RU2181176C2

RU2181176C2 - Complex for utilization of energy of compressed natural gas

Info

Publication number: RU2181176C2
Application number: RU2000105285A
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Лобода; В.В. Огнев; И.Г. Геворков; В.Г. Горелко; С.Х. Сизова; В.Н. Сивоконь; Г.П. Фомин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Завод "КИРОВ-ЭНЕРГОМАШ"
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2002-04-10

Abstract

FIELD: power engineering; power plants using energy of compressed natural gas of reducing unit; supply of commercial gas for consumers by standard method and non-standard method-supply of gas in compressed or liquefied state. SUBSTANCE: complex is provided with automobile gas- filling compressor station whose compressor is connected to line of gas used in turbo-expander by means of suction line and to preheater by means of delivery line of compressor stages; preheater is communicated with turbo-expander by heated medium; compressor drive is provered from electric generator of pneumoelectric generator set. EFFECT: possibility of obtaining double utilization of energy of natural gas: pressure differential and thermal energy of compressed gas; low cost of electric energy and compressed natural gas. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к энергетическим установкам, утилизирующим энергию избыточного давления газа редуцирующих устройств (в частности, на газораспределительных станциях - ГРС), и может быть использовано как для традиционного способа газоснабжения потребителей сетевым газом, так и для нетрадиционного способа доставки газа потребителю в сжатом или сжиженном виде. The invention relates to the field of energy, in particular to power plants that utilize the energy of excess gas pressure from reducing devices (in particular, gas distribution stations - GDS), and can be used both for the traditional method of gas supply to consumers with network gas, and for an unconventional method of gas delivery consumer in compressed or liquefied form.

Известны объекты газовой промышленности для получения природного газа в сжатом или сжиженном виде, например газораспределительные станции (ГРС), автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС) и др. (см. Гайнуллин Ф. Г. и др. Природный газ как моторное топливо на транспорте. М.: Недра, с.56...58; Ж. Газовая промышленность, 6, 1999 г., с.55). There are known objects of the gas industry for producing natural gas in compressed or liquefied form, for example gas distribution stations (GDS), automobile gas-filling compressor stations (CNG filling stations), etc. (see Gainullin F.G. et al. Natural gas as a motor fuel in transport. M .: Nedra, p. 56 ... 58; J. Gas industry, 6, 1999, p. 55).

Известна "Установка для утилизации энергии сжатого природного газа" (патент РФ 2079771, М.кл.6 F 17 D 1/07), содержащая установленные последовательно по ходу газа в газотрубопроводе, соединяющем газотрубопроводы высокого и низкого давления, подогреватель с топкой, горелка которой подключена к газотрубопроводу низкого давления, и турбодетандер, связанный с потребителем. Подогрев осуществляется при сгорании подводимого к горелке топливного газа. The well-known "Installation for the utilization of energy of compressed natural gas" (RF patent 2079771, M.cl.6 F 17 D 1/07), containing installed sequentially along the gas in the gas pipeline connecting the gas pipelines of high and low pressure, a heater with a furnace, the burner of which connected to a low pressure gas pipeline, and a turboexpander associated with the consumer. The heating is carried out during the combustion of the fuel gas supplied to the burner.

Недостаток установки состоит в том, что сжигание топливного газа усложняет конструкцию подогревателя газа, делает ее взрывоопасной. Кроме того, установка не отвечает экологическим требованиям. The disadvantage of the installation is that the combustion of fuel gas complicates the design of the gas heater, making it explosive. In addition, the installation does not meet environmental requirements.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является изобретение "Газораспределительная станция с энергетической установкой", защищенное патентом РФ 2009389, 1992 г., М.кл. F 17 D 1/04. Ближайший аналог содержит турбодетандер с электрогенератором, газотурбинный двигатель (ГТД), теплообменник-утилизатор и теплообменник-регенератор, магистральный газотрубопровод с редуцирующим устройством и газотрубопровод отбора газа. Сущность изобретения состоит в том, что ГРС снабжена теплообменником-регенератором для предварительного нагрева отобранного из магистрального трубопровода газа, установленным перед теплообменником-утилизатором. Из теплообменника-регенератора газ поступает в теплообменник-утилизатор, где он подогревается отработавшими газами ГТД, а затем поступает в турбодетандер, где газ расширяется, производя работу и приводя во вращение электрогенератор, на который подается мощность ГТД. Расширившийся и частично охлажденный газ из турбодетандера поступает в теплообменник-регенератор для предварительного подогрева, а затем сбрасывается в магистраль за редуцирующим устройством. The closest in technical essence to the proposed technical solution is the invention "gas distribution station with a power plant", protected by RF patent 2009389, 1992, M.cl. F 17 D 1/04. The closest analogue contains a turboexpander with an electric generator, a gas turbine engine (GTE), a heat exchanger-heat exchanger and a heat exchanger-regenerator, a gas main pipe with a reducing device, and a gas pipe for gas extraction. The essence of the invention lies in the fact that the GDS is equipped with a heat exchanger-regenerator for preheating the gas selected from the main pipeline installed in front of the heat exchanger-utilizer. From the heat exchanger-regenerator, the gas enters the heat exchanger-utilizer, where it is heated by the exhaust gas of the gas turbine engine, and then enters the turboexpander, where the gas expands, performing work and turning the electric generator to which the gas turbine power is supplied. Expanded and partially cooled gas from the turboexpander enters the heat exchanger-regenerator for preheating, and then is discharged into the main line after the reducing device.

