本发明涉及放散天然气的回收、热能利用和水合物合成技术领域，具体涉及一种撬装式放散天然气的回收装置及方法。
背景技术：
随着供能领域对节能减排的要求，天然气成为目前城市中明火设施的主要能源，截至2014年，我国天然气的消耗已突破1816亿立方米。在天然气输运和调压的过程中，经常会出现管网超压放散天然气、事故抢修放散天然气、天然气管网改/切线放散天然气等多种放散天然气的方法，大量天然气放散到空气中，如每次天然气管道切改线都会放散几千甚至几万立方的天然气，不但浪费了天然能源，还对大气造成了严重的温室效应。
目前，对于较大量的压力较低的天然气放散气采用的是通过天然气机组以压缩天然气的方式进行回收，由于压缩天然气要求的压力高，因此天然气机组的能耗非常高，且由于天然气机组的体积较大，因此不利于对于城镇管网或者场地设备中的、压力较低的放散天然气的回收。而放散天然气若不进行有效、及时的回收，除了造成大量的天然气浪费，同时会恶化环境空气。
而相对于压缩天然气，天然气水合物由于其储存压力低、储存密度大、运输、储存及使用操作方便的优点，天然气水合物合成技术有利于作为小容量放散天然气回收技术。
技术实现要素：
技术问题
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何对压力较低的放散天然气进行有效回收。
解决方案
为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种撬装式放散天然气的回收装置，该回收装置包括：压缩机，其用于对收集的放散天然气进行一定程度的预压缩；
发电单元，其设于所述压缩机的下游，用于对预压缩后的放散天然气自身的压力能进行回收；
余热回收单元，其设于所述压缩机和所述发电单元之间，用于回收放散天然气由于被压缩而产生的热量；
以及水合物合成单元，其设于所述发电单元的下游，用于将所述发电单元送入的天然气生成天然气水合物。
对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述水合物合成单元包括：
水合物反应器，所述发电单元的膨胀机连接至所述水合物反应器；以及
水媒产生装置，其包括增压泵和喷头，所述喷头与所述水合物反应器的开口端匹配衔接，水源经增压泵处理后，通过喷头将具有压力的水媒送入所述水合物反应器。
对于上述装置，在一种可能的实现方式中，还包括控制部，其包括：控制器，其用于调整进入所述水合物反应器内的天然气的温度和压力达标；
其中，所述控制器与第一温度传感器、第二传感器以及压力传感器，以及分别电连接，分别用于采集所述余热回收单元下游的天然气温度、所述水合物反应器内的天然气温度以及压力信号；
其中，所述控制器通过励磁模块与所述发电单元的发电机相连；
其中，所述控制器通过变频模块与所述余热回收单元的循环泵相连。
对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述水合物反应器上设置有排放阀，所述水合物反应器生成的天然气水合物经所述排放阀衔接至目标。
对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述余热回收单元包括依次连接形成闭环的换热器、循环泵和储热器，所述压缩机的出口与所述换热器的天然气侧入口相连通，热媒在所述循环泵的驱动下在所述闭环内循环流动。
对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述回收装置还包括：
放散管道，其包括总管以及由所述总管向径向外侧延伸出的、与总管连通的若干个支管；以及
过滤器，其设于所述总管和所述压缩机之间。
为了解决上述技术问题，根据本发明的另一实施例，提供了一种撬装式放散天然气的回收方法，该回收方法包括如下步骤：
预压缩步骤，收集的放散天然气经放散管道输送至压缩机，在压缩机内对放散天然气进行一定程度的预压缩；
余热回收步骤，经预压缩步骤处理后的放散天然气与换热器中的热媒进行热交换，预压缩后的放散天然气由于被压缩而产生的热量回收至储热器，从而使得被压缩的放散天然气降温；
发电步骤，降温后的被压缩的放散天然气带动膨胀机转动，膨胀机的转动带动发电机转动，从而将将降温后的被压缩的放散天然气自身的压力能转换为电能；
以及水合物合成步骤，将经所述发电步骤处理后的放散天然气通入水合物反应器，在水合物反应器内与水媒直接接触，生成天然气水合物。
对于上述方法，在一种可能的实现方式中，该回收方法还包括水合物促进步骤，以使得温度、压力达标的天然气与热媒在水合物反应器内接触，用于促成所述水合物合成步骤中的水合物天然气的形成以及形成比例；具体地：
