专利名称：高压天然气能量综合利用的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高压天然气能量综合利用的方法和装置。
背景技术：
随着2015年前建成“两横一纵”天然气输气管道大动脉、8条国内气田外输管线、8 大天然气消费市场的区域管网以及相配套的四大地区地下储气库发展目标的制定，目前天然气行业广泛关注的仍然是输气能力建设问题。长输管线自身蕴含的巨大节能潜力尚未被广泛重视，这部分能量能否回收利用，对于提高我国天然气工业的能源利用效率具有重要的示范和现实意义。对于燃气长输管线，为了提高其输气量，通常在沿途增设加压站对天然气进行压缩，这样就使得天然气通常以很高的压力供给某些城市门站或工业大用户。天然气做为燃料用，其使用压力要远远低于供给压力，通常的做法是用调压器进行减压后再进行使用。在节流降压过程中，它的压降完全消耗在克服流动阻力上，天然气在流动过程中没有推动任何机械做功，压力能未得到回收。以西气东输某门站的气源条件对天然气长输管线余压能进行理论计算表1 气源条件
权利要求
1.一种高压天然气能量综合利用的方法，其特征在于，包括(1)将管线输送的高压天然气送入脱碳脱水设备进行脱碳脱水处理，降低高压天然气的含碳量和含水量；(2)将经过脱碳脱水的高压天然气通入透平膨胀机膨胀，使高压天然气降温降压；(3)与透平膨胀机输出轴连接的发电机利用高压天然气经透平膨胀机后进行膨胀，把高压天然气的焓转变为技术功，利用透平膨胀机输出的轴功进行发电；(4)将经过透平膨胀机膨胀后的低温低压天然气经过与透平膨胀机连接的换热器进行换热，收集和利用冷能；(5)将经过换热器进行换热的天然气送入内燃机中与通入内燃机内的空气混合燃烧后产生化学能；(6)产生的化学能驱动发电机进行发电；(7)将内燃机燃烧的高温烟气通入余热锅炉产生蒸汽或热水。
2.根据权利要求1所述的高压天然气能量综合利用的方法，其特征在于所述脱碳脱水设备为吸附塔，该吸附塔出口天然气中二氧化碳含量降低到至30ppm，露点温度降至 0 至-100°c ；所述透平膨胀机膨胀的条件为入口天然气压力控制在1. OMI^a至30MPa ；出口天然气压力控制在0. IMPa至1. 6MPa，温度控制在_2°C至_150°C ；当下游用户用气量小、供气压力高时采用串联两台或者两台以上透平膨胀机发电机组的方式，当下游用户用气量大、供气压力低时采用并联两台或者两台以上透平膨胀机发电机组的方式，以提高系统对天然气压力和流量大幅度波动实际工况的适应能力，且提高设备使用寿命；所述换热器为低温换热器，进入该低温换热器进行换热后的天然气温度为0°C以上；所述经过低温换热器进行换热的天然气送入内燃机中与空气混合燃烧，控制天然气充分燃烧；所述通入余热锅炉的高温烟气在150°C以上。
3.根据权利要求1或2所述的高压天然气能量综合利用的方法，其特征在于，所述经过透平膨胀机膨胀后的低温低压天然气经过与透平膨胀机膨胀连接的低温换热器进行换热后，收集的冷能用于空分装置、冷库项目、制取液态二氧化碳和干冰、人造冰雪、轻烃分离及深冷粉碎或者中央空调。
4.根据权利要求1所述的高压天然气能量综合利用的方法，其特征在于，所述天然气透平膨胀机发电机组输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器，以调整透平膨胀机发电机组电能的不稳定输出，使透平膨胀发电和内燃发电两种电力输出的品质相匹配，调整两种电能的参数，实现耦合，满足用电端对电力稳定性的要求。
5.根据权利要求1所述的高压天然气能量综合利用的方法，其特征在于，所述余热锅炉产生的蒸汽供给工业用热或生活用热；所述余热锅炉产生的热水供给生活热水。
