CN105090739A - 一种多功能天然气零散气智能回收装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能天然气零散气智能回收装置及其方法。该装置包括检测系统、回收系统、动力系统和温度控制系统；该装置的所有设备撬装化于回收车上，在回收管网放散气、零散气田气、油田放散气时，利用回收车上的通用接口对接原放散管线上的预留阀门，进行天然气的回收。回收工艺利用检测和自控系统实现不同气质组成条件下回收流程的自动切换。本发明的装置和工艺方法能有效回收多种零散气源的天然气，充分减小了天然气放散气所产生的温室效应的影响，有效的节约能源，具备良好的经济效益。工艺流程安全简单、自控程度高、操作简单、即开即停、在不同的地方天然气回收点可以灵活移动，具有较为广阔的应用前景和发展潜力。

Description

一种多功能天然气零散气智能回收装置及其方法

技术领域

本发明属于天然气零散气回收领域，具体涉及一种多功能天然气零散气智能回收装置及其方法。

背景技术

天然气作为化石燃料中的清洁能源，在我国的能源结构的调整过程扮演着越来越重要的角色，我国城市燃气已进入了持续高速发展的时期。我国天然气储量丰富，国内大型气源的开采及利用技术已相当成熟，但大量的零散气源，如小型气井、沼气池等缺乏可用的开采和回收技术。此外，伴随着城市管道天然气的大力发展，燃气管网建设施工、运行和维护的过程中，所产生的天然气放散的问题也颇受关注，尤其是燃气管网在抢修、检修过程中的天然气放散问题。目前，常规的城市燃气管网检修及抢险抢修作业基本均采用天然气直接放散的方式，不仅造成能源浪费和环境污染，而且存在重大的安全隐患，极易引起火灾、爆炸等安全事故。

在高压天然气长输管道、地下燃气管道、管道碰口或者调压门站中，每年需按计划对燃气管线进行多次停气检修，不可避免地会把管线、阀门以及过滤器中残留的大量天然气直接放散，每次天然气放散量可达上百标方气以上，甚至在一些应急的抢修情况下，可达约上千标方气。目前，全国各地分布着众多的燃气管网，每年需检修抢修的次数可达上万次以上，甚至可达上十几万次以上，可想而知天然气管网检修抢修的经济损失规模之巨大。

综上所述，开发一种天然气回收装置，对零散气源进行回收利用，能有效地减少CO₂的排放，减小温室效应，保护环境，还能降低天然气场站运行的危险性，产生良好的经济效益，减少损失。

中国专利申请CN101509605A公布了一种燃气管网检修作业过程中放散燃气的回收装置。该发明通过一个加压装置将待检修管网区域的燃气增压至邻近运行的管网的运行压力，然后直接打入该管网中。该工艺回收了原本直接放散的天然气，节约了天然气资源，但该工艺在回收放散气时需针对邻近运行管网不同的压力，对压缩机背压进行调整，增加了设备的负担和损耗，导致操作费用和投资费用大大提高，经济性差。此外，对于某一管段的天然气的回收，属于定容量的气体抽真空，压缩机进口压力会逐渐减小，加上前述出口压力的变化，使得操作难度大大增加。

中国专利申请CN104235604A公布了一种利用ANG技术回收管网放散气的装置。该发明的所有设备撬装化于ANG回收车上，利用ANG回收车上的通用接口对接待检修管段上的放散阀，进行放散气的回收，该工艺回收了管网检修过程中和其他可预测的放散情况下直接排空的天然气，减小了天然气放散气所产生的温室效应的影响。但该工艺只针对管网放散气进行回收，对于其他零散气源，无法适应气质组成的改变，应用范围局限，且对吸附过程的热效应消除效率较低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述零散气利用率低的情况，和零散气回收技术的不足，提供一种多功能天然气零散气智能回收装置和方法，对零散气源的天然气进行有效回收。

本发明利用一套多功能的天然气零散气智能回收装置回收零散天然气，其原理是：将该装置的所有设备撬装化于回收车上，在回收管网放散气、零散气田气、油田放散气时，利用回收车上的通用接口对接原放散管线上的预留阀门，进行天然气的回收。回收工艺中设置了压缩回收方案和吸附回收方案，利用检测和自控系统实现不同气质组成条件下回收流程的自动切换，工艺流程安全简单、自控程度高、操作简单、即开即停并可灵活移动。

