CN203052204U - 吸附式天然气储存与调峰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的吸附式天然气储存与调峰装置由至少1台储存调峰吸附器以及相应的进、出气阀组成，每台储存调峰吸附器通过工艺管线并联连接并匹配有吸附进、出气阀，吸附进、出气阀一端分别与储存调峰吸附器下、上部的工艺管线相接，另一端分别通过工艺管线与天然气主管网上、下游连通阀相接，天然气主管网上、下游连通阀分别通过工艺管线与天然气主管网相通，且在天然气主管网上游设置有单向阀。本实用新型还可在天然气主管网与储存调峰吸附器之间配置预处理器。本实用新型不仅可避免现有技术运行过程中所必需的设备投资，且储气量大，占地面积小，安全性高，设置组合灵活，没有能源消耗和人工操作管理，运行成本十分低廉，是储气调峰装置的更新换代产品。

Description

吸附式天然气储存与调峰装置

技术领域

本实用新型属于燃气储存与调峰装置技术领域，具体涉及一种吸附式天然气储存与调峰装置。

背景技术

天然气作为一种清洁能源，已广泛用于城镇居民生活、公共设施、集中采暖和工业企业的生产中。但因城镇居民生活节奏、公共设施和采暖季节等原因所带来的不同时段、不同季节的用气量是不同的，因而会形成用气的高峰和低谷。加之因输送管道、设备损坏以及无法抗拒的因素而引起的非正常停气，也将直接影响对下游的供气可靠性，以致于给居民的生活带来不便，给一些企业带来巨大的经济损失，甚至有可能出现安全问题。

然而作为城市天然气管网的总供应量和瞬时供应量变化不大，加之很多天然气管网建设时间较早，管道的瞬间输送能力非常有限，这样就造成城市用气高峰时段的供气不足问题。为了不至于严重影响城镇居民的日常生活和工业生产的正常需求，这就要求在城市周边增加相应的天然气储存设备或设施，以便在城市用气高峰时段出现的供气低谷时，采用相应的调峰措施来缓解城市天然气的这种供需矛盾。

目前，现有技术采取的天然气储气调峰装置主要有以下几种：

1）低压罐储气装置

低压罐储气装置的工作压力基本稳定，一般为4×10³Pa以下。该装置虽简单且安全，但储存设备的体积大，储气量小，效率低，占地面积大。

2）高压球罐储气装置

高压球罐储气装置是在用气低谷时，将天然气压缩到容器内储存，其设计工作压力一般不超过20.0Mpa储存压力。其储气量虽比低压罐储气装置大得多，但设备投资大，需要通过增压储存，每立方米气体加压成本在0.20元以上，不仅储气装置存放的危险性较高，而且制造和运行成本高。该方式一般只应用于CNG加气站，目前，基本上被高压地下储气井所取代。

3）地下储气装置

地下储气方式又分为地层(圈闭构造)储气装置和地下高压竖井储气装置。

(1)地层(圈闭构造)储气装置

地层(圈闭构造)储气装置就是将原中石油、中石化或其它能源开发企业已采完或即将采完的石油、天然气井地层构造的巨大地下空间，进行一定的修整改造形成的。在用气低峰时，将地面管网的天然气注入此空间，待到用气高峰时再取出进行调峰。该装置一般由供气上游建设完成，缺点是投资非常大。

(2)地下高压竖井储气装置

地下高压竖井储气装置是在我国地面高压储气方式存在较大安全隐患的情况下，出现的一种新型地下高压储气装置，该装置是由联通的多组耐压管道竖直嵌入地下组成的分散型储气装置。由于其占用面积小、安全、经济，在压缩天然气汽车加气站(CNG)领域得到广泛应用。近年来，又在民用、商用、工业用天然气储配调峰领域进行了尝试性应用，但是，由于高压带来的安全检测手段不完善，导致城市和社会安全存在较大隐患；同时能耗大，运行成本高，不符合国家低碳发展的要求；且价格管理机制无法解决经营企业的运行成本。因而从本质上不适用于城市燃气调峰。

