CN112577261B - 天然气降压发电系统及液化天然气的提取方法 - Google Patents

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Abstract

天然气降压发电系统及液化天然气的提取方法，包括依次设置的干燥净化单元、冷却分离单元、液化存储单元和膨胀发电单元，压缩天然气依次通过干燥净化单元、冷却单元、高压分离罐和膨胀发电单元之后，再经过回热后并入居民天然气管网；同时利用高压分离罐实现对液相天然气的提取，将液相天然气提取到液化储罐中；本方案将天然气经过干燥、冷却、分离、回热的方法进行对压缩天然气进行减压，不仅可以将压缩天然气减压至需要的压力提供给天然气管网中，而且还可以制造LNG(液化天然气)，对于取得良好的经济效益具有极大的促进作用。

Description

天然气降压发电系统及液化天然气的提取方法
技术领域
本发明涉及到压缩天然气的降压领域，具体为一种天然气降压发电系统及运用该系统提取液化天然气的提取方法。
背景技术
压缩天然气是通过压缩机将低压的天然气进行增压到10～25MPa,使得压缩天然气的分子密度增大，以便于长距离的运输；目前，用户使用的天然气均为低压天然气，所以压缩天然气在进入城市居民天然气管网之前，都需要对压缩天然气进行降压，降压至城市管网允许的0.4～1.5MPa才能被允许进入管道。
将压缩天然气进行减压至低压天然气，天然气调压站的一般做法是直接采用调压装置进行减压操作，这样的操作导致巨大的压力能量被浪费，并没有得到有效的利用；因此，如何有效合理利用压缩天然气的压力能量同时将压缩天然气降压成低压天然气，是目前调压站工作人员一直待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种的技术方案，通过该技术方案不仅能够实现在压缩天然气降压过程中对其高压能量得到充分的利用，还能充分的收集降压过程中产生的液化天然气。
本发明提出的技术方案如下：
天然气降压发电系统，包括依次设置的干燥净化单元、冷却分离单元、液化存储单元和膨胀发电单元；
所述冷却分离单元包括逐级设置的一级冷箱、制冷机组、二级冷箱和高压分离罐，压缩天然气通过所述干燥净化单元后依次通过一级冷箱、制冷机组和二级冷箱进行逐级冷却后进入所述高压分离罐；
所述高压分离罐分别与所述液化存储单元、膨胀发电单元接通，所述高压分离罐实现对压缩天然气的气液分离从而形成气相天然气和液相天然气；所述气相天然气通向所述膨胀发电单元，所述液相天然气通向所述液化存储单元；
所述膨胀发电单元分别与居民天然气管网、电网相通，压缩天然气进入所述膨胀发电单元降压并同时使得所述膨胀发电单元发电，降压后的低压天然气经过回热后通入居民天然气管网，发出的电能输向电网。
进一步的，所述膨胀发电单元包括喷嘴环、叶轮和发电机，所述喷嘴环的气体入口与所述高压分离罐的气相出口相通，所述喷嘴环的气体出口与所述叶轮的气体入口相通；所述叶轮的动力输出端与所述发电机传动连接，所述发电机通过并网装置与电网接通；所述膨胀发电单元的气体出口与居民天然气管网接通。
进一步的，所述所述喷嘴环为自动可调式喷嘴环。
进一步的，所述一级冷箱和二级冷箱内均设置有热边通道和冷边通道，通过所述干燥净化单元的压缩天然气依次经过一级冷箱的热边通道、制冷机组和二级冷箱的热边通道后进入所述高压分离罐；通过所述膨胀发电单元降压后的低压天然气依次经过二级冷箱的冷边通道和一级冷箱的冷边通道逐级回热后进入居民天然气管网。
