CN112705058A - 一种管道内氢气与天然气混合装置 - Google Patents

Abstract

一种管道内氢气与天然气混合装置，包括控制模块、气体混合模块；其中，所述控制模块包括天然气流通管路Ⅰ、氢气流通管路Ⅱ、PLC控制器、天然气回流路线Ⅲ和氢气回流路线Ⅳ；所述天然气流通管路Ⅰ上按顺序依次设置有天然气分配罐、天然气第一截断器、天然气压力感传送器、天然气流量流速传送器、天然气第二截断器、天然气单向运输阀，所述氢气流通管路Ⅱ上按顺序依次设置有氢气分配罐、氢气第一截断器、氢气压力感传送器、氢气流量流速传送器、氢气第二截断器、氢气单向运输阀；所述天然气流通管路Ⅰ和氢气流通管路Ⅱ上的元器件与PLC控制器连接并由之控制。

Description

一种管道内氢气与天然气混合装置

技术领域

本发明涉及气体混合装置领域，更具体地涉及一种管道内氢气与天然气混合装置。

背景技术

天然气中加入一定氢气，能成为一种新型燃料氢气—天然气，这种新型燃料兼具天然气和氢气的优点，燃烧速度快，碳排放量更低，更加环保，是一种应对石油危机的新途径。氢气压缩比小，且不易被液化，导致汽车运输成本高，推广经济性差。现有技术中氢气通常考虑采用长输管道和天然气一起输送，极大的降低了氢气的运输成本，成为氢气、天然气被推广的极佳方法。但是，氢气比天然气更易爆炸，且对管材有一定的影响。因此对氢气加入天然气中的比例以及安全性有较高的要求，加入方法更是急需解决的问题。

国内对天然气中加入氢气的方法研究比较少，但有在加气站加入氢气的专利，也有在天然气中混合空气的专利，加入原理与方法相近，但不尽相同。若用于长管道对天然气加入氢气，处理量小；存在多次放空的问题；加入比例不好控制且加入后天然气与氢气混合不均匀。且需要对天然气和氢气两条管道进行控制；缺少超压、超速、超量之后的回路装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种天然气加氢装置，自动控制简单，加入量大，连续运行，加入比例稳定可调控，混合均匀，无放空污染，安全可靠的加氢装置。

一种管道内氢气与天然气混合装置，包括控制模块、气体混合模块；其中，所述控制模块包括天然气流通管路Ⅰ、氢气流通管路Ⅱ、PLC控制器、天然气回流路线Ⅲ和氢气回流路线Ⅳ；所述天然气流通管路Ⅰ上按顺序依次设置有天然气分配罐、天然气第一截断器、天然气压力感传送器、天然气流量流速传送器、天然气第二截断器、天然气单向运输阀，所述氢气流通管路Ⅱ上按顺序依次设置有氢气分配罐、氢气第一截断器、氢气压力感传送器、氢气流量流速传送器、氢气第二截断器、氢气单向运输阀；所述天然气流通管路Ⅰ和氢气流通管路Ⅱ上的元器件与PLC控制器连接并由之控制。

优选的，天然气流通管路Ⅰ上天然气分配罐由PLC控制器控制并发送天然气的量、压力和流速，依次经过天然气第一截断器、天然气压力感传送器，天然气流量流速传送器。初始时天然气第二截断器处于关闭状态，气体无法通过，经PLC控制器接收来自元器件返送的信号判断流量流速以及压力是否正确，若正确则天然气第一截断器打开，天然气流向单向运输阀进入增压器；若返送的信号判断不正确则截断器会由PLC控制器控制自动关闭，随之天然气由气体回流路线Ⅲ返回天然气分配罐，并由PLC重新设置所需配送的天然气量再走一次，直至正确为止。

优选的，氢气流通管路Ⅱ上氢气分配罐由PLC控制器控制发送氢气的量、压力和流速，依次经过氢气第一截断器、氢气压力感传送器、氢气流量流速传送器。此时氢气第二截断器处于关闭状态，气体无法通过，经PLC控制器接收来自元器件返送的信号判断流量流速以及压力正否正确，若正确则氢气第二截断器打开气体流向氢气单向运输阀进入增压器；若返送的信号判断不正确截断器会由PLC控制器控制自动关闭，随之氢气由气体回流路线Ⅳ返回天然气分配罐，并由PLC重新设置所需配送的氢气量再走一遍。

具体的，在氢气运输路线上还配置了一个甲醇制氢的装置。甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂,在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统，重整反应生成的H2和CO2，再经过变压吸附法(PSA)将H2和CO2分离，得到高纯氢气。

当由路线上的元器件收集的数据返送给PLC控制器，若数据正确则打开天然气第二截断器和氢气第二截断器，气体将进入管道内进行混合操作。若不正确则同时关闭所有截断器，管道内的气体将通过回流路线重新回到气体分配罐中。

