CN117070975A - 一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，包括调压管路和发电管路，调压管路和发电管路的上游端与天然气高压管路连接，调压管路和发电管路的下游端与天然气低压管路连接，调压管路中设有调压装置，发电管路中设有发电装置，发电装置下游的发电管路中设有第一换热器，第一换热器并联有第一天然气支路和第二天然气支路，第一天然气支路中设有冷水装置，冷水装置通过输水管路连接有电解槽，电解槽电解水产生的氢气通过输氢管路依次连接有第二换热器和压缩装置，电解槽电解水产生的氧气通过输氧管路连接第三换热器后进行排放，第二换热器和第三换热器处于第二天然气支路中。其具有结构简单、成本低廉、安全稳定、功能性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然气压差发电技术，具体涉及一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢综合系统。
背景技术
天然气是人们生活中必不可少的能源，在其输送过程中需将高压调为低压后才可为终端用户使用。在天然气调压过程中会产生大量压力能，为充分利用这一能源本领域采用了使调压管路并联发电管路的方式，通过在发电管路中设置膨胀发电装置以实现发电目的。但膨胀发电时机械能和冷能的比例大致为1∶1，机械能会转变为电能，而冷能会大大降低发电后天然气的温度。目前本领域通常使发电后的低温天然气直接并入下游低压管网，不但造成了冷能浪费，且对下游低压管网的安全稳定性产生了不利影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其具有结构简单、成本低廉、安全稳定、功能性强的优点。
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，包括并联的调压管路和发电管路，调压管路和发电管路的上游端与天然气高压管路连接，调压管路和发电管路的下游端与天然气低压管路连接，调压管路中设有调压装置，发电管路中设有发电装置，所述发电装置下游的发电管路中设有第一换热器，第一换热器为空温式换热器，第一换热器并联有第一天然气支路和第二天然气支路，第一天然气支路中设有冷水装置，冷水装置通过输水管路连接有电解槽，电解槽电解水产生的氢气通过输氢管路依次连接有第二换热器和压缩装置，电解槽电解水产生的氧气通过输氧管路连接第三换热器后进行排放，第二换热器和第三换热器为气/气换热器并处于第二天然气支路中。
进一步的，本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其中，所述第二换热器和压缩装置之间的输氢管路中设有气液分离器，气液分离器和压缩装置之间的输氢管路中设有除氧装置。
进一步的，本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其中，所述电解槽通过回水管路与冷水装置连接，所述输水管路连接有第一水支路和第二水支路，第一水支路流经压缩装置后与回水管路连接，第二水支路流经设于电解室的空调后与回水管路连接。
进一步的，本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其中，所述发电装置分别为冷水装置、电解槽和压缩装置供电。
进一步的，本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其中，所述天然气高压管路中设有过滤器和计量仪。
进一步的，本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其中，所述调压管路的两端对应设有第一控制阀和第二控制阀。
进一步的，本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其中，所述发电管路的两端对应设有第三控制阀和第四控制阀。