控制部根据检测到的换热器下游的天然气的温度以及水合物反应器中的天然气的温度和压力与控制器中的设定值进行比对，根据比对结果，通过励磁模块对发电机的励磁电流进行调节，和/或通过变频模块对循环泵的热媒流量进行调节。
对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述“根据比对结果，通过励磁模块对发电机的励磁电流进行调节，和/或通过变频模块对循环泵的热媒流量进行调节”具体为：
直至调节为控制器检测到的水合物反应器内的天然气的温度不高于控制器的设定温度值，以及水合物反应器内的天然气的压力不低于控制器的设定压力值为止。
对于上述方法，在一种可能的实现方式中，在所述预压缩步骤之前，还包括：
收集步骤，其用于将放散口处的放散天然气收集、聚拢；以及
过滤步骤，其用于对所述收集步骤得到的放散天然气进行过滤、净化。
有益效果
本发明的撬装式放散天然气回收装置在利用压缩机提高了放散天然气的压力的基础上，既实现了对放散天然气的回收，即形成天然气水合物；又充分回收了放散天然气被压缩后自身具有的热能和压力能，对能源自身中本被浪费的能量进行了回收和利用。同时提供的撬装式放散天然气回收方法也具有上述技术效果。
而且，本发明的撬装式放散天然气回收装置结构简单，操作方便，生产和运营成本低，除了用于大、中、小规模的、压力较低的放散天然气的回收，也可以用于对二氧化碳的回收储存，即适用于城镇管网或者场地设备中对于压力较低的放散天然气的回收以及对二氧化碳的捕捉储存。
附图说明
当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1示出本发明一个实施例的撬装式放散天然气回收装置的结构示意图。
附图标记列表
10、控制器 11、第一温度传感器 12、压力传感器 13、第二温度传感器 14、励磁模块 15、变频模块 16、阀门 20、过滤器 21、压缩机 22、换热器 23、膨胀机 24、水合物反应器 25、干燥过滤器 26、发电机 30、水源 31、增压泵 32、喷头 33、排放阀 40、储热器 41、循环泵。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示的一种撬装式放散天然气回收装置，主要是通过生成天然气水合物的方式对放散天然气进行回收。该回收装置主要包括：
压缩机21，主要用于对收集的放散天然气进行一定程度的预压缩；由于本发明的回收装置针对的是压力较低的放散天然气的回收，因此需要对其进行一定程度的预压缩。待处理的放散天然气经城镇管网或者场地设备的放散口汇入放散管道，然后经放散管道输送至压缩机21后，经压缩机对其进行压缩处理之后，提高了放散天然气的压力。
作为一种具体的实施方式，待处理的放散天然气在进入压缩机21之前，先由过滤器20对收集的放散天然气进行过滤净化，主要用于放散天然气中存在的杂质等。
作为一种具体的实施方式，放散管道为能够将城镇管网或者场地设备的放散口的放散天然气聚集收拢的结构。如可以是：放散管道为总管以及由总管向径向外侧延伸出的、与总管连通的若干个支管，各个支管的开口端与对应的放散口匹配式、紧密对接。当然，还可以根据需要，将支管中的一部分设计为与总管结构类似的总支管和分支管的结构形式，在这种情形下，与放散口对接的应当是分支管的开口端。这种多支管结构尤其适合于场地设备的情形，如，同一套本发明的回收装置通过放散管道与场地设备的多台设备的多个放散口对接。
余热回收单元，其设于压缩机21的下游，主要用于回收放散天然气由于被压缩而产生的热量。余热回收单元主要包括依次连接形成闭环的换热器22、循环泵41和储热器40，压缩机出口与换热器22的天然气侧入口相连通，循环泵41驱动热媒进入换热器22的热媒侧与天然气进行换热，被加热后的热媒返回储热器40将热量储存。从压缩机21出来的被压缩的放散天然气与换热器22中的热媒进行热交换之后，压缩的放散天然气中的热量即被回收，被压缩的放散天然气降温。
发电单元，其设于换热器22的下游，主要用于对天然气自身的压力能进行回收。发电单元主要包括膨胀机23和发电机26，天然气自身的压力能带动膨胀机23转动，膨胀机23转动带动发电机转动，即可将压力能转换为电能储存。
水合物合成单元，其设于发电单元的下游，具体设于膨胀机23的出口下游，主要用于将天然气以生成天然气水合物的方式得以回收。水合物合成单元主要包括反应器24、水源30、增压泵31、喷头32、排放阀33和干燥过滤器25，水源30经增压泵31将水合物所需的水媒经喷头32送至反应器24内，与膨胀机23出口送入水合物反应器24进气口的温度、压力达标的天然气接触，快速生成天然气水合物之后，经排放阀33与目标对接；没有形成水合物的天然气则经干燥过滤器25处理后，返回压缩机21的进口，与新进入的放散天然气一起进入下一个循环的回收。