4）液化天然气（LNG）气化调峰装置

LNG气化调峰装置主要由低温储槽、低温离心泵、蒸汽加热水浴式气化器、回收气（BOG）加热器、放空（EAG）加热器、调压计量装置和控制系统组成。储存调峰工艺是：将LNG工厂生产的LNG送入气化调峰装置的低温储槽，储槽的储存温度为-162℃，压力为常压；当需要调峰时，利用低温离心泵将储槽液体输入蒸汽加热水浴式气化器中进行气化，气化后的天然气经调压计量后送入管网。储槽BOG气体经BOG加热器加热至常温后引入用户压缩机回收处理，EAG气体经EAG加热器加热至常温后通过阻火器放空。该装置体积小，储存量大，占地面积小，但设备投资较大，耗电量高，且需要较大的深冷工厂，同时对深冷装置的操作弹性要求很大，这刚好是深冷装置运行操作最大的忌讳。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种新的、投资合理、更安全、更高效的吸附式天然气储存与调峰装置。

本实用新型提供的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置是由储存调峰吸附器Ax以及相应的进、出气阀AF1x、AF2x组成，其中储存调峰吸附器Ax至少为1台并通过工艺管线并联连接，每台储存调峰吸附器Ax均匹配有吸附进、出气阀AF1x、AF2x，吸附进气阀AF1x一端与储存调峰吸附器Ax下部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网上游连通阀J1相接，吸附出气阀AF2x一端与储存调峰吸附器Ax上部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网下游连通阀J2相接，天然气主管网上、下游连通阀J1和J2分别通过工艺管线与天然气主管网相通，在天然气主管网上、下游连通阀J1和J2之间的管线上还设置有一主管网上、下游调压阀F1，且在天然气主管网上游还设置有单向阀Z1。

为了避免天然气主管网送入的天然气中含有的杂质和水分对调峰吸附剂的影响，保证储存调峰吸附器吸附储存效率的持久性和装填的吸附剂的使用寿命，本实用新型还在该装置的天然气主管网与储存调峰吸附器Ax之间配置有至少1台预处理器Bx，并通过工艺管线并联连接，每台预处理器Bx均对应匹配有预处理进、出气阀BF1x、BF2x和调峰再生进、出气阀BF3x、BF4x，预处理进气阀BF1x一端与预处理器Bx下部的工艺管线相接，另一端通过主管网上游连通阀J1与天然气主管网相通，预处理出气阀BF2x一端与预处理器Bx上部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线上的吸附连通控制总阀J3与吸附进气阀AF1x相接，调峰再生进气阀BF4x通过工艺管线上的调峰气量控制阀F2与吸附出气阀AF2x相接，调峰再生出气阀BF4x通过工艺管线上的主管网下游连通阀J2与天然气主管网相通。

上述吸附式天然气储存与调峰装置中储存调峰吸附器Ax为1～200台，优选5～200台，预处理器Bx为1～50台，优选2～50台，其工作压力均为0.4～6.0MPa。具体采用的台数可根据储存调峰的需求，灵活进行选择组合，既可在城市周边设置多个规模较小（台数较少组成）的这种装置或一个规模很大（台数较多组成）装置，也可城市内多个区域分别设置若干个相应规模的该装置，还可以同时在城市周边或市内多区域分别设置多个相应规模的该装置。这些装置既可设置在地面，也可设置在地下。

上述装置中储存调峰吸附器Ax为储存调峰吸附罐、储存调峰吸附柱或储存调峰吸附塔中的任一种，优选储存调峰吸附柱。预处理器Bx为预处理罐、预处理柱或预处理塔中的任一种，优选预处理柱。

上述装置中储存调峰吸附器Ax和预处理器Bx内装填有固体吸附剂，具体为活性氧化铝吸附剂、碳质吸附剂、分子筛吸附剂和合成沸石吸附剂中的至少二种，其孔径为1.10～1.5nm。

预处理器Bx最好选择为双数，其中半数用于进气储存时吸附杂质等，另外半数用于调峰出气时解吸杂质等，以使吸附剂再生后能轮换使用。

在城市用气低谷时间段，天然气主管网内压力会逐步增高，这时主管网内的天然气会自动通过工艺管线进入本实用新型装置的预处理器Bx，经预处理器Bx内的吸附剂吸附脱出有害杂质和水分后，再进入储存调峰吸附器Ax内并被其中装填的固体吸附剂所吸附储存起来，直至与天然气主管网内压力平衡一致。

在城市用气高峰时间段，由于天然气主管网内压力的降低，本实用新型装置的储存调峰吸附器Ax内吸附储存的压力较高的天然气会随之降低，并将吸附储存的天然气解吸出来，经工艺管线进入预处理器Bx并将其中吸附剂吸附的有害杂质和水分逐渐冲洗带出，一起逆着进气方向进入天然气主管网，以补充主管网下游用户用气的不足，从而达到调峰的目的。