进一步的，所述膨胀发电单元还包括低压分离罐，低压天然气经过所述低压分离罐后再进入所述二级冷箱的冷边通道，所述低压分离罐同时与所述液化存储单元相通。
进一步的，所述液化存储单元包括低温LNG泵和液化储罐，所述高压分离罐、低压分离罐与所述低温LNG泵并联相接，所述低温LNG泵用于将高压分离罐、低压分离罐中的液相天然气泵入所述液化储罐中。
采用本技术方案所达到的有益效果为：
本方案将天然气经过干燥、冷却、分离、回热的方法进行对压缩天然气进行减压，不仅可以将压缩天然气减压至需要的压力提供给天然气管网中，而且还可以制造LNG(液化天然气)，对于取得良好的经济效益具有极大的促进作用。
运用上述发电系统，本发明还提出了一种液化天然气提取方法，包括以下步骤：
a.压缩天然气通过干燥净化单元对其进行净化；
b.净化后的压缩天然气通过一级冷箱的热边通道进行预冷；
c.预冷后的压缩天然气通过制冷机组进行浅冷；
d.浅冷后的压缩天然气通过二级冷箱的热边通道进行再冷；
e.再冷后的压缩天然气通入高压分离罐实现气液分离，在高压分离罐中形成气相天然气和液相天然气；
f.将步骤e中形成的液相天然气在低温LNG泵的作用下泵入液化储罐中；
g.将步骤e中形成的气相天然气通入膨胀发电单元中，使得气相天然气对膨胀发电单元中的叶轮做功并降压，叶轮做功促使发电机发电；减压后的天然气通入低压分离罐中再次进行气液分离；
h.将步骤g中形成的液相天然气在低温LNG泵的作用下泵入液化储罐中；
i.步骤g中形成的低压气相天然气再依次通过二级冷箱的冷边通道进行预热；
J.预热后的低压气相天然气通过一级冷箱的冷边通道进行再热后通入城市居民天然气管网。
附图说明
图1为天然气降压发电系统的工作流程图。
其中：10干燥净化单元、21一级冷箱、22制冷机组、23二级冷箱、30高压分离罐、40液化存储单元、41低温LNG泵、42液化储罐、50膨胀发电单元、51喷嘴环、52叶轮、53发电机、54并网装置、60低压分离罐。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本实施例提供了一种天然气降压发电系统，利用该发电系统解决现有技术中存在浪费压缩天然气压力能量的问题，通过采用本实施例提供的发电系统，实现对压缩天然气转换为低压天然气中产生的能量的充分利用。
参见图1，具体的，天然气降压发电系统包括依次设置的干燥净化单元10、冷却分离单元、液化存储单元40和膨胀发电单元50；其中，冷却分离单元包括逐级设置的一级冷箱21、制冷机组22、二级冷箱23和高压分离罐30，压缩天然气通过干燥净化单元10进行净化干燥后依次通过一级冷箱21、制冷机组22和二级冷箱23进行逐级冷却后进入高压分离罐30(图中箭头方向为压缩天然气的流动方向)。
高压分离罐30分别与液化存储单元40、膨胀发电单元50接通；这里的高压分离罐30主要用于实现对压缩天然气的气液分离从而形成气相天然气和液相天然气；其中气相天然气通向膨胀发电单元50，液相天然气通向液化存储单元40。
本实施例中，液化存储单元40的组成包括低温LNG泵41和液化储罐42，在高压分离罐30中分离的液相天然气通过低温LNG泵41泵入液化储罐42中进行存储。
膨胀发电单元50包括喷嘴环51、叶轮52和发电机53，喷嘴环51的气体入口与高压分离罐30的气相出口相通，喷嘴环51的气体出口与叶轮52的气体入口相通；气相天然气将会进入到喷嘴环51中，在喷嘴环51的配合下，气相天然气将会从喷嘴环51的气体出口喷出作用在叶轮52上，通过对叶轮52做功的方式使得气相天然气膨胀得到减压。