本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置并联的调压管路和发电管路，使调压管路和发电管路的上游端与天然气高压管路连接，使调压管路和发电管路的下游端与天然气低压管路连接，在调压管路中设置调压装置，在发电管路中设置发电装置，并在发电装置下游的发电管路中设置第一换热器，让第一换热器采用空温式换热器且并联第一天然气支路和第二天然气支路，在第一天然气支路中设置冷水装置，让冷水装置通过输水管路连接电解槽，让电解槽电解水产生的氢气通过输氢管路依次连接第二换热器和压缩装置，让电解槽电解水产生的氧气通过输氧管路连接第三换热器后进行排放，并使第二换热器和第三换热器采用气/气换热器且设置在第二天然气支路中。由此就构成了一种结构简单、成本低廉、安全稳定、功能性强的天然气压差发电和电解制氢综合系统，在实际应用中，通过调压管路和发电管路进行调压和发电，实现了压力能的回收利用，通过冷水装置、电解槽、第二换热器和压缩装置等进行电解制氢，可为市场提供需求日益增长的氢能，提高了系统的功能性和实用性。本发明通过设置第一换热器及并联的第一天然气支路和第二天然气支路，并将冷水装置设置在第一天然气支路中，将第二换热器和第三换热器设置在第二天然气支路中，通过在第一换热器位置低温天然气与空气进行热交换、在冷水装置位置低温天然气与水进行热交换、在第二换热器和第三换热器位置低温天然气与氢气和氧气进行热交换，一方面实现了膨胀发电产生的冷能自消纳，使进入下游低压管路的天然气温度不会过低，保证了下游低压管网的安全稳定性，另一方面降低了冷水装置的冷水生产成本，且通过降低氢气温度有利于除水和压缩。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统的示意图。
具体实施方式
首先需要说明的，本发明中所述的上、下、左、右、前、后等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案及请求保护范围进行的限制。
如图1所示本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统的具体实施方式，包括并联的调压管路和发电管路，让调压管路和发电管路的上游端与天然气高压管路连接，让调压管路和发电管路的下游端与天然气低压管路连接。在调压管路中设置调压装置1，在发电管路中设置发电装置2，在发电装置2下游的发电管路中设置第一换热器3。让第一换热器3采用空温式换热器，并使第一换热器3并联第一天然气支路和第二天然气支路。在第一天然气支路中设置冷水装置4，让冷水装置4通过输水管路连接电解槽5，让电解槽5电解水产生的氢气通过输氢管路依次连接第二换热器6和压缩装置7，让电解槽5电解水产生的氧气通过输氧管路连接第三换热器8后进行排放，并使第二换热器6和第三换热器8采用气/气换热器且设置在第二天然气支路中。
通过以上设置就构成了一种结构简单、成本低廉、安全稳定、功能性强的天然气压差发电和电解制氢综合系统，在实际应用中，通过调压管路和发电管路进行调压和发电，实现了压力能的回收利用，通过冷水装置、电解槽、第二换热器和压缩装置等进行电解制氢，可为市场提供需求日益增长的氢能，提高了系统的功能性和实用性。本发明通过设置第一换热器3及并联的第一天然气支路和第二天然气支路，并将冷水装置4设置在第一天然气支路中，将第二换热器6和第三换热器8设置在第二天然气支路中，通过在第一换热器3位置低温天然气与空气进行热交换、在冷水装置4位置低温天然气与水进行热交换、在第二换热器6和第三换热器8位置低温天然气与氢气和氧气进行热交换，一方面实现了膨胀发电产生的冷能自消纳，使进入下游低压管路的天然气温度不会过低，保证了下游低压管网的安全稳定性，另一方面降低了冷水装置4的冷水生产成本，且通过降低氢气温度有利于除水和压缩。需要说明的是，调压装置1、发电装置2、冷水装置4、电解槽5和压缩装置7均为本领域现有装置或设备，其结构、原理以及连接方式为技术人员所熟知，调压装置1是指天然气调压器，发电装置2通常采用膨胀机连接发电机的形式，冷水装置4是指生产冷水的设备，电解槽5用于电解水以获得氢气和氧气，压缩装置7用于压缩氢气并连接装车设备18以便进行装车外输。上述“在第一天然气支路中设置冷水装置4”是指将冷水装置4的气道设置在第一天然气支路中，以便从中流过的天然气与冷水装置4中的水进行热交换；上述“第二换热器6采用气/气换热器且设置在第二天然气支路中”是指第二换热器6中设有两个通道，其中一个通道设置在输氢管路中，另一个通道设置在第二天然气支路中以便从中流过的天然气与输氢管路中的氢气进行热交换，第三换热器8的结构和工作方式与第二换热器6相同。
作为优化方案，本具体实施方式在第二换热器6和压缩装置7之间的输氢管路中设置了气液分离器9，以便去除氢气中的少量水分，并在气液分离器9和压缩装置7之间的输氢管路中设置了除氧装置10，以便去除氢气中的氧气，从而提高氢气的纯度。需要指出的是，气液分离器9和除氧装置10均为本领域现有设备或装置，其结构、原理以及连接方式为技术人员所熟知，在实际应用中，本发明通常采用催化燃烧式的除氧装置。同时，本具体实施方式还使电解槽5通过回水管路与冷水装置4连接，以实现水资源的循环利用，并使输水管路连接了第一水支路和第二水支路，其中，第一水支路流经压缩装置7后与回水管路连接，第二水支路流经设于电解室的空调11后与回水管路连接。这一设置通过冷水装置4为压缩装置7和空调11提供所需的冷能，提高了系统的集成度和稳定可靠性。