当在下一次用气低谷时，主管网内的天然气又会自动通过工艺管线依次进入本实用新型装置的预处理器Bx和储存调峰吸附器Ax内吸附储存起来，而用气高峰时又会自动将吸附储存的天然气解吸出来，进入天然气主管网来补充下游用气的不足，并如此周而复始。

综上所述，本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、由于本实用新型提供的装置是采用变压吸附原理来进行天然气的储存调峰，因而为天然气储存与调峰技术领域提供了一种全新的可供选择的装置。

2、由于本实用新型巧妙地利用了天然气主管网在用气高峰与低谷时压力的巨大变化的特点，设计了这套能满足变压吸附工艺操作条件的天然气储存与调峰装置，因而不仅可避免现有技术在运行过程中所必需的诸如压缩和冷却所需的设备投资，且在运行过程中也没有能源消耗和人工操作管理，运行成本十分低廉。

3、由于本实用新型提供的装置所用的吸附剂不仅比表面积大，且吸附剂堆积密度也大，特别是吸附剂孔径范围为1.10～1.5nm的微孔型，因而储气量可达20-170倍以上，相应的装置占地面积可成倍减小。

4、由于本实用新型提供的装置是采用吸附材料来储存天然气，而吸附材料具有非常好的防爆、抑爆功能，因而其安全性高，更适合用作位于城市周边的天然气储气设施，是现有的高压球罐和高压管道等具有一定危险性储气装置的更新换代产品。

5、由于本实用新型提供的装置中还设置有预处理器，不仅在吸附储存过程中可将天然气中含有的杂质和水分等阻隔在储存调峰吸附器之外，且又可利用解吸调峰的气体对预处理器内的吸附剂进行再生，因而既可提高储存调峰吸附器的吸附效率，延长吸附剂的使用寿命，降低成本，又可不花任何代价保持预处理器的吸附分离功效。

6、本实用新型提供的装置不仅结构简单，且可根据天然气调峰的需求对预处理器和储存调峰吸附器进行搭配组合，规模可大可小，既可安装在城市周边，又可安装在城市内部区域，既可设置在地面，又可设置在地下，十分灵活，因而便于推广。

附图说明

图1为本实用新型未设置预处理器的结构及连接关系示意图；

图2为本实用新型设置有预处理器的结构及连接关系示意图；

图3为本实用新型实施例1的装置的结构及连接关系示意图；

图4为本实用新型实施例2的装置的结构及连接关系示意图；

图5为本实用新型实施例3的装置的结构及连接关系示意图；

图6为本实用新型实施例4的装置的结构及连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。有必要在此指出的是本实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据本实用新型的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本实施例为在城市周边地面集中设置的吸附式天然气储存与调峰装置。

如图2、3所示，本实施例的储存与调峰装置是由5台储存调峰吸附器A1～A5、2台预处理器B1～B2、5个吸附进气阀AF11～AF15、5个吸附出气阀AF21～AF25、2个预处理进气阀BF11～BF12、2个预处理出气阀BF21～BF22；2个预处理再生气进气阀BF31～BF32、2个预处理再生气出气阀BF41～BF42、天然气主管网上、下游连通阀J1、J2、吸附连通控制总阀J3、天然气主管网上下游调压阀F1、调峰气量控制阀F2和主管网上游单向阀Z1组成。本实施例的储存调峰吸附器和预处理器分别采用的是储存调峰吸附塔和预处理塔。

5台储存调峰吸附塔A1～A5通过工艺管线并联连接，每台储存调峰吸附塔A1～A5均对应匹配有吸附进气阀AF11～AF15和吸附出气阀AF21～AF25，其中每个吸附进气阀AF11～AF15一端都与相应的储存调峰吸附塔A1～A5下部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网上游连通阀J1相接。每个吸附出气阀AF21～AF25一端都与相应的储存调峰吸附塔A1～A5上部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网下游连通阀J2相接，天然气主管网上、下游连通阀J1、J2分别通过工艺管线与天然气主管网上、下游相通，且在天然气主管网上、下游连通阀J1、J2之间的管线上还设置有一主管网上、下游调压阀F1，主管网上游单向阀Z1一端与上游主管网相连，另一端与上下游调压阀F1相连。

本实施例配置的2台预处理塔B1～B2通过工艺管线并联连接，每台预处理塔B1～B2均对应匹配有预处理进气阀BF11～BF12、预处理出气阀BF21～BF22、调峰再生进气阀BF31～BF32和调峰再生出气阀BF41～BF42。每个预处理进气阀BF11～BF12一端都与相应的预处理塔B1～B2下部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线上的主管网上游连通阀J1与天然气主管网相通，预处理出气阀BF21～BF22一端与预处理塔B1～B2上部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线上的吸附连通控制总阀J3与吸附进气阀AF11～AF15相接，调峰再生进气阀BF31～BF32通过工艺管线上的调峰气量控制阀F2与吸附出气阀AF21～AF25相接，调峰再生出气阀BF41～BF42通过工艺管线上的主管网下游连通阀J2与天然气主管网相通。