Однако, использование тепла отработавших газов ГТД для подогрева природного газа для обеспечения технологического процесса производства электроэнергии сопровождается значительным количеством вредных выбросов, в частности NO_х, в атмосферу.However, the use of heat from the exhaust gas of a gas turbine engine to heat natural gas to ensure a technological process for generating electricity is accompanied by a significant amount of harmful emissions, in particular NO _x , into the atmosphere.

Целью предлагаемого технического решения является повышение экономической эффективности использования энергии избыточного давления природного газа за счет расширения функциональных возможностей устройства, повышение экологичности производства, снижение эксплуатационных расходов и себестоимости вырабатываемой электроэнергии и природного газа для потребителей. The aim of the proposed technical solution is to increase the economic efficiency of the use of energy of excessive pressure of natural gas by expanding the functionality of the device, increasing the environmental friendliness of production, reducing operating costs and the cost of the generated electricity and natural gas for consumers.

Технический результат поставленной цели достигается благодаря тому, что в состав комплекса входит АГНКС, содержащая многоступенчатый компрессор с линиями всасывания и нагнетания и приводом, запитываемым от электрогенератора пневмоэлектрогенераторного агрегата (ПЭГА), причем компрессор линией всасывания подсоединен к технологической линии отработавшего в турбодетандере ПЭГА газа низкого давления, а подогреватель по греющей среде сообщен с линиями нагнетания ступеней компрессора, а по нагреваемой среде - с входом турбодетандера. Также компрессор может быть подсоединен линией всасывания к трубопроводу газа высокого давления ГРС. The technical result of the goal is achieved due to the fact that the complex includes a CNG station containing a multi-stage compressor with suction and discharge lines and a drive powered by an electric generator of a pneumatic electric generator unit (PEGA), the compressor being connected by a suction line to the processing line of a low-pressure gas exhausted in a PEG turbine expander and the heater in the heating medium is in communication with the discharge lines of the compressor stages, and in the heated medium - with the input of the turboexpander. Also, the compressor can be connected by a suction line to the pipeline of high pressure gas GDS.

Принципиальная схема комплекса для утилизации энергии сжатого природного газа представлена на чертеже. A schematic diagram of a complex for utilization of energy of compressed natural gas is presented in the drawing.

Предлагаемый комплекс содержит редуцирующее устройство, например газораспределительную станцию 1, содержащую магистральный газотрубопровод 2 с установленным на нем подогревателем 3 в виде кожухотрубного теплообменника, технологическую линию 4 с редуцирующим узлом 5, трубопровод 6 природного газа низкого давления, технологическую линию 7 расширения газа с входным краном 8, ПЭГА 9 с турбодетандером 10, электрогенератором 11 и технологической линией 12 отработавшего в турбодетандере газа, соединенную с линией всасывания 13 компрессора 14 АГНКС 15, приводимого от электрогенератора 11 посредством привода 16. The proposed complex contains a reducing device, for example a gas distribution station 1, containing a gas main 2 with a heater 3 installed in it in the form of a shell-and-tube heat exchanger, a production line 4 with a reducing unit 5, a low pressure natural gas pipeline 6, a gas expansion line 7 with an inlet valve 8 , PEGA 9 with a turboexpander 10, an electric generator 11 and a production line 12 of gas exhausted in the turboexpander, connected to the suction line 13 of the compressor 14 of the CNG filling station 1 5 driven by an electric generator 11 by means of a drive 16.

Комплекс работает следующим образом. The complex works as follows.