如图1所示，本发明的一种气体混合模块包括混合气体缓冲区域、气体混合区域、长板扇叶，长板扇叶支架板包括上顶座和下底座能支持气体顺利通过。气体混合装置应该使用耐高温耐腐蚀性材料。

优选的，气体经过气体缓冲区域进入气体混合区域。气体在混合区域内被加热，所以气体混合区域内的温度会比常温高摄氏度左右，在这里面的混合气体经过加热之后气体分子的运动会相当活泼。最后流动速度较快的混合气体会受到长板扇叶的作用做回旋运动进一步混合气体，最后经由第二缓冲区域导出。

具体的，气体混合装置为一条特殊设计的圆柱体，内部为中空圆柱，圆柱分为三个区域，内部设有5个长板扇叶，在管道的进口和出口处分别设置了气体缓冲区域。

进一步的，气体缓冲区域是能把传送进来的气体有序的进入气体混合区域以及运输出去、其次是将混合气体过滤去除颗粒状杂质和水分更特殊的在于第一气体缓冲区域具有加热的功能。

进一步的，气体混合部分内有的5个长板扇叶(叶片上附有多个规则的小孔)，这些扇叶旋转会使气体在内部充分混合。

进一步的，带动5个长板扇叶的顶座和底座能固定扇叶并支撑扇叶以一定的速度的旋转。

进一步的，加压器，可以避免氢气、天然气会存在放空现象。

进一步的，改圆柱体底面直径为1m、高为3m。

进一步的，气体混合仪器的材料应为耐高温、耐腐蚀性。

原料气体进入气体混合区域时会被旋转的扇叶带动运动旋转。再加上混合气体因为加热的影响，分子间的间隔以及互相与运动会更加剧烈。本发明的气体混合方法可改善混合气体均匀性，提高气体混合的效率。本发明提供一种天然气加氢装置，自动控制简单，加入量大，连续运行，加入比例稳定可调控，混合均匀，无放空污染，安全可靠的加氢装置。

附图说明

图1为本发明的一个实施例所示的气体混合装置结构示意图；

图2为本发明的一个实施例所示的混合器气体运动示意图；

图3为本发明的一个实施例的混合器截面示意图。

图4为本发明的扇叶详细示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

一种管道内氢气与天然气混合装置，包括控制模块、气体混合模块；其中，所述控制模块包括天然气流通管路Ⅰ、氢气流通管路Ⅱ、PLC控制器13、天然气回流路线Ⅲ和氢气回流路线Ⅳ；所述天然气流通管路Ⅰ上按顺序依次设置有天然气分配罐1、天然气第一截断器2、天然气压力感传送器3、天然气流量流速传送器4、天然气第二截断器5、天然气单向运输阀6，所述氢气流通管路Ⅱ上按顺序依次设置有氢气分配罐7、氢气第一截断器8、氢气压力感传送器9、氢气流量流速传送器10、氢气第二截断器11、氢气单向运输阀12；所述天然气流通管路Ⅰ和氢气流通管路Ⅱ上的元器件与PLC控制器13连接并由之控制。

优选的，天然气流通管路Ⅰ上天然气分配罐1由PLC控制器13控制并发送天然气的量、压力和流速，依次经过天然气第一截断器2、天然气压力感传送器3，天然气流量流速传送器4。初始时天然气第二截断器5处于关闭状态，气体无法通过，经PLC控制器接收来自元器件返送的信号判断流量流速以及压力是否正确，若正确则天然气第一截断器2打开，天然气流向单向运输阀6进入增压器14；若返送的信号判断不正确则截断器会由PLC控制器控制自动关闭，随之天然气由气体回流路线Ⅲ返回天然气分配罐，并由PLC重新设置所需配送的天然气量再走一次，直至正确为止。

优选的，氢气流通管路Ⅱ上氢气分配罐7由PLC控制器控制发送氢气的量、压力和流速，依次经过氢气第一截断器8、氢气压力感传送器9、氢气流量流速传送器10。此时氢气第二截断器11处于关闭状态，气体无法通过，经PLC控制器接收来自元器件返送的信号判断流量流速以及压力正否正确，若正确则氢气第二截断器11打开气体流向氢气单向运输阀12进入增压器14；若返送的信号判断不正确截断器会由PLC控制器控制自动关闭，随之氢气由气体回流路线Ⅳ返回天然气分配罐，并由PLC重新设置所需配送的氢气量再走一遍。

具体的，在氢气运输路线上还配置了一个甲醇制氢的装置。甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂,在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统，重整反应生成的H2和CO2，再经过变压吸附法(PSA)将H2和CO2分离，得到高纯氢气。