本发明实现上述目的的技术方案为：

一种多功能天然气零散气智能回收装置，包括检测系统、回收系统、动力系统和温度控制系统；

所述检测系统包括通用接口、总阀门和色谱检测仪；所述回收系统包括压缩回收系统和吸附回收系统，所述回收系统包括压缩机，压缩储罐、预吸附罐、吸附储罐和阀门；所述阀门包括调压阀、第一电动调节阀、第二电动调节阀、第三电动调节阀、第四电动调节阀、第五电动调节阀、第六电动调节阀、第七电动调节阀、第一截止阀和第二截止阀；所述温度控制系统包括换热器、泵、膨胀机、冷媒储罐、板式换热器和第三截止阀、第四截止阀和第五截止阀；所述动力系统包括LNG燃料罐、板式换热器、加热器、发动机、第九电动调节阀和，由第二调压阀和第八电动调节阀组成的ANG辅助供气支路；

所述通用接口一端与待回收天然气零散气的预留阀门连接进气，另一端与总阀门连接，所述总阀门后端旁路连接有色谱检测器；

所述总阀门后端分为二路，第四电动调节阀组成一路，为供给支路；另一路为回收支路，所述回收支路包含a路和b路：调压阀和第一电动调节阀串联组成a路；压缩机和第二电动调节阀串联组成b路，a路和b路并联后串联电动调节阀；供气支路与回收支路并联连接，并联后依次连接第一截止阀、预吸附罐和第二截止阀；所述第二截止阀后端分为c路、d路和e路，c路依次连接第六电动调节阀和压缩储罐，d路连接第七电动调节阀和吸附储罐，e路顺次连接第二调压阀和第八电动调节阀并连接到所述动力系统；其中，所述吸附储罐内部设有换热器和相变材料存储单元，所述换热器连接外部的温度控制系统，相变材料存储单元均匀分布在储罐内部；

所述泵的出口与第三截止阀连接，第三截止阀与换热器的进口连接，换热器出口与膨胀机进口连接，膨胀机出口与第五截止阀连接，第五截止阀与板式换热器的热物流进口连接，板式换热器的热物流出口与第四截止阀连接，第四截止阀与冷媒储罐进口连接，所述冷媒储罐与泵连接，构成回路；其中，板式换热器冷物流接口连接动力系统；

所述LNG燃料罐的出口与第九电动调节阀连接，第九电动调节阀与板式换热器的冷物流进口连接，构成f路；所述回收系统中调压阀与电动调节阀连接构成g路，所述f路与g路并联，连接加热器进口，加热器的出口连接发动机的进口，发动机的出口连接排气管；发动机的连轴带动发电机发电。

上述装置中，所述的回收系统还设置有流量计，所述流量计位于第二截止阀所在的支路上，即第二截止阀的后端，用于储存于两个储罐内的天然气体积的计量。

上述装置中，所述预吸附罐内所填充的吸附剂包括分子筛、活性炭或硅胶中的一种以上。

上述装置中，所述吸附储罐内所填充的吸附剂为比表面积在2000m²/g以上的活性炭；所述吸附储罐内所设置的相变材料储存单元内填充的相变材料为十二烷、十三烷和十四烷三种相变材料。

上述装置中，所述压缩储罐内所填充的吸附剂为比表面积在800~1200m²/g的活性炭。

上述装置中，所述吸附储罐内的换热器为管式换热器；所述泵为防爆泵；所述膨胀机为防爆膨胀机；所述压缩机为可调节的定背压式天然气压缩机。

上述装置中，所述冷温度控制系统所使用的冷媒，选用R404、R404a、R600a或R290低温冷媒。

上述装置中，所述装置撬装化并安装在LNG卡车上，或安装于其他运载车上，安装于LNG卡车上时该装置与LNG燃料系统并联。

上述装置中，所述待回收天然气零散气包括待维修、建设管段内的残留天然气，零散天然气气井、油田伴生气或沼气源。

一种多功能天然气零散气智能回收装置的方法，包括以下步骤：

（1）利用通用接口与待回收天然气零散气的放散管路上预留的阀门连接；

（2）开启总阀门，色谱检测仪同时开始工作，对进气成分进行分析；当天然气中有害组分含量超过吸附储罐中吸附剂的安全成分要求，即甲烷体积浓度小于90%时，则自控系统切换回收系统至压缩回收支路，关闭第七电动调节阀，开启第六电动调节阀，将天然气先经过预吸附罐预处理后，储存入压缩储罐；当组分含量符合吸附剂安全成分要求时，即甲烷体积浓度大于90%，且水蒸气体积浓度小于5%时，关闭第六电动调节阀，开启第七电动调节阀，将天然气先经过预吸附罐预处理后，储存入吸附储罐；