控制部，其主要用于尽可能地促成水合物天然气的形成以及形成比例，主要包括控制器10以及与控制器10电连接的包括第一温度传感器11、压力传感器12和第二温度传感器13等在内的传感器组、励磁模块14和变频模块15。
作为一种可能的实施方式，阀门16设置于压缩机21的上游，第一温度传感器11设置于换热器22与膨胀机23之间，压力传感器12和第二温度传感器13设置于水合物反应器24内。即：传感器组中的第一温度传感器11用于检测到的换热器22下游的天然气的温度；第二温度传感器13检测到的水合物合成单元中的天然气的温度；通过压力传感器12检测到的水合物合成单元中的天然气的压力等；
作为一种可能的实施方式，控制器10通过励磁模块14与发电机26相连接，主要是根据传感器(12、13)的信号对发电机26的励磁电流进行调节。控制器10通过变频模块15与循环泵41相连接，主要是根据第一温度传感器11的信号对循环泵41的热媒流量进行调节。
通过控制器变频模块15来控制循环泵41的热媒流量和/或通过励磁模块14控制发电机26的励磁电流的方式来使得到达水合物反应器24中的天然气的温度和压力尽量地符合设定的最佳水平。
此外，在压缩机21上游的天然气放散管道上设有阀门16，且控制器10与阀门16连接，主要用于控制回收装置与放散天然气的放散管道处于联通或者切断状态。
作为一种优选，换热器22优选为间壁式换热器，水合物反应器24可选用塔式混合式热质交换器，膨胀机23可选用单螺杆膨胀机、双螺杆膨胀机、涡旋膨胀机、滚动转子膨胀机或者活塞式膨胀机(通常选用单螺杆膨胀机)，压缩机21可选用活塞式天然气压缩机，热媒可选用氯化钠盐水或者矿物质水源，阀门16则可选用电控启动阀，根据放散管道中的放散天然气的流量，在发电单元可选用一组或者多组膨胀机23(如并联)对天然气自身的压力能进行回收。
可以看出，本发明的放散天然气回收装置的工作原理大致为：放散天然气首先经放散管道输送压缩机21，以提高放散天然气的压力，然后，进入余热回收单元，以回收放散天然气由于被压缩机21压缩产生的热量；之后，被余热回收单元冷却后的天然气进入发电单元，通过发电机回收天然气自身的压力能，同时通过制冷产生低温天然气；控制部则通过实时监测与水合物合成单元相关的参数，以调整循环泵41和/或发电机26参数的方式，来尽可能地保证通往水合物合成单元中的压缩天然气的温度和压力符合控制部所设定的水平，以实现天然气水合物的高效合成。
本发明的撬装式放散天然气回收装置在利用压缩机提高放散天然气的压力的基础上，回收天然气中的热量，具体地：一方面，通过天然气在膨胀机内膨胀发电回收了被压缩天然气中的压力能，进一步地，将其转化为电能的同时产生低温天然气。另一方面，通过天然气与水在合成反应器中进行充分热质交换快速合成天然气水合物的方式回收了压缩天然气，并通过实时检测合成反应器中的温度和压力，确保用于生成天然气水合物的被压缩的天然气和水源在反应器中的接触过程的条件尽可能地有利于生成天然气水合物。既实现了对放散天然气的回收，即形成天然气水合物；又充分回收了压缩天然气自身的热能和压力能，对能源自身中本被浪费的能量进行了回收和利用。
较之于采用压缩天然机组的方式对放散天然气进行回收的方式而言，回收装置的结构简单，操作方便，生产和运营成本低，尤其适用于城镇管网中放散天然气的回收。
本发明还提供了一种同时具有上述技术效果的撬装式放散天然气的回收方法，具体包括如下步骤：
S201、预压缩步骤，放散天然气经放散管道输送至压缩机，在压缩机内对放散天然气进行一定程度的预压缩，使得放散天然气具有了一定的压力能。
作为一种具体的实施方式，在对收集的放散天然气进行预压缩步骤之前，可以先对收集的放散天然气进行过滤步骤，主要用于去除放散天然气中存在的杂质等。
作为一种具体的实施方式，在过滤步骤进行之前，可以对收集放散天然气的收集步骤进行聚集式改进，以使得放散天然气的收集更全面，尽可能地收拢较多个体出口(城镇官网管或者场地设备的放散口)的放散天然气。如可以是：以分支式收集的方式收集放散天然气。具体地，可以将用于收集放散天然气的放散管道设计为总管以及由总管向径向外侧延伸出的、与总管连通的若干个支管的结构形式，进一步地，还可以根据需要，将支管中的一部分设计为与总管结构类似的总支管和分支管的结构形式。支管和/或分支管的开口端与对应的个体出口匹配式、紧密对接。
S202、余热回收步骤，经预压缩步骤处理的放散天然气与换热器中的热媒进行热交换，预压缩的放散天然气由于被压缩而产生的热量回收至储热器，被压缩的放散天然气降温。
