并进入重烃分离罐，分离出的第一液相与来自第二换热器第二出口的天然气混合；分离出的第一气相分为第一路天然气和第二路天然气，所述第一路天然气从第二换热器的第一进口进入第二换热器，所述第二路天然气进入膨胀机；所述第二换热器第一进口的第一路天然气与来自第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内进行换热；
所述第一路天然气在所述第二换热器内完成换热后从第二换热器的第一出口输出并经过节流后进入气液分离器，分离出的第二液相经过节流后进入液化天然气储罐，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，从第二换热器的第二进口进入第二换热器；所述膨胀机与所述第一压缩机同轴；
所述第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内完成换热后，从所述第二换热器的第二出口输出，与来自重烃分离罐的第一液相混合后，从所述第一换热器的第二进口进入第一换热器，并在所述第一换热器内完成换热后，从所述第一换热器的第二出口输送到界外。
2.根据权利要求1所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述通过变压吸附对原料天然气进行净化后且在所述通过不可逆吸附对所述原料天然气进行净化前、或在所述原料天然气进入第一压缩机后且在进入第一换热器前，通过变温吸附对所述原料天然气进行净化。
3.根据权利要求1所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法还包括：所述原料天然气净化完成后、进入第一换热器之前，经过过滤器进行除尘。
4.根据权利要求2所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法还包括：所述从第一换热器的第二出口输出的天然气在输送到界外之前，分出一股作为变压吸附和/或变温吸附的再生气。
5.根据权利要求4所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述液化天然气储罐中的天然气与进入第一换热器第一进口之前的原料天然气进行换热，换热完成后，将来自于所述液化天然气储罐中的天然气分为第一股天然气和第二股天然气，所述第一股天然气作为再生气加热用的燃料气，对所述第二股天然气进行压缩后，作为变压吸附子系统、和/或变温吸附子系统的再生气或输送到外界。
6.一种天然气管网压力能回收利用系统，其特征在于，所述系统包括：变压吸附净化子系统、不可逆吸附子系统、第一压缩机、第一换热器、第二换热器、重烃分离罐、膨胀机、气液分离器、液化天然气储罐；其中，
所述变压吸附净化子系统设置在所述第一压缩机之前，用于通过变压吸附对原料天然气进行净化；
所述不可逆吸附子系统设置在变压吸附子系统与所述第一压缩机之间，用于在所述通过变压吸附对原料天然气进行净化后，在所述原料天然气进入第一压缩机前，再通过不可逆吸附对所述原料天然气进行净化；
所述第一压缩机设置在所述变压吸附净化子系统与第一换热器之间，用于所述原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器之前的压缩；
所述第一换热器包括第一进口、第二进口、第一出口、第二出口，所述第一进口用于压缩后的原料天然气的进入，第一出口用于第一进口天然气的输出，所述第二进口用于来自第二换热器第二出口的天然气和来自重烃分离罐的第一液相的混合天然气的进入，第二出口用于第二进口的天然气的输出，所述第二出口与界外相通；所述第一换热器用于第一进口的天然气与第二进口的天然气的换热；
所述第二换热器包括第一进口、第二进口、第一出口、第二出口；所述第二换热器的第一出口用于所述第二换热器的第一进口天然气的输出，并与所述气液分离器的进口相连，所述第二换热器的第二出口用于所述第二换热器的第二进口天然气的输出，并与所述第一换热器的第二进口相连，所述第二换热器用于所述第二换热器的第一进口的天然气与所述第二换热器的第二进口的天然气的换热；
所述重烃分离罐与所述第一换热器第一出口相连，包括第一液相支路、第一气相支路，所述第一气相支路分为第一路气相和第二路气相；所述第一液相支路与所述第二换热器的第二出口相连，所述第一路气相与第二换热器的第一进口相连，所述第二路气相与所述膨胀机的进口相连；
所述膨胀机的出口与所述第二换热器的第二进口相连；所述第一压缩机与所述膨胀机同轴；
所述气液分离器包括第二液相支路和第二气相支路，所述第二液相支路与所述液化天然气储罐相连，所述第二气相支路与所述第二换热器的第二进口相连；
上述所有相连均通过管道实现。
7.根据权利要求6所述的压力能回收利用系统，其特征在于，所述系统还包括：变温吸附子系统，设置在变压吸附子系统与不可逆吸附子系统之间，或设置在第一压缩机与第一换热器之间，用于通过变温吸附对所述原料天然气进行净化。
8.根据权利要求6所述的压力能回收利用系统，其特征在于，所述系统还包括：过滤器，设置在第一换热器之前，与第一换热器的第一进口相连，用于对所述原料天然气进行除尘。
9.根据权利要求7所述的压力能回收利用系统，其特征在于，所述系统还包括：再生气支路，所述再生气支路与所述第一换热器的第二出口相连，用于输出的天然气在输送到界外之前，分出一股作为变压吸附子系统、和/或变温吸附子系统的再生气。
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