（3）回收过程中，当进气压力高于设计的系统最低储气压力，即气源压力高于2.0MPa时，自控系统关闭压缩机，天然气不经过压缩机直接进入储罐；当进气压力低于系统设计的最低储气压力，即气源压低于2.0MPa或低于储罐当前压力时，控制系统开启压缩机，天然气经压缩机升压至设计储气压力后进入储罐；所述储罐包括压缩储罐和吸附储罐中的一种以上；

（4）天然气在回收系统中，先经过预吸附罐，与罐中的吸附剂充分接触除去重烃和水杂质成分，净化后的天然气进入储罐中完成吸附储气过程；

（5）吸附储罐的储气过程中，由于吸附热效应引起罐内温度升高，吸附储罐内的固态相变材料发生相变吸热，减缓或消除储罐的升温；

（6）回收装置的运载车为LNG卡车，并于LNG燃料系统联合作用；LNG卡车在行驶过程中，LNG从LNG燃料罐中输出，经过板式换热器和循环冷媒换热汽化，再经过加热器加热至完全汽化并达到发动机进气温度要求后，进入发动机；冷媒方面，气相冷媒经过板式换热器与LNG换热冷凝，经泵升压后，进入吸附储罐内置的换热器蒸发吸热，冷却罐体温度，并使得罐内相变材料凝固蓄冷，蒸发后的气相冷媒经过膨胀机膨胀降压降温后，进入板式换热器完成循环；其中，膨胀机膨胀做工时，连轴带动压缩机运转，额外功率可带动小型发电机发电并储存到蓄电池；运载车行驶过程中，当储罐内储存有气体时，自控系统开启回收气回路与LNG回路并联对发动机供气，减少LNG用量；

（7）供气过程中，自控系统开启相应回路，储罐内压力较高时，经过调压回路调节到相应压力进入下游；储罐内压力低于下游压力时，经过压缩机升压后进入下游，利用压缩机抽空至储罐为真空状态时，供气结束；当用于应急调峰等用气量较大的情况时，使用多台回收装置并联供气。

本发明与现有技术和现状相比具有以下的有益效果：

1、节约资源，保护环境。本发明改变了现有零散气源包括管网放散气、零散气井等天然气回收利用率低下的现状，不仅回收了天然气资源可有效加以利用，而且减少了温室效应气体的排放，缓解环境污染。

2、设备投资和运行成本低。本发明设备均为常用的天然气特种设备，设备的数量少、成本低，装置的建设投资小；由于吸附储运的储存压力较低，压缩机的运行背压可以固定在一个较低的值，相比原有回收工艺根据下游用气管网压力进行压缩，运行工况稳定，压缩比较小，故压缩机功耗下降。

3、装置移动灵活，应用范围广。本发明将工艺所涉及设备撬装化，并集成在一辆运输车上，实现装置的小型化、撬装化和移动化，实现一套装置在多个地点使用，即装即用。此外，两种回收方案的设计，可适用于各种不同地理环境的管网维修。

4、智能化程度高，工艺安全可靠。本发明工艺流程简单，通过检测和自控系统就可实现根据不同气质进行特定流程的切换和应用，而且所涉及的均为常用设备，应用技术成熟，选型方便。

附图说明

图1为多功能的天然气零散气智能回收装置的示意图。

图中示出：V1为第一调压阀、V14为第二调压阀，V2为第一电动调节阀、V3为第二电动调节阀、V4为第三电动调节阀、V5为第四电动调节阀、V6为第五电动调节阀、V9为第六电动调节阀、V10为第七电动调节阀、V15为第八电动调节阀、V16为第九电动调节阀、V7为第一截止阀、V8为第二截止阀、V11为第三截止阀、V12为第四截止阀、V13为第五截止阀，E1为压缩机，E2为预吸附罐，E3压缩储罐，E4为吸附储罐，E5为换热器，E6为膨胀机，E7为泵，E8为冷媒储罐，E9为LNG燃料罐，E10为板式换热器，E11为加热器，E12为发动机。流程中可能还存在其他出于安全等实际运行问题的考虑阀门。