本实施例储存调峰吸附塔和配置的预处理塔内装填的是活性氧化铝吸附剂与碳质吸附剂的复合床，其孔径为1.10～1.5nm。

实施例2

本实施例为在城市地下两个区域内设置的吸附式天然气储存与调峰装置。

如图2、4所示，本实施例的储存与调峰装置分成了两套，一套设置在A地，一套设置在B地。每套均是由5台储存调峰吸附器A1～A5、2台预处理器B1～B2、5个吸附进气阀AF11～AF15、5个吸附出气阀AF21～AF25、2个预处理进气阀BF11～BF12、2个预处理出气阀BF21～BF22；2个预处理再生气进气阀BF31～BF32、2个预处理再生气出气阀BF41～BF42、天然气主管网上、下游连通阀J1、J2、吸附连通控制总阀J3、天然气主管网上下游调压阀F1和调峰气量控制阀F2和主管网上游单向阀Z1组成。与实施例1不同的是每套装置中的储存调峰吸附器和预处理器分别采用储存调峰吸附柱和预处理柱。因每套装置中各部件的连接关系与实施例1完全相同，这里就不一一赘述了。

本实施例储存调峰吸附塔和配置的预处理塔内装填的是活性氧化铝吸附剂、碳质吸附剂与分子筛吸附剂的复合床，其孔径为1.10～1.5nm。

实施例3

本实施例为在城市地下设置的未配置有预处理器的吸附式天然气储存与调峰装置。该装置可在多个区域设置，每套装置之间可用管道连接。

如图1、3所示，本实施例的储存与调峰装置是由5台储存调峰吸附器A1～A5、4个吸附进气阀AF11～AF15、4个吸附出气阀AF21～AF25、天然气主管网上、下游连通阀J1、J2和天然气主管网上下游调压阀F1和主管网上游单向阀Z1组成。本实施例的储存调峰吸附器采用的是储存调峰吸附塔。

5台储存调峰吸附塔A1～A5通过工艺管线并联连接，每台储存调峰吸附塔A1～A5均对应匹配有吸附进气阀AF11～AF15和吸附出气阀AF21～AF25，其中每个吸附进气阀AF11～AF15一端都与相应的储存调峰吸附塔A1～A5下部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网上游连通阀J1相接。每个吸附出气阀AF21～AF25一端都与相应的储存调峰吸附塔A1～A5上部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网下游连通阀J2相接，天然气主管网上、下游连通阀J1、J2分别通过工艺管线与天然气主管网上、下游相通，且在天然气主管网上、下游连通阀J1、J2之间的管线上还设置有一主管网上、下游调压阀F1和主管网上游单向阀Z1。

本实施例储存调峰吸附塔和配置的预处理塔内装填的是活性氧化铝与碳质吸附剂的复合床，其孔径为1.10～1.5nm。

实施例4

本实施例为在城市地面集中设置的中型吸附式天然气储存与调峰装置。

如图2、6所示，本实施例的储存与调峰装置是由20台储存调峰吸附器A1～A20、4台预处理器B1～B4、20个吸附进气阀AF11～AF120、20个吸附出气阀AF21～AF220、4个预处理进气阀BF11～BF14、4个预处理出气阀BF21～BF24；4个预处理再生气进气阀BF31～BF34、4个预处理再生气出气阀BF41～BF44、天然气主管网上、下游连通阀J1、J2、吸附连通控制总阀J3、天然气主管网上下游调压阀F1、调峰气量控制阀F2和主管网上游单向阀Z1组成。本实施例的储存调峰吸附器和预处理器分别采用的是储存调峰吸附柱和预处理柱。

20台储存调峰吸附柱A1～A20通过工艺管线并联连接，每台储存调峰吸附柱A1～A20均对应匹配有吸附进气阀AF11～AF120和吸附出气阀AF21～AF220，其中每个吸附进气阀AF11～AF120一端都与相应的储存调峰吸附柱A1～A20下部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网上游连通阀J1相接。每个吸附出气阀AF21～AF220一端都与相应的储存调峰吸附柱A1～A20上部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网下游连通阀J2相接，天然气主管网上、下游连通阀J1、J2分别通过工艺管线与天然气主管网上、下游相通，且在天然气主管网上、下游连通阀J1、J2之间的管线上还设置有一主管网上、下游调压阀F1，主管网上游单向阀Z1一端与上游主管网相连，另一端与上下游调压阀F1相连。