本实施例中，喷嘴环51为自动可调式喷嘴环，这里的可调式可以理解为喷嘴环51的喷嘴大小可以根据气相天然气的气量进行自动的调节，这样即使输入的气相天然气的气量不同，但是通过自动调节喷嘴环51的喷嘴的大小，可以使得喷射在叶轮52上的作用力大小几乎是相近的，这样可以有效的保证整个膨胀发电单元50对气相天然气的减压效率和膨胀发电单元50的发电效率。
气相天然气对叶轮52进行做功膨胀后实现降压，降压后的低压天然气由于焦汤效应的影响，天然气温度也会随之迅速降低，降低到-60℃～-70℃左右，所以在将低压天然气接入居民天然气管网之前，还需要对低压天然气进行回热处理，即降压后的低压天然气经过回热后通入居民天然气管网。
本实施例中，对低压天然气的回热处理依旧通过一级冷箱21和二级冷箱23实现，即一级冷箱21和二级冷箱23内均设置有热边通道和冷边通道，通过干燥净化单元10的压缩天然气依次经过一级冷箱21的热边通道、制冷机组22和二级冷箱23的热边通道后进入高压分离罐30；而通过膨胀发电单元50膨胀降压后的低压天然气依次经过二级冷箱23的冷边通道和一级冷箱21的冷边通道逐级回热后进入居民天然气管网中。
利用气相天然气进行发电是通过叶轮52和发电机53配合实现的，本实施例中，叶轮52的动力输出端与发电机53传动连接，发电机53通过并网装置54与电网接通。
这样气相天然气对叶轮52做功使得气相天然气膨胀得到减压的同时，使得叶轮52的动力输出端与发电机53配合实现动力传输，发电机53工作实现发电功能，利用发电机53产生的电能通过并网装置54传输到电网中得到运用。
可选的，膨胀发电单元50具还设有低压分离罐60，低压天然气经过低压分离罐60后再进入二级冷箱23的冷边通道，这里设置低压分离罐60的目的在于实现对低压天然气的再次分离，以提取低压天然气中存在的液相天然气。
这里的低压分离罐60与液化存储单元40相通，即将低压分离罐60的液相天然气出口与低温LNG泵41相连通，利用低温LNG泵41将低压分离罐60中产生的液相天然气泵入液化储罐中。
本方案将压缩天然气经过干燥、冷却、分离、回热的方法进行对压缩天然气进行减压，不仅可以将压缩天然气减压至需要的压力提供给天然气管网中，而且还可以制造LNG(液化天然气)，对于取得良好的经济效益具有极大的促进作用。
本实施例在上述发电系统的基础上，可以得到一种液化天然气提取方法，该提取方法包括以下步骤：
a.压缩天然气通过干燥净化单元10对其进行净化；
b.净化后的压缩天然气通过一级冷箱21的热边通道进行预冷；
c.预冷后的压缩天然气通过制冷机组22进行浅冷；
d.浅冷后的压缩天然气通过二级冷箱23的热边通道进行再冷；
e.再冷后的压缩天然气通入高压分离罐30实现气液分离，在高压分离罐30中形成气相天然气和液相天然气；
f.将步骤e中形成的液相天然气在低温LNG泵41的作用下泵入液化储罐42中；
g.将步骤e中形成的气相天然气通入膨胀发电单元50中，使得气相天然气对膨胀发电单元50中的叶轮52做功并降压，叶轮52做功促使发电机53发电；减压后的天然气通入低压分离罐60中再次进行气液分离；
h.将步骤g中形成的液相天然气在低温LNG泵41的作用下泵入液化储罐42中；
i.步骤g中形成的低压气相天然气再依次通过二级冷箱23的冷边通道进行预热；
j.预热后的低压气相天然气通过一级冷箱21的冷边通道进行再热后通入城市居民天然气管网。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.天然气降压发电系统，包括依次设置的干燥净化单元(10)、冷却分离单元、液化存储单元(40)和膨胀发电单元(50)，其特征在于，