图2为吸附储罐结构示意图。

图中示出：1为罐体（不锈钢），2为进、出气管，3为相变材料存储单元（填充相变材料），4为冷媒换热管，5为储罐腔体（填充吸附剂）。

具体实施例

下面结合实施例及附图对发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1和图2，一种多功能天然气零散气智能回收装置，包括检测系统、回收系统、动力系统和温度控制系统；

所述检测系统包括通用接口、总阀门和色谱检测仪；所述回收系统包括压缩回收系统和吸附回收系统，所述回收系统包括压缩机E1，压缩储罐E3、预吸附罐E2、吸附储罐E4和阀门；所述阀门包括调压阀V1、第一电动调节阀V2、第二电动调节阀V3、第三电动调节阀V4、第四电动调节阀V5、第五电动调节阀V6、第六电动调节阀V9、第七电动调节阀V10、第一截止阀V7和第二截止阀V8；所述温度控制系统包括换热器E5、泵E7、膨胀机E6、冷媒储罐E8、板式换热器E10和第三截止阀V11、第四截止阀V12和第五截止阀V13；所述动力系统包括LNG燃料罐E9、板式换热器E10、加热器E11、发动机E12、第九电动调节阀V16和，由第二调压阀V14和第八电动调节阀V15组成的ANG辅助供气支路；

所述通用接口一端与待回收天然气零散气的预留阀门连接进气，另一端与总阀门连接，所述总阀门后端旁路连接有色谱检测器；

所述总阀门后端分为二路，第四电动调节阀V5组成一路，为供给支路；另一路为回收支路，包含a路和b路：调压阀V1和第一电动调节阀V2串联组成a路；压缩机E1和第二电动调节阀V3串联组成b路，a路和b路并联后串联电动调节阀V4；供气支路与回收支路并联连接，并联后依次连接第一截止阀V7、预吸附罐E2和第二截止阀V8；所述第二截止阀V8后端分为c路、d路和e路，c路依次连接第六电动调节阀V9和压缩储罐（E3），d路连接第七电动调节阀V10和吸附储罐E4，e路顺次连接第二调压阀V14和第八电动调节阀V15并连接到所述动力系统（这一路属于动力系统）；其中，所述吸附储罐E4内部设有换热器E5和相变材料存储单元，所述换热器E5连接外部的温度控制系统，相变材料存储单元均匀分布在储罐内部；

所述泵E7的出口与第三截止阀V11连接，第三截止阀V11与换热器E5的进口连接，换热器E5出口与膨胀机E6进口连接，膨胀机E6出口与第五截止阀V13连接，第五截止阀V13与板式换热器E10的热物流进口连接，板式换热器E10的热物流出口与第四截止阀V12连接，第四截止阀V12与冷媒储罐E8进口连接，所述冷媒储罐E8与泵E7连接，构成回路；其中，板式换热器冷物流接口连接动力系统；

所述LNG燃料罐E9的出口与第九电动调节阀V16连接，第九电动调节阀V16与板式换热器E10的冷物流进口连接，构成f路；所述回收系统中调压阀V14与电动调节阀V15连接构成g路，所述f路与g路并联，连接加热器E11进口，加热器E11的出口连接发动机E12的进口，发动机E12的出口连接排气管；发动机E12的连轴带动发电机发电，所发电量供车辆运行使用。

所述的回收系统还设置有流量计，所述流量计位于第二截止阀V8所在的支路上，即第二截止阀V8的后端，用于储存于两个储罐内的天然气体积的计量。

所述预吸附罐E2内所填充的吸附剂包括分子筛、活性炭或硅胶中的一种以上。

所述吸附储罐E4内所填充的吸附剂为比表面积在2000m²/g以上的活性炭；所述吸附储罐E4内所设置的相变材料储存单元内填充的相变材料为十二烷、十三烷和十四烷（体积比为1：1：1，三种材料总体积用量为所填充活性炭体积的5%）三种相变材料。