本实施例配置的4台预处理柱B1～B4通过工艺管线并联连接，每台预处理柱B1～B4均对应匹配有预处理进气阀BF11～BF14、预处理出气阀BF21～BF24、调峰再生进气阀BF31～BF34和调峰再生出气阀BF41～BF44。每个预处理进气阀BF11～BF14一端都与相应的预处理柱B1～B4下部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线上的主管网上游连通阀J1与天然气主管网相通，预处理出气阀BF21～BF24一端与预处理柱B1～B2上部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线上的吸附连通控制总阀J3与吸附进气阀AF11～AF120相接，调峰再生进气阀BF31～BF34通过工艺管线上的调峰气量控制阀F2与吸附出气阀AF21～AF220相接，调峰再生出气阀BF41～BF44通过工艺管线上的主管网下游连通阀J2与天然气主管网相通。

本实施例储存调峰吸附柱和配置的预处理柱内装填的是活性氧化铝、碳质吸附剂与合成沸石的复合床，其孔径为1.10～1.5nm。

Claims (10)

1.一种吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置是由储存调峰吸附器以及相应的进、出气阀组成，其中储存调峰吸附器至少为1台并通过工艺管线并联连接，每台储存调峰吸附器均匹配有吸附进、出气阀，吸附进气阀一端与储存调峰吸附器下部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网上游连通阀相接，吸附出气阀一端与储存调峰吸附器上部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线与天然气主管网下游连通阀相接，天然气主管网上、下游连通阀分别通过工艺管线与天然气主管网相通，在天然气主管网上、下游连通阀之间的管线上还设置有一主管网上、下游调压阀,且在天然气主管网上游还设置有单向阀。

2.根据权利要求1所述的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置在天然气主管网与储存调峰吸附器之间还配置有至少1台预处理器，并通过工艺管线并联连接，每台预处理器均对应匹配有预处理进、出气阀和调峰再生进、出气阀，预处理进气阀一端与预处理器下部的工艺管线相接，另一端通过主管网上游连通阀与天然气主管网相通，预处理出气阀一端与预处理器上部的工艺管线相接，另一端通过工艺管线上的吸附连通控制总阀与吸附进气阀相接，调峰再生进气阀通过工艺管线上的调峰气量控制阀与吸附出气阀相接，调峰再生出气阀通过工艺管线上的主管网下游连通阀与天然气主管网相通。

3.根据权利要求1或2所述的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置中储存调峰吸附器为1～200台，预处理器1～50台，其工作压力均为0.4～6.0MPa。

4.根据权利要求1或2所述的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置中储存调峰吸附器为5～200台，预处理器2～50台，其工作压力均为0.4～6.0MPa。

5.根据权利要求1或2所述的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置中储存调峰吸附器为储存调峰吸附罐、储存调峰吸附柱或储存调峰吸附塔中的任一种，预处理器为预处理罐、预处理柱或预处理塔中的任一种。

6.根据权利要求3所述的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置中储存调峰吸附器为储存调峰吸附罐、储存调峰吸附柱或储存调峰吸附塔中的任一种，预处理器为预处理罐、预处理柱或预处理塔中的任一种。

7.根据权利要求4所述的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置中储存调峰吸附器为储存调峰吸附罐、储存调峰吸附柱或储存调峰吸附塔中的任一种，预处理器为预处理罐、预处理柱或预处理塔中的任一种。

8.根据权利要求1或2所述的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置中储存调峰吸附器和预处理器内装填有固体吸附剂，具体为活性氧化铝吸附剂、碳质吸附剂、分子筛吸附剂和合成沸石吸附剂中的至少二种，其孔径为1.10～1.5nm。

9.根据权利要求6所述的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置中储存调峰吸附器和预处理器内装填有固体吸附剂，具体为活性氧化铝吸附剂、碳质吸附剂、分子筛吸附剂和合成沸石吸附剂中的至少二种，其孔径为1.10～1.5nm。

10.根据权利要求7所述的吸附式天然气储存与调峰装置，其特征在于该装置中储存调峰吸附器和预处理器内装填有固体的吸附剂，具体为活性氧化铝吸附剂、碳质吸附剂、分子筛吸附剂和合成沸石吸附剂中的至少二种，其孔径为1.10～1.5nm。

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