Природный газ из газопровода 2 направляется в подогреватель 3. Компрессор 14, линия всасывания которого 13 подсоединена к технологической линии 12, прокачивая часть отработавшего в ПЭГА 9 газа, нагревает его и по линиям нагнетания ступеней компрессора направляет нагретый газ в подогреватель 3. По нагреваемой среде подогреватель 3 сообщен с входом турбодетандера 10. Нагретый в подогревателе 3 газ высокого давления двумя потоками направляется к трубопроводу низкого давления 6. Первый поток газа поступает на турбодетандер 10, использующий энергию перепада давления газа между трубопроводами 2 и 6 для выработки электроэнергии в электрогенераторе 11, часть которой используется для привода компрессора 14 АГНКС 15, а остальная - для покрытия собственных нужд АГНКС 15, ГРС 1 и обеспечения электроэнергией близлежащих промышленных предприятий и населенных пунктов. Предварительный подогрев газа высокого давления, поступающего в турбодетандер 10, обеспечивает нормальное течение технологического процесса без обмерзания выпускного трубопровода. Второй поток газа высокого давления по технологической линии 4 через редуцирующий узел 5 поступает в трубопровод низкого давления 6 и далее к потребителям сетевого газа. Сжатый в компрессоре 14 АГНКС 15 газ и охлажденный в подогревателе 3 направляется на заправку автомобилей и потребителям сжатого газа. Natural gas from the gas pipeline 2 is sent to the heater 3. The compressor 14, the suction line of which 13 is connected to the production line 12, pumping part of the gas exhausted in PEG 9, heats it and directs the heated gas to the heater 3 through the discharge lines of the compressor stages. According to the heated medium, the heater 3 is in communication with the inlet of the turbo-expander 10. The high-pressure gas heated in the heater 3 is sent in two streams to the low-pressure pipeline 6. The first gas stream is supplied to the turbo-expander 10, which uses energy the differential pressure of the gas between pipelines 2 and 6 to generate electricity in the generator 11, part of which is used to drive the compressor 14 of the CNG filling station 15, and the rest - to cover the auxiliary needs of the CNG filling station 15, GRS 1 and to provide electricity to nearby industrial enterprises and settlements. Preheating of high-pressure gas entering turbine expander 10 ensures a normal flow of the process without freezing of the exhaust pipe. The second stream of high-pressure gas through the production line 4 through a reducing unit 5 enters the low-pressure pipeline 6 and then to the consumers of the network gas. Compressed gas in compressor 14 of CNG filling station 15 and cooled in heater 3 is sent to refuel vehicles and consumers of compressed gas.

Предлагаемое устройство обеспечивает выработку дешевой электроэнергии и сжатого газа за счет утилизации перепада давлений природного газа в ПЭГА и тепла сжатого в компрессоре газа в подогревателе. Таким образом, предлагаемый комплекс обеспечивает технологический процесс на основе двойной утилизации - перепада давлений газа и тепла сжатого в компрессоре газа. The proposed device provides the generation of cheap electricity and compressed gas by utilizing the differential pressure of natural gas in PEGA and the heat of gas compressed in the compressor in the heater. Thus, the proposed complex provides a process based on double utilization - the differential pressure of gas and heat of gas compressed in the compressor.

Кроме того, улучшаются условия эксплуатации АГНКС, так как на известных станциях межступенчатое охлаждение газа в компрессоре происходит в аппаратах воздушного охлаждения, оснащенных вентиляторами подачи охлаждающего воздуха, работа которых сопровождается повышенным шумом и требует дополнительных затрат энергии. In addition, the operating conditions of CNG filling stations are improving, since at the known stations, interstage gas cooling in the compressor takes place in air-cooling units equipped with cooling air supply fans, the operation of which is accompanied by increased noise and requires additional energy costs.

Предлагаемое устройство отвечает также требованиям экологии окружающей среды, так как в технологическом процессе отсутствуют вредные выбросы в атмосферу. The proposed device also meets the requirements of environmental ecology, as in the technological process there are no harmful emissions into the atmosphere.

В настоящее время большое внимание уделяется использованию природного газа в качестве моторного топлива на транспорте. Поэтому получение дешевого товарного газа для использования его в качестве моторного топлива в основном в автомобильных двигателях внутреннего сгорания способствует улучшению экологической обстановки за счет сокращения вредных выбросов в атмосферу. Currently, much attention is paid to the use of natural gas as a motor fuel in transport. Therefore, obtaining cheap commercial gas for use as a motor fuel mainly in automotive internal combustion engines improves the environmental situation by reducing harmful emissions into the atmosphere.

Claims

1. A complex for utilization of energy of compressed natural gas containing a reducing device, for example a gas distribution station (GDS) with high and low pressure gas pipelines, interconnected by a technological line with a reducing unit, and a heater placed in front of it, made, for example, in the form of a shell and tube heat exchanger; a pneumatic electric generating unit (PEGA) located behind the heater along the high-pressure gas with a turboexpander, an electric generator and a production line of low-pressure gas exhausted in the turbogenerator of consumers of natural gas and electricity, characterized in that it is equipped with an automobile gas-filling compressor station containing a multistage electrically driven compressor from the PEG generator, with suction and discharge lines, the compressor being connected to the suction line inen to the processing line of the low pressure gas exhausted in the turboexpander, and the heater is connected via the heating medium to the discharge lines of the compressor stages, and through the heated medium to the turbine expander inlet.

2. The complex according to claim 1, characterized in that the compressor is connected to the high pressure gas pipeline by a suction line.