当由路线上的元器件收集的数据返送给PLC控制器，若数据正确则打开天然气第二截断器5和氢气第二截断器11，气体将进入管道内进行混合操作。若不正确则同时关闭所有截断器，管道内的气体将通过回流路线重新回到气体分配罐中。

如图1所示，本发明的一种气体混合模块包括混合气体缓冲区域15、气体混合区域18、长板扇叶16，长板扇叶支架板包括上顶座和下底座17能支持气体顺利通过。气体混合装置应该使用耐高温耐腐蚀性材料。

优选的，气体经过气体缓冲区域15进入气体混合区域。气体在混合区域内被加热，所以气体混合区域内的温度会比常温高10摄氏度左右，在这里面的混合气体经过加热之后气体分子的运动会相当活泼。最后流动速度较快的混合气体会受到长板扇叶16的作用做回旋运动进一步混合气体，最后经由第二缓冲区域18导出。

进一步地，气体混合装置的高度为3米左右，如果高度过矮，混合气体经过混合区域还未充分混合就已经到了出口处，达不到促进混合的效果；若混合装置的高度过高，混合气体在混合区域内沉积时间过长，降低了混合效率。

如图3所示，所有的长板扇叶在圆内均匀分布，每两个长板扇叶间的距离相同且不可太近也不能太远，使混合气体在扇叶的带动下运动有规律、受力均匀，不会剧烈晃动或发生偏移。除此之外，每个叶片应当使用刚性较强且韧性强的材料并且固定在管道内，当有较高流速压力的混合气体进入管道内时不会有太多的噪音。这样一来气体混合的均匀性得到了极高的保证，且控制了流速以及压力。

如图4所示，本发明提供了扇叶的细节图，我们在每个叶片上设计了多个有规律的小孔，这样能保证气体在混合过程中能进行多次，确保混合气体混合充分均匀。

另外，值得注意的时管壁材料以及扇叶均由防腐蚀材料制成，避免设备在气体混合过程中被气体腐蚀，导致气体泄漏污染环境、对人体产生危害，降低工作效率。

本发明的一个实施例不仅仅提供了天然气中掺入氢的方法，它还包括其他很多气体的混合方法：将两种甚至两种以上的气体通过控制路径传入混合装置内，且其内设有这种长板扇叶结构的混合装置中进混合。先将不同流量的气体通过PLC控制器的控制传入气体混合管道内，混合气体受到旋转的扇叶进行运动，在行进过程中逐渐混合均匀。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种管道内氢气与天然气混合装置，其特征在于，包括：控制模块、气体混合模块；其中，所述控制模块包括天然气流通管路Ⅰ、氢气流通管路Ⅱ、PLC控制器、天然气回流路线Ⅲ和氢气回流路线Ⅳ；所述天然气流通管路Ⅰ上按顺序依次设置有天然气分配罐、天然气第一截断器、天然气压力感传送器、天然气流量流速传送器、天然气第二截断器、天然气单向运输阀，所述氢气流通管路Ⅱ上按顺序依次设置有氢气分配罐、氢气第一截断器、氢气压力感传送器、氢气流量流速传送器、氢气第二截断器、氢气单向运输阀；所述天然气流通管路Ⅰ和氢气流通管路Ⅱ上的元器件与PLC控制器连接并由之控制。

2.根据权利要求1所述的一种管道内氢气与天然气混合装置，其特征在于，在氢气流通管路上还配置了一个甲醇制氢的装置。

3.根据权利要求1所述的一种管道内氢气与天然气混合装置，其特征在于，气体混合模块包括混合气体缓冲区域、气体混合区域、长板扇叶。

4.根据权利要求3所述的一种管道内氢气与天然气混合装置，其特征在于，长板扇叶支架板包括上顶座和下底座能支持气体顺利通过。

5.根据权利要求4所述的一种管道内氢气与天然气混合装置，其特征在于，气体混合装置使用耐高温耐腐蚀性材料。

6.根据权利要求3所述的一种管道内氢气与天然气混合装置，其特征在于，气体在混合区域内被加热。

7.根据权利要求1所述的一种管道内氢气与天然气混合装置，其特征在于，气体混合装置内部为中空圆柱，圆柱分为三个区域，内部设有5个长板扇叶，在管道的进口和出口处分别设置了气体缓冲区域。

8.根据权利要求7所述的一种管道内氢气与天然气混合装置，其特征在于，圆柱体底面直径为1m、高为3m。

9.一种根据权利要求1所述的管道内氢气与天然气混合装置的使用方法，其特征在于，将两种或两种以上的气体通过控制路径传入混合装置内，将不同流量的气体通过PLC控制器的控制传入气体混合管道内，混合气体受到旋转的扇叶进行运动，在行进过程中逐渐混合均匀且其内设有长板扇叶结构的混合装置中进混合。

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