CN105863951B - 高压液态天然气节能减压汽化系统及汽化方法 - Google Patents

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Abstract

一种高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，包括液体膨胀机、发电机、热补偿组件和输送管道，所述发电机与所述液体膨胀机机械连接、与所述热补偿组件电连接；所述输送管道输送的液态的第一流体流经液体膨胀机做功并减压为液态的第二流体，所述液体膨胀机带动所述发电机进行发电，发出的电能传输至所述热补偿组件后、所述热补偿组件将所述第二流体加热，所述第二流体吸热并汽化为第三流体；所述第一流体和所述第二流体为LNG，所述第三流体为CNG。

Description

高压液态天然气节能减压汽化系统及汽化方法
技术领域
本发明涉及天然气输送，尤其涉及一种高压液态天然气节能减压汽化系统及汽化方法。
背景技术
天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称，比重约0.65，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性。主要成分为烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染问题；天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100％，减少二氧化碳排放量60％和氮氧化合物排放量50％，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。
液化天然气(LNG，Liquefied Natural Gas)是指甲烷含量一般在90％以上的天然气，通过净化处理及制冷工艺，使天然气中的甲烷成分液化，液化后的体积约为气态体积的1/600。压缩天然气(CNG，Compressed Natural Gas)是天然气加压并以气态储存在容器中。由于CNG钢瓶的能量密度小于LNG钢瓶，因此，同样体积槽车的运输能力就明显下降，单位热值天然气的运输成本则明显上升。
对于跨越大洋运输天然气而言，船运LNG在经济上几乎是唯一可行的方案。LNG的运输系统包括天然气液化站、LNG运输船和LNG气化站。在运输量比较小、运送距离不长的情况下，也可以在天然气气田或主干管附近建立起天然气液化站，用超低温保冷槽车将LNG运送到较远的城镇，经气化、升温后供应用户是非常经济的，是解决城镇燃气气源，实现城镇燃气化的主要途径之一。
然而，高压储存的LNG在减压和汽化过程中、特别是存在相变的汽化过程中，会吸收大量的热量，此热量通常是外部补充的。一般的做法是使用天然气加热器，该天然气加热器将输送的天然气加热；在汽化出口天然气温度低于5℃时，应将出口天然气进行加热，通常采用水浴式加热器或者空浴式加热器，需要消耗大量的能源。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高压液态天然气节能减压汽化系统及汽化方法，将LNG的压力能转化为电能，并为LNG进一步汽化为CNG提供热量补偿。
为实现上述目的，本发明公开了一种高压液态天然气节能减压汽化系统，包括液体膨胀机、发电机、热补偿组件和输送管道，所述发电机与所述液体膨胀机机械连接、与所述热补偿组件电连接；所述输送管道输送的液态的第一流体流经液体膨胀机做功并减压为液态的第二流体，所述液体膨胀机带动所述发电机进行发电，发出的电能传输至所述热补偿组件后、所述热补偿组件将所述第二流体加热，所述第二流体吸热并汽化为第三流体。
进一步地，所述热补偿组件为热泵。
进一步地，所述第一流体的压力为100～150kg/cm2。
进一步地，所述第一流体为LNG。
进一步地，所述第二流体的压力为30～50kg/cm2。
进一步地，所述第二流体为LNG。
进一步地，所述第三流体的压力为2.5～5kg/cm2。
进一步地，所述第三流体为CNG。
进一步地，所述液体膨胀机为双螺杆膨胀机。
本发明还公开了一种高压液态天然气节能减压汽化方法，其特征在于，输送管道输送液态的第一流体流经液体膨胀机做功并减压为液态的第二流体。
进一步地，液体膨胀机带动发电机进行发电；发出的电能输送到热补偿组件后、热补偿组件将第二流体加热。
进一步地，第二流体吸热并汽化为第三流体。
进一步地，所述热补偿组件为热泵。
本发明的有益效果是：将高压液态天然气的压力能转换为热能，为液态天然气的进一步汽化提供热量补偿，在避免汽化过程的吸热导致设备冻结的前提下，还减少了能量的损失，节约了加热天然气所用的能源。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明一种高压液态天然气节能减压汽化系统的结构示意图；
图1中，1-双螺杆膨胀机，2-发电机，3-热泵，4-第一流体，5-第二流体，6-第三流体。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，双螺杆膨胀机1与电动机2机械连接。双螺杆膨胀机通常也称为螺杆膨胀机，与汽轮机、内燃机等热机相比，螺杆膨胀机的发展历程较短，是一种比较新颖的热动力机械。其结构与双螺杆压缩机基本相同，并按流体压缩的逆原理工作。主要由一对互相啮合的螺杆转子和机壳组成，转子与转子、转子与机壳之间以间隙密封，形成容积可连续变化的工作腔，含有热量的流体工质进入工作腔，驱动转子旋转做功，在做功的同时工质的压力和温度降低，以此实现热功转换。
发电机2与热泵3电连接，双螺杆膨胀机1带动发电机2发出的电能传输至热泵3。高压液态天然气通过管道输入双螺杆膨胀机1，在其中膨胀做功后减压，压力降低后(仍为液态)经过热泵并进一步减压和汽化，吸收大量热量；发电机2传出的电能传输到热泵3，热泵3作为热补偿组件给天然气流补偿热量，避免系统及各附件冻结。
具体来说，高压液态天然气(LNG)即第一流体4的压力为120kg/cm2，经由管道流入双螺杆膨胀机1并做功减压，得到减压后的液态天然气(LNG)即第二流体5，压力为40kg/cm2，经过一段距离的传输后继续流入后续管道并进行进一步的减压和膨胀为加压的气态天然气(CNG)，压力为4kg/cm2。该减压膨胀过程需要吸收大量的热量，使得管道的温度急剧下降，会造成管道及配套设施的冻结。故在液态天然气(LNG)膨胀段设置热泵3，前述由发电机2发出的电能传送至该热泵3，热泵3将环境中的低品位热能转移并给管道加热，进而给大量降温的天然气流体进行加热。汽化后的天然气(CNG)可进一步传输至天然气门站进行配气，供给下游用户使用。
热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备，比如水泵主要是将水从低位抽到高位；而“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位热能，经过电能做功，提供可被人们所用的高位热能的装置，与空调制冷的工作原理是一致的。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (11)