作为具体实施方式，本发明使发电装置2分别为冷水装置4、电解槽5和压缩装置7提供所需的电能，以提高系统的独立性和运行的稳定可靠性；并在天然气高压管路中设置了过滤器12和计量仪13，以过滤掉天然气中的杂质并便于直观了解天然气的参数，计量仪13是指压力表、流量计等。为控制各管路的通断便于后期维修维护，本具体实施方式在调压管路的两端对应设置了第一控制阀14和第二控制阀15，在发电管路的两端对应设置了第三控制阀16和第四控制阀17。
经实际应用表明，本发明一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统可产生以下有益效果：1、通过整合天然气压差发电和电解制氢系统，实现了天然气压差发电和电解制氢的冷热能互补利用，提高了系统的功能性和实用性；2、通过在第二换热器处使低温天然气与高温氢气进行热交换，回收利用了氢气废热，使进入下游低压管路的天然气温度不会过低，且有效降低了氢气温度，有利于后续除水和压缩，降低了制氢成本；3、通过在冷水装置位置使低温天然气与水进行热交换，降低了冷水生产成本，使进入下游低压管路的天然气温度不会过低；4、通过冷水装置为压缩装置和空调提供所需的冷能，提高了系统的集成度和可靠性。综合以上技术手段，不但实现了冷能自消纳，且增强了系统的功能性和安生稳定性。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员依据本发明的技术方案做出的各种变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，包括并联的调压管路和发电管路，调压管路和发电管路的上游端与天然气高压管路连接，调压管路和发电管路的下游端与天然气低压管路连接，调压管路中设有调压装置(1)，发电管路中设有发电装置(2)，其特征在于，所述发电装置(2)下游的发电管路中设有第一换热器(3)，第一换热器(3)为空温式换热器，第一换热器(3)并联有第一天然气支路和第二天然气支路，第一天然气支路中设有冷水装置(4)，冷水装置(4)通过输水管路连接有电解槽(5)，电解槽(5)电解水产生的氢气通过输氢管路依次连接有第二换热器(6)和压缩装置(7)，电解槽(5)电解水产生的氧气通过输氧管路连接第三换热器(8)后进行排放，第二换热器(6)和第三换热器(8)为气/气换热器并处于第二天然气支路中。
2.根据权利要求1所述的一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其特征在于，所述第二换热器(6)和压缩装置(7)之间的输氢管路中设有气液分离器(9)，气液分离器(9)和压缩装置(7)之间的输氢管路中设有除氧装置(10)。
3.根据权利要求2所述的一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其特征在于，所述电解槽(5)通过回水管路与冷水装置(4)连接，所述输水管路连接有第一水支路和第二水支路，第一水支路流经压缩装置(7)后与回水管路连接，第二水支路流经设于电解室的空调(11)后与回水管路连接。
4.根据权利要求3所述的一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其特征在于，所述发电装置(2)分别为冷水装置(4)、电解槽(5)和压缩装置(7)供电。
5.根据权利要求4所述的一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其特征在于，所述天然气高压管路中设有过滤器(12)和计量仪(13)。
6.根据权利要求5所述的一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其特征在于，所述调压管路的两端对应设有第一控制阀(14)和第二控制阀(15)。
7.根据权利要求6所述的一种冷能自消纳的天然气压差发电和电解制氢系统，其特征在于，所述发电管路的两端对应设有第三控制阀(16)和第四控制阀(17)。
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