所述压缩储罐E3内所填充的吸附剂为比表面积为800m²/g的活性炭。

所述吸附储罐E4内的换热器为管式换热器；所述泵E7为防爆泵；所述膨胀机E6为防爆膨胀机；所述压缩机E1为可调节的定背压式天然气压缩机。

所述冷温度控制系统所使用的冷媒，选用R404a低温冷媒。

所述装置撬装化并安装在LNG卡车上，或安装于其他运载车上，安装于LNG卡车上时该装置与LNG燃料系统并联。

所述待回收天然气零散气包括待维修、建设管段内的残留天然气，零散天然气气井、油田伴生气或沼气源。

应用上述装置的多功能天然气零散气智能回收的方法，包括以下步骤：

（1）利用通用接口与待回收的零散气源的放散管路上预留的阀门连接；

（2）开启总阀门，色谱检测仪同时开始工作，对进气成分进行分析；当天然气中有害组分含量超过吸附储罐E4中吸附剂的安全成分要求时，即甲烷体积浓度小于90%时，则自控系统切换回收系统至压缩回收支路，关闭第七电动调节阀，开启第六电动调节阀，将天然气先经过预吸附罐E2预处理后，储存入压缩储罐E3；当组分含量符合吸附剂安全成分要求时，即甲烷体积浓度大于90%，且水蒸气体积浓度小于5%时，关闭第六电动调节阀，开启第七电动调节阀，将天然气先经过预吸附罐E2预处理后，储存入吸附储罐E4；

（3）回收过程中，当进气压力高于设计的最低储气压力时，即气源压力高于2.0MPa时，自控系统关闭压缩机E1，天然气不经过压缩机E1直接进入压缩储罐E3和/或吸附储罐E4；当进气压力低于设计的最低储气压力或低于储罐当前压力时，即气源压低于2.0MPa或低于储罐当前压力时，控制系统开启压缩机E1，天然气经压缩机E1升压至设计储气压力后进入压缩储罐E3和/或吸附储罐E4；

（4）天然气在回收系统中，先经过预吸附罐E2，与罐中的吸附剂充分接触除去重烃和水等杂质成分，净化后的天然气进入压缩储罐E3和/或吸附储罐E4中完成储气过程；

（5）吸附储罐E4在储气过程中，由于吸附热效应引起罐内温度升高，吸附储罐E4内的固态相变材料发生相变吸热，减缓或消除储罐的升温；

（6）回收装置的运载车优选LNG卡车，并于LNG燃料系统联合作用。LNG卡车在行驶过程中，LNG从LNG燃料罐E9中输出，经过板式换热器E10和循环冷媒换热汽化，再经过加热器E11加热至完全汽化并达到发动机E12进气温度要求后，进入发动机E12；冷媒方面，气相冷媒经过板式换热器E10与LNG换热冷凝，经泵E7升压后，进入吸附储罐E4内置的换热器E5蒸发吸热，冷却罐体温度，并使得罐内相变材料凝固蓄冷，蒸发后的气相冷媒经过膨胀机E6膨胀降压降温后，进入板式换热器E10完成循环；其中，膨胀机E6膨胀做工时，可连轴带动压缩机E7运转，额外功率可带动小型发电机发电并储存到蓄电池；运载车行驶过程中，当压缩储罐E3和/或吸附储罐E4内储存有气体时，自控系统开启回收气回路与LNG回路并联对发动机供气，减少LNG用量；

（7）供气过程中，自控系统开启相应回路，压缩储罐E3和/或吸附储罐E4内压力较高时，脱附出来的天然气反向依次经过预吸附罐E2，第四电动调节阀V5，第一调压阀V1、第一电动调节阀V2和第五电动调节阀V6，进入下游；储罐内压力低于下游压力时，自控系统开启压缩机E1，脱附出来的天然气反向依次经过预吸附罐E2，第四电动调节阀V5，压缩机E1，第二电动调节阀V3和第五电动调节阀V6，进入下游，并利用压缩机E1将储罐抽至真空状态时，供气结束；当用于应急调峰等用气量较大的情况时，可使用多台回收装置并联供气。

