CN112627926A - 一种天然气差压发电制氢装置 - Google Patents

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许守亮
李彦华
李东伟
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Abstract

本发明公开了一种天然气差压发电制氢装置，包括天然气输送管道，所述天然气输送管道上设置有调压稳压装置和发电制氢装置，其中，所述调压稳压装置上设置有高压输入端和低压输出端，所述发电制氢装置分别通过高压输入端和低压输出端与天然气输送管道旁路连接，有效利用了天然气输送管道中的压力差，节约了能源的有益效果。

Description

一种天然气差压发电制氢装置
技术领域
本发明属于天然气输送技术领域，具体涉及一种天然气差压发电制氢装置。
背景技术
燃气管网上游为了减少上游管路的压力损失，并增加管道的输送能力，通常管道供气压力在10MPa左右，而燃气在下游分输站输出的燃气压力通常在4MPa左右，现在常用的方式是通过设置调压器进行压力调节，将高压天然气调节为低压输出，造成燃气压力能量的大量浪费。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种天然气差压发电制氢装置
本发明的具体方案如下：
一种天然气差压发电制氢装置，包括天然气输送管道，所述天然气输送管道上设置有调压稳压装置和发电制氢装置，其中，所述调压稳压装置上设置有高压输入端和低压输出端，所述发电制氢装置分别通过高压输入端和低压输出端与天然气输送管道旁路连接。
所述发电制氢装置包括膨胀机、发电机、整流器、电解水装置、储氢罐和储氧罐，其中，所述膨胀机上设置有膨胀机进气端、膨胀机排气端和膨胀机动力输出轴，所述膨胀机进气端与高压输入端管道连接，所述膨胀机排气端与低压输出端管道连接，所述膨胀机动力输出轴与发电机转动连接。
所述发电机与整流器电连接，所述整流器与电解水装置电连接，所述电解水装置分别与储氢罐和储氧罐管道连接。
所述装置中还包括第一增压机和第二增压机，所述第一增压机与储氢罐管道连接，所述第二增压机与储氧罐管道连接。
所述天然气输送管道上还有换热器，所述低压输出端与换热器管道连接。本发明公开了一种天然气差压发电制氢装置，采用在天然气输送管道的天然气高压端和天然气低压端通过旁路管道连接有差压发电制氢装置，有效利用了天然气输送管道中的压力差，节约了能源，所述天然气差压发电装置中还设置有调压稳压装置，在利用差压发电装置进行制氢的同时，还可以在输送管道能继续进行天然气的输送。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施，而不是全部的实施，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种天然气差压发电制氢装置，包括天然气输送管道，所述天然气输送管道上设置有调压稳压装置10和发电制氢装置，其中，所述调压稳压装置10上设置有高压输入端22和低压输出端11，所述发电制氢装置分别通过高压输入端22和低压输出端11与天然气输送管道旁路连接。
所述发电制氢装置包括膨胀机1、发电机2、整流器3、电解水装置4、储氢罐5和储氧罐7，其中，所述膨胀机1上设置有膨胀机进气端24、膨胀机排气端25和膨胀机动力输出轴26，所述膨胀机进气端24与高压输入端22管道连接，所述膨胀机排气端25与低压输出端11管道连接，所述膨胀机动力输出轴26与发电机2转动连接。
所述膨胀机1中设置有膨胀机，所述膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功的机械。在本实施例中，所述膨胀机为容积膨胀机和透平膨胀机。
所述发电机2与整流器3电连接，所述整流器3与电解水装置4电连接，所述电解水装置4分别与储氢罐5和储氧罐7管道连接。
在本实施例中采用，工业软水经纯水装置制取纯水，并送入原料水箱，经补水泵输入碱液系统，补充被电解消耗的水，电解槽中的水，在直流电的作用下被分解成氢气与氧气，并与循环电解液一起分别进入框架中的氢、氧分离洗涤器后进行气液分离、洗涤、冷却，分离后的电解液与补充的纯水混合后，经碱液换热器、碱液循环泵、过滤器送回电解槽循环电解。分离后的氢气和氧气分别送入储氢罐5和储氧罐7，再经缓冲减压后，供用户下游使用。
所述装置中还包括第一增压机6和第二增压机18，所述第一增压机6与储氢罐5管道连接，所述第二增压机18与储氧罐7管道连接。
所述第一增压机6是指将进入储氢罐5的氢气预先进行压缩或压缩后再加以冷却，以提升储氢罐5的氢气储存量。
所述第二增压机18是指将进入储氧罐7的氧气预先进行压缩或压缩后再加以冷却，以提升储氧罐7的氧气储存量。
所述膨胀机进气端24上设置有进口关断阀9，所述膨胀机通过进口关断阀9与高压输入端22管道连接。
所述膨胀机排气端25上设置有止回阀23和出口关断阀27，所述止回阀23与出口关断阀27串联连接，所述膨胀机依次通过止回阀23和出口关断阀27与低压输出端11管道连接。
在本实施例中所述监控调压器17的压力设定高于工作调压器14的压力设定，当所述工作调压器14工作的时候，监控调压器17处于全开状态，当工作调压器14发生故障致使低压输出端11中输送管道上的压力升高，到所述压力升高到监控调压器器17的压力设定的临界值时，监控调压器17控制压力升高，关小监控调压器17的阀口，开始进行调压工作。