S203、发电步骤，降温后的被压缩的放散天然气带动膨胀机转动，膨胀机的转动带动发电机转动，即将压力能转换为电能，将降温后的被压缩的放散天然气自身的压力能得以回收储存。
S204、水合物合成步骤，这是天然气的最主要的回收步骤，放散天然气经发电步骤处理之后，通入水合物反应器24，在水合物反应器内与水媒直接接触，快速生成天然气水合物。具体地，增压泵31抽取水源30中的水媒，将水压提高到喷射压力后输送至于反应器24对接的喷嘴32，喷射压力的大小决定着雾化程度和喷水量，此处的喷射压力必须高于反应器24中的天然气压力。经喷嘴32将高压水雾化后喷入反应器24内，来自膨胀机23的天然气与水雾在反应器24通过直接接触的方式进行热质交换。
水合物合成步骤之后，产物的流向包括：形成的天然气水合物经排放阀33与目标对接；没有形成天然气水合物的天然气则经干燥过滤器25处理后，返回压缩机21的入口(显然，反应器24中的天然气压力高于压缩机21入口的压力)，与新进入的放散天然气一起进入下一个循环的回收。
在一种具体的实施方式中，撬装式放散天然气的回收方法还应包括S205)水合物促进步骤，即：使得温度、压力达标的天然气与热媒在水合物反应器24内接触，尽可能地促成水合物天然气的形成以及形成比例。具体地，
根据传感器(11、12、13)检测到的换热器下游的天然气的温度、水合物反应器24中的天然气的温度和压力，与控制器10中的设定值进行比对，控制器10基于传感器(12、13)的信号，通过励磁模块14对发电机26的励磁电流进行调节，以及基于第一温度传感器11的信号。通过变频模块15对循环泵41的热媒流量进行调节，通过控制循环泵41的热媒流量和/或发电机26的励磁电流的方式来使得到达水合物反应器24中的天然气的温度和压力尽量地符合设定的最佳水平。
在一种可能的实施方式中，控制原理可以为：对于温度的控制：控制器10通过第一温度传感器11检测换热器22出口的天然气温度，若检测到的天然气温度低于控制器10中所设定的天然气温度，则控制器10基于接收到的压力信号，向变频模块15发送降低变频模块15输出交流电频率的信号，循环泵41根据接收到的输入电源频率变化，减少热媒的流量，天然气的温度随之升高。反之，控制器10向变频模块15发送提高变频模块15输出交流电频率的信号，循环泵41根据接收到的输入电源频率变化，增加热媒的流量，天然气的温度随之降低，直到控制器10检测到的式换热器22出口的天然气温度等于控制器10中的设定值为止；
对于压力的控制：控制器10通过压力传感器12检测水合物反应器24内的天然气压力，若检测到的天然气压力低于控制器10中所设定的天然气压力，则控制器10基于接收到的压力信号，向励磁模块14发送降低发电机26的励磁电流的信号，发电机26根据接收到的励磁电流信号，将发电机26和膨胀机23的转速同时升高，膨胀机23中的天然气的压力也随之升高，直到中央控制器10检测到的天然气压力不低于控制器10中的设定值为止；
此时，控制器10通过第二温度传感器13检测水合物反应器24内的天然气温度，若检测到的天然气温度高于控制器10中设定的天然气温度，则控制10器基于接收到的温度信号，向励磁模块14发送降低励磁电流的信号，发电机26根据接收到的励磁电流信号，将发电机26和膨胀机23的转速同时升高，通过膨胀机23后天然气的温度降低，直到控制器10检测到的天然气的温度不高于控制器10中的设定值为止；若检测到的天然气温度低于控制器10中设定的天然气温度，则控制器10不因此动作，即不发送任何控制信号至励磁模块14。仍通过前述的温度控制原理来升高天然气的温度。
在实际中，首先启动控制器10，控制器10开启阀门16，常温的放散天然气经阀门16进入压缩机21被压缩至高压，然后通过换热器21被冷却，之后冷却的天然气进入膨胀机23，在膨胀机23中膨胀，一方面由于膨胀使得压力降低而形成低温低压的天然气，另一方面天然气驱动膨胀机23转动进而带动发电机26转动发电。同时，控制器10通过对发电机26的励磁电流和/或热媒的流量进行通过实时、反复地检测调节，尽可能地促成膨胀机23出来的低温低压的天然气在水合物反应器24内生成天然气水合物。
直至控制器10检测到的水合物反应器24内的天然气的温度不高于控制器10的设定温度值，而天然气的压力不低于控制器10的设定压力值为止。待天然气的温度、压力达标后通过启动增压泵31和喷头32，将高压雾化水送入水合物反应器24，使得低温低压的天然气与高压雾化的水媒通过直接接触的方式进行热质交换，生成天然气水合物。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。