使用上述装置完成以下实施例。

实施例1

以一个甲烷含量80%以下的小型天然气井为例（井口出气压力为1.0MPa、温度20℃）为例。

应用时，将装置于通用接口与该气井放散管段上的预留阀门连接；开启装置，总阀门开启，在线色谱检测器对进气成分进行分析，判断气质不符合吸附储罐储存要求，系统切换压缩储气方案。

由于进气压力低于最低储气压力3.5MPa，自控系统开启压缩机E1，天然气经压缩机E1升压至4.0MPa，先经过预吸附罐E2除去部分杂质成分，如丙烷、丁烷、二氧化碳、硫化氢和水等，进入压缩储罐E3完成储气过程。由于压缩储罐E3内填充的吸附剂比表面较小，通过储罐自身的散热即可保证吸附过程产生的热量不会显著改变储罐的温度和吸附剂的储气性能。

实施例2

以一段待检修的甲烷含量90%以上的高压输气管线（管径约1000mm、压力1.6MPa、温度20℃）为例。

应用时，将装置于通用接口与该气井放散管段上的预留阀门连接；开启装置，总阀门开启，在线色谱检测器对进气成分进行分析，判断气质符合吸附储罐储存要求，系统切换吸附储气方案。

由于进气压力低于最低储气压力3.5MPa，自控系统开启压缩机E1，天然气经压缩机E1升压至4.0MPa，先经过预吸附罐E2除去部分杂质成分，如丙烷、丁烷、二氧化碳、硫化氢和水等，进入吸附储罐E4完成储气过程。吸附储气过程中，由于吸附热效应，储罐温度呈升高趋势，吸附储罐E4内填充的预先被冷却凝固的相变材料吸热融化，带走所产生的热量，使气瓶始终维持在一个较低的温度下，保证了吸附剂的储气性能。

若吸附储罐E4完全充满后，管段内仍有残留天然气时，自控系统将切换到压缩储气支路，继续回收放散气，直至所有储罐完全充满为止，压缩储气流程与实施例1相同。

实施例3

参见图1，本实施例与实施例1的装置相同。本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例为装置所在运输车在运行过程中的例子。

运输车在行驶过程中，LNG从LNG燃料罐E9中流出，经过板式换热器与冷媒换热汽化，再经过加热器E11加热至完全汽化并达到发动机E12的进气温度要求后，进入发动机E12。当压缩储罐E3或吸附储罐E4内储存有天然气时，行驶过程中，系统自动使用部分压缩储罐E3或吸附储罐E4内的天然气，储罐内的天然气经过第二调压阀V14调压后，与被汽化的LNG混合，提升其混合温度，减少加热器E11的负荷，再经过加热器E11升温后，进入发动机E12。

运输车在行驶过程中，自控系统自动开启温度控制系统的冷媒循环，系统开启泵E7，冷媒从冷媒储罐E8中流出，经过泵E7升压后，进入换热器E5与吸附储罐E4换热汽化，吸附储罐E4温度降低，内部设置的相变材料单位内的相变材料吸热降温，至全部凝固，吸热汽化后的冷媒进入膨胀机E6膨胀降温降压，再进入板式换热器E10与LNG换热冷凝后，回到冷媒储罐E8完成冷媒循环。膨胀机E6运转后，可连轴带动泵E7，多余功率可连轴带动发电机发电储存于蓄电池中。当吸附储罐E4温度下降到设计温度时，系统停止冷媒循环；行驶过程中，当吸附储罐E4温度再次升高到最高的保温温度时，系统再次开启冷媒循环。

实施例4

参见图1，本实施例与实施例1的装置相同。本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例为利用多功能天然气零散气智能回收装置所储存的天然气的例子。

以储罐储气压力为4.0MPa为例，吸附储罐E4和压缩储罐E3的有效储气容积分别为20m³和25m³。

应用时，将装置于通用接口与下游用户的进气口连接；开启系统，装置开机运行，总阀门开启。

在用气过程中，自控系统开启第一电动调节阀V2、第四电动调节阀V5和第五电动调节阀V6，电动控制阀V9或V10，储罐中的天然气先经过预吸附罐E2，冲洗出部分储存的天然气和杂质如丙烷、丁烷、二氧化碳、硫化氢和水等，一并经过第一调压阀V1降压至下游用气压力后进入下游用气管线；当储罐内压力接近下游用气压力时，系统关闭第一电动调节阀V2，开启第二电动调节阀V3和压缩机E1，储罐中的天然气先经过预吸附罐E2，通过压缩机E1升压后进入下游用气管线，并利用压缩机E1将储罐压力抽空至真空状态后，供气结束。