所述调压稳压装置10中还设置有快速切断球阀21和隔断球阀12，其中，所述监控调压输入端20通过快速切断球阀21与高压输入端22管道连接，所述监控调压控制端19、工作调压输出端13和工作调压控制端15均通过隔断球阀12与低压输出端11管道连接。
所述天然气输送管道上还有换热器8，所述低压输出端11与换热器8管道连接。
在本实施例中换热器8首先空气换热器。
所述天然气差压发电制氢装置的具体工作过程如下：
首先，开启快速切断球阀21、隔断球阀12、进口关断阀9、出口关断阀27和止回阀23，由于天然气输送管道中，上游天然气的压力通常在10MPa左右，即本实施例中的高压输入端22，所述下游天然气输出的燃气压力通常在4MPa左右，即本实施例中的低压输出端11，所述膨胀机进气端24通过进口关断阀9与高压输入端22管道连接，所述膨胀机排气端25通过止回阀23和出口关 断阀27与低压输出端11管道连接。
由于，所述进口关断阀9、止回阀23和进口关断阀27均已开启，所以高压输入端22中的天然气会经过膨胀机进气端24输送至膨胀机1内，导致膨胀机1内存在压力差，所述压力差驱动膨胀机动力输出轴26转动，所述膨胀机动力输出轴26的转动带动所述发电机2转动，所述发电机2将机械能转换为电能以进行发电，由于发电机2产生的是交流电，需要将交流电进行整流变换以用于产生制氢所产生的电能。
在本实施例中，所述整流器3与发电机2电连接，所述整流器3将发电机2输出的交流电整流为直流电，所述直流电被输送至电解水装置4中，电解水装置4开始电解水工作，电解水后产生的氢气和氧气的密度不同，产生的氢气被输送至储氢罐5内，产生的氧气被输送至储氧罐7中，
所述储氢罐5设置有第一增压机6，所述第一增压机6将产生的氢气进一步增压压缩，变成液体氢存储在储氢灌5内，所述第一增压机6提升了储氢罐5的储存能力。
所述储氧罐7设置有第二增压机18，所述第二增压机18将产生的氧气进一步增压压缩，变成液体氧存储在储氢灌7内，所述第二增压机18提升了储氢罐7的储存能力。
所膨胀机1上的膨胀机排气端25将做过功的低压力天然气通过止回阀23和出口关断阀27输出至低压输出端11，并经过换热器8后继续进行天然气供气传输。
所述调压稳压装置10可以将高压输入端22中的高压天燃气进行降压，降压后的低温天然气通过换热器8进行升温后进行天然气的输送。
所述一种天然气差压发电制氢装置，利用天然气压差驱动膨胀机1做功，进而带动发电机2发电，输出电力进入整流器3进行整流，作为动力源供应给电解水装置4，电解水装置4对水进行电解，电解后生成氢气和氧气，分别进入储氢罐5和储氧罐7，储氢罐5后设置增第一增压机6对氢气进行增压后，进行过滤、水洗，除去气体中的盐和杂质后，进行灌装外送。储氧罐7后设置第二增压机18对氧气进行增压后，进行过滤、水洗，除去气体中的盐和杂质后，进行灌装外送。
出口的低温天然气体，通过空气换热器6与室外空气进行换热后输送到下游管网。
为保证供气的稳定性，为膨胀机1设置调压旁路10，当透平故障时，气源快速切换到走调压旁路10为下游供气。
所述一种天然气差压发电制氢装置，采用在天然气输送管道的天然气高压端和天然气低压端通过旁路管道连接有差压发电制氢装置，有效利用了天然气输送管道中的压力差，节约了能源，所述天然气差压发电装置中还设置有调压稳压装置，在利用差压发电装置进行制氢的同时，还可以在输送管道能继续进行天然气的输送。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种天然气差压发电制氢装置，包括天然气输送管道，其特征在于：所述天然气输送管道上设置有调压稳压装置（10）和发电制氢装置，其中，所述调压稳压装置（10）上设置有高压输入端（22）和低压输出端（11），所述发电制氢装置分别通过高压输入端（22）和低压输出端（11）与天然气输送管道旁路连接。
2.根据权利要求1所述的天然气差压发电制氢装置，其特征在于：所述发电制氢装置包括膨胀机（1）、发电机（2）、整流器（3）、电解水装置（4）、储氢罐（5）和储氧罐（7），其中，所述膨胀机（1）上设置有膨胀机进气端（24）、膨胀机排气端（25）和膨胀机动力输出轴（26），所述膨胀机进气端（24）与高压输入端（22）管道连接，所述膨胀机排气端（25）与低压输出端（11）管道连接，所述膨胀机动力输出轴（26）与发电机（2）转动连接。
3.根据权利要求2所述的天然气差压发电制氢装置，其特征在于：所述发电机（2）与整流器（3）电连接，所述整流器（3）与电解水装置（4）电连接，所述电解水装置（4）分别与储氢罐（5）和储氧罐（7）管道连接。
4.根据权利要求2所述的天然气差压发电制氢装置，其特征在于：所述装置中还包括第一增压机（6）和第二增压机（18），所述第一增压机（6）与储氢罐（5）管道连接，所述第二增压机（18）与储氧罐（7）管道连接。
5.根据权利要求1所述的天然气差压发电制氢装置，其特征在于：所述天然气输送管道上还有换热器（8），所述低压输出端（11）与换热器（8）管道连接。
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