1.一种高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，包括液体膨胀机、发电机、热补偿组件和输送管道，所述发电机与所述液体膨胀机机械连接、与所述热补偿组件电连接；所述输送管道输送的液态的第一流体流经液体膨胀机做功并减压为液态的第二流体，所述液体膨胀机带动所述发电机进行发电，发出的电能传输至所述热补偿组件后、所述热补偿组件将所述第二流体加热，所述第二流体吸热并汽化为第三流体。
2.根据权利要求1所述的高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，所述热补偿组件为热泵。
3.根据权利要求1所述的高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，所述第一流体的压力为100～150kg/cm2。
4.根据权利要求3所述的高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，所述第一流体为LNG。
5.根据权利要求1所述的高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，所述第二流体的压力为30～50kg/cm2。
6.根据权利要求5所述的高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，所述第二流体为LNG。
7.根据权利要求1或2所述的高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，所述第三流体的压力为2.5～5kg/cm2。
8.根据权利要求7所述的高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，所述第三流体为CNG。
9.根据权利要求1所述的高压液态天然气节能减压汽化系统，其特征在于，所述液体膨胀机为双螺杆膨胀机。
10.一种高压液态天然气节能减压汽化方法，其特征在于，输送管道输送液态的第一流体流经液体膨胀机做功并减压为液态的第二流体；液体膨胀机带动发电机进行发电；发出的电能输送到热补偿组件后、热补偿组件将第二流体加热；第二流体吸热并汽化为第三流体。
11.根据权利要求10所述的高压液态天然气节能减压汽化方法，其特征在于，所述热补偿组件为热泵。
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