Claims (10)

1.一种多功能天然气零散气智能回收装置，其特征在于，包括检测系统、回收系统、动力系统和温度控制系统；

所述检测系统包括通用接口、总阀门和色谱检测仪；所述回收系统包括压缩回收系统和吸附回收系统，所述回收系统包括压缩机（E1），压缩储罐（E3）、预吸附罐（E2）、吸附储罐（E4）和阀门；所述阀门包括调压阀（V1）、第一电动调节阀（V2）、第二电动调节阀（V3）、第三电动调节阀（V4）、第四电动调节阀（V5）、第五电动调节阀（V6）、第六电动调节阀（V9）、第七电动调节阀（V10）、第一截止阀（V7）和第二截止阀（V8）；所述温度控制系统包括换热器（E5）、泵（E7）、膨胀机（E6）、冷媒储罐（E8）、板式换热器（E10）、第三截止阀（V11）、第四截止阀（V12）和第五截止阀（V13）；所述动力系统包括LNG燃料罐（E9）、板式换热器（E10）、加热器（E11）、发动机（E12）、第九电动调节阀(V16)和，由第二调压阀（V14）和第八电动调节阀（V15）组成的ANG辅助供气支路；

所述通用接口一端与待回收天然气零散气的预留阀门连接进气，另一端与总阀门连接，所述总阀门后端旁路连接有色谱检测器；

所述总阀门后端分为二路，第四电动调节阀（V5）组成一路，为供给支路；另一路为回收支路，所述回收支路包含a路和b路：调压阀（V1）和第一电动调节阀（V2）串联组成a路；压缩机（E1）和第二电动调节阀（V3）串联组成b路，a路和b路并联后串联电动调节阀（V4）；供气支路与回收支路并联连接，并联后依次连接第一截止阀（V7）、预吸附罐（E2）和第二截止阀（V8）；所述第二截止阀（V8）后端分为c路、d路和e路，c路依次连接第六电动调节阀（V9）和压缩储罐（E3），d路连接第七电动调节阀（V10）和吸附储罐（E4），e路顺次连接第二调压阀（V14）和第八电动调节阀（V15）并连接到所述动力系统；其中，所述吸附储罐（E4）内部设有换热器（E5）和相变材料存储单元，所述换热器（E5）连接外部的温度控制系统，相变材料存储单元均匀分布在储罐内部；

所述泵（E7）的出口与第三截止阀（V11）连接，第三截止阀（V11）与换热器（E5）的进口连接，换热器（E5）出口与膨胀机（E6）进口连接，膨胀机（E6）出口与第五截止阀（V13）连接，第五截止阀（V13）与板式换热器（E10）的热物流进口连接，板式换热器（E10）的热物流出口与第四截止阀（V12）连接，第四截止阀（V12）与冷媒储罐（E8）进口连接，所述冷媒储罐（E8）与泵（E7）连接，构成回路；其中，板式换热器冷物流接口连接动力系统；

所述LNG燃料罐（E9）的出口与第九电动调节阀(V16)连接，第九电动调节阀(V16)与板式换热器（E10）的冷物流进口连接，构成f路；所述回收系统中调压阀（V14）与电动调节阀（V15）连接构成g路，所述f路与g路并联，连接加热器（E11）进口，加热器（E11）的出口连接发动机（E12）的进口，发动机（E12）的出口连接排气管；发动机（E12）的连轴带动发电机发电。

2.根据权利要求1所述的多功能天然气零散气智能回收装置，其特征在于，所述的回收系统还设置有流量计，所述流量计位于第二截止阀（V8）所在的支路上，即第二截止阀（V8）的后端，用于储存于两个储罐内的天然气体积的计量。