所述冷却分离单元包括逐级设置的一级冷箱(21)、制冷机组(22)、二级冷箱(23)和高压分离罐(30)，压缩天然气通过所述干燥净化单元(10)后依次通过一级冷箱(21)、制冷机组(22)和二级冷箱(23)进行逐级冷却后进入所述高压分离罐(30)；所述高压分离罐(30)分别与所述液化存储单元(40)、膨胀发电单元(50)接通，所述高压分离罐(30)实现对压缩天然气的气液分离从而形成气相天然气和液相天然气；所述气相天然气通向所述膨胀发电单元(50)，所述液相天然气通向所述液化存储单元(40)；
所述膨胀发电单元(50)与居民天然气管网、电网相通，压缩天然气进入所述膨胀发电单元(50)降压并同时使得所述膨胀发电单元(50)发电，降压后的低压天然气经过回热后通入居民天然气管网，发出的电能输向电网；
所述膨胀发电单元(50)包括喷嘴环(51)、叶轮(52)和发电机(53)，所述喷嘴环(51)的气体入口与所述高压分离罐(30)的气相出口相通，所述喷嘴环(51)的气体出口与所述叶轮(52)的气体入口相通；所述叶轮(52)的动力输出端与所述发电机(53)传动连接，所述发电机(53)通过并网装置(54)与电网接通；所述膨胀发电单元(50)的气体出口与居民天然气管网接通；
所述一级冷箱(21)和二级冷箱(23)内均设置有热边通道和冷边通道，通过所述干燥净化单元(10)的压缩天然气依次经过一级冷箱(21)的热边通道、制冷机组(22)和二级冷箱(23)的热边通道后进入所述高压分离罐(30)；通过所述膨胀发电单元(50)降压后的低压天然气依次经过二级冷箱(23)的冷边通道和一级冷箱(21)的冷边通道逐级回热后进入居民天然气管网；
所述膨胀发电单元(50)还包括低压分离罐(60)，低压天然气经过所述低压分离罐(60)后再进入所述二级冷箱(23)的冷边通道，所述低压分离罐(60)同时与所述液化存储单元(40)相通；
所述液化存储单元(40)包括低温LNG泵(41)和液化储罐(42)，所述高压分离罐(30)、低压分离罐(60)与所述低温LNG泵(41)并联相接，所述低温LNG泵用于将高压分离罐(30)、低压分离罐(60)中的液相天然气泵入所述液化储罐(42)中。
2.根据权利要求1所述的天然气降压发电系统，其特征在于，所述喷嘴环(51)为自动可调式喷嘴环。
3.一种液化天然气提取方法，采用权利要求1-2任一项所述的天然气降压发电系统，其特征在于，包括以下步骤：
a.压缩天然气通过干燥净化单元(10)对其进行净化；
b.净化后的压缩天然气通过一级冷箱(21)的热边通道进行预冷；
c.预冷后的压缩天然气通过制冷机组(22)进行浅冷；
d.浅冷后的压缩天然气通过二级冷箱(23)的热边通道进行再冷；
e.再冷后的压缩天然气通入高压分离罐(30)实现气液分离，在高压分离罐(30)中形成气相天然气和液相天然气；
f.将步骤e中形成的液相天然气在低温LNG泵(41)的作用下泵入液化储罐(42)中；
g.将步骤e中形成的气相天然气通入膨胀发电单元(50)中，使得气相天然气对膨胀发电单元(50)中的叶轮(52)做功并降压，叶轮(52)做功促使发电机(53)发电；减压后的天然气通入低压分离罐(60)中再次进行气液分离；
h.将步骤g中形成的液相天然气在低温LNG泵(41)的作用下泵入液化储罐(42)中；
i.步骤g中形成的低压气相天然气再依次通过二级冷箱(23)的冷边通道进行预热；
j.预热后的低压气相天然气通过一级冷箱(21)的冷边通道进行再热后通入城市居民天然气管网。
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