3.根据权利要求1所述的多功能天然气零散气智能回收装置，其特征在于，所述预吸附罐（E2）内所填充的吸附剂包括分子筛、活性炭或硅胶中的一种以上。

4.根据权利要求1所述的多功能天然气零散气智能回收装置，其特征在于，所述吸附储罐（E4）内所填充的吸附剂为比表面积在2000m²/g以上的活性炭；所述吸附储罐（E4）内所设置的相变材料储存单元内填充的相变材料为十二烷、十三烷和十四烷三种相变材料。

5.根据权利要求1所述的多功能天然气零散气智能回收装置，其特征在于，所述压缩储罐（E3）内所填充的吸附剂为比表面积在800~1200m²/g的活性炭。

6.根据权利要求1所述的多功能天然气零散气智能回收装置，其特征在于，所述吸附储罐（E4）内的换热器为管式换热器；所述泵（E7）为防爆泵；所述膨胀机（E6）为防爆膨胀机；所述压缩机（E1）为可调节的定背压式天然气压缩机。

7.根据权利要求1所述的多功能天然气零散气智能回收装置，其特征在于，所述冷温度控制系统所使用的冷媒，选用R404、R404a、R600a或R290低温冷媒。

8.根据权利要求1所述的多功能天然气零散气智能回收装置，其特征在于，所述装置撬装化并安装在LNG卡车上，或安装于其他运载车上，安装于LNG卡车上时该装置与LNG燃料系统并联。

9.根据权利要求1所述的多功能天然气零散气智能回收装置，其特征在于，所述待回收天然气零散气包括待维修、建设管段内的残留天然气，零散天然气气井、油田伴生气或沼气源。

10.应用权利要求1-9任一项所述多功能天然气零散气智能回收装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）利用通用接口与待回收天然气零散气的放散管路上预留的阀门连接；

（2）开启总阀门，色谱检测仪同时开始工作，对进气成分进行分析；当天然气中有害组分含量超过吸附储罐中吸附剂的安全成分要求，即甲烷体积浓度小于90%时，则自控系统切换回收系统至压缩回收支路，关闭第七电动调节阀，开启第六电动调节阀，将天然气先经过预吸附罐预处理后，储存入压缩储罐；当组分含量符合吸附剂安全成分要求时，即甲烷体积浓度大于90%，且水蒸气体积浓度小于5%时，关闭第六电动调节阀，开启第七电动调节阀，将天然气先经过预吸附罐预处理后，储存入吸附储罐；

（3）回收过程中，当进气压力高于设计的系统最低储气压力，即气源压力高于2.0MPa时，自控系统关闭压缩机，天然气不经过压缩机直接进入储罐；当进气压力低于系统设计的最低储气压力，即气源压低于2.0MPa或低于储罐当前压力时，控制系统开启压缩机，天然气经压缩机升压至设计储气压力后进入储罐；所述储罐包括压缩储罐和吸附储罐中的一种以上；

（4）天然气在回收系统中，先经过预吸附罐，与罐中的吸附剂充分接触除去重烃和水杂质成分，净化后的天然气进入储罐中完成吸附储气过程；

（5）吸附储罐的储气过程中，由于吸附热效应引起罐内温度升高，吸附储罐内的固态相变材料发生相变吸热，减缓或消除储罐的升温；

（6）回收装置的运载车为LNG卡车，并于LNG燃料系统联合作用；LNG卡车在行驶过程中，LNG从LNG燃料罐中输出，经过板式换热器和循环冷媒换热汽化，再经过加热器加热至完全汽化并达到发动机进气温度要求后，进入发动机；冷媒方面，气相冷媒经过板式换热器与LNG换热冷凝，经泵升压后，进入吸附储罐内置的换热器蒸发吸热，冷却罐体温度，并使得罐内相变材料凝固蓄冷，蒸发后的气相冷媒经过膨胀机膨胀降压降温后，进入板式换热器完成循环；其中，膨胀机膨胀做工时，连轴带动压缩机运转，额外功率可带动小型发电机发电并储存到蓄电池；运载车行驶过程中，当储罐内储存有气体时，自控系统开启回收气回路与LNG回路并联对发动机供气，减少LNG用量；

（7）供气过程中，自控系统开启相应回路，储罐内压力较高时，经过调压回路调节到相应压力进入下游；储罐内压力低于下游压力时，经过压缩机升压后进入下游，利用压缩机抽空至储罐为真空状态时，供气结束；当用于应急调峰等用气量较大的情况时，使用多台回收装置并联供气。