6.一种如权利要求1所述的高压天然气能量综合利用的装置，包括高压天然气输配管线(1)、低压天然气输配管线(6)、调压器(25)、阀门、天然气透平膨胀机、天然气透平膨胀机输出轴与发电机构成的天然气透平膨胀机发电机组、内燃机输出轴和发电机组成的内燃机发电机组以及换热器；其特征在于还包括脱碳脱水机构、变频器以及余热锅炉；该脱碳脱水机构为吸附塔O)，该吸附塔O)的进口通过管道与高压天然气输配管线(1)连接，其出口通过管道与透平膨胀机进口和阀门连接；该透平膨胀机的输出轴连接发电机构成天然气透平膨胀机发电机组，且透平膨胀机的出口通过阀门与换热器的冷流体进口连接；该换热器的冷流体出口通过管道与膨胀后的低压天然气输配管线(6)连接，且换热器的热流体入口与需要换热的热流体连接，而换热器的热流体出口与冷能利用管线(13)连接，输往用冷设备；该内燃机(8)的天然气进口端通过阀门(61)与膨胀后的低压天然气输配管线(6) 连接，内燃机⑶的空气进口端⑵与大气相通，而内燃机⑶的燃烧的高温烟气由管道通入余热锅炉(11)内，余热锅炉(11)产生的热能(16)由排出口排出输往用热设备，该内燃机的输出轴与发电机连接构成内燃机发电机组；该天然气透平膨胀机发电机组输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器，两种发电机组输出的电能(1 经变频器汇合后输往用电设备(18)。
7.根据权利要求5所述的高压天然气能量综合利用的装置，其特征在于，所述吸附塔 (2)的进口与高压天然气输配管线(1)连接的管道上设有阀门(22)，其出口与透平膨胀机进口的管道上设有阀门23，且高压天然气输配管线(1)与吸附塔O)出口之间的连接管道上设有起旁通作用的阀门；所述吸附塔O)出口连接的管道上设有阀门与多台透平膨胀机连接；阀门(33)入口通过管道与透平膨胀机(31)的进口及阀门03)的出口并联连接，阀门 (33)出口通过管道与透平膨胀机(32)的入口及阀门(34)的入口并联连接，阀门(34)入口通过管道并联连接阀门(33)的出口及透平膨胀机(32)的入口，阀门(34)出口通过管道并联连接阀门(35)的入口及换热器(51)的冷流体出口，阀门(35)入口通过管道并联连接阀门(34)的出口及换热器(51)的冷流体出口，阀门(35)出口通过管道并联连接换热器(52) 的冷流体出口及低压天然气管线(6)；换热器(51)的冷流体入口与透平膨胀机(31)的出口连接，冷流体出口通过管线与阀门(34)的出口以及阀门(35)的入口并联连接；换热器(5 的冷流体入口与透平膨胀机(3 的出口连接，冷流体出口与膨胀后的低压天然气输配管线(6)及阀门(35)的出口并联连接；换热器(51)和(5 的热流体入口分别与需要换热的热流体(1 管道相连接，换热器 (51)和(52)的热流体出口分别与冷能利用管线(13)连接，输往用冷设备；所述内燃机(8)的天然气进口端通过阀门61与膨胀后的燃气管道(6)连接，内燃机 (8)的空气进口端(7)与大气相通，而内燃机(8)的高温烟气(10)由管道通入余热锅炉 (11)内，余热锅炉(11)产生的热能(16)由排出口排出输往用热设备；该内燃机的输出轴与发电机(9)连接构成内燃机发电机组；所述透平膨胀机(31)的输出轴与发电机Gl)构成天然气透平膨胀机发电机组，该天然气透平膨胀机发电机组的输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器(171)；所述透平膨胀机(3 的输出轴与发电机0 构成天然气透平膨胀机发电机组，该天然气透平膨胀机发电机组的输出端与内燃机发电机组输出端之间设有变频器(172)；使两种发电机组输出的电能(1 经变频器(171)和(17 汇合后输往用电设备；所述膨胀后的低压天然气输配管线(6)上设有下游燃气用户(64)的控制阀门(62)； 所述高压天然气输配管线(1)与低压天然气输配管线(6)之间设有旁通管道，该管道上设有手动阀门04)和06)，以及调压器(25)，且调压阀0 设置在手动阀门04)和(26)之间。
全文摘要
一种高压天然气能量综合利用的方法和装置，其方法包括高压天然气脱碳脱水、透平膨胀降温压、用透平膨胀机输出轴功发电、透平膨胀天然气经换热器收集冷能、经换热器天然气送内燃机产生化学能、化学能发电及内燃机高温烟气入余热锅炉产生蒸汽或热水；装置包括高压天然气管线、低压天然气管线、调压器、阀门、透平膨胀机、透平膨胀机发电机组、内燃机发电机组及换热器、脱碳脱水机构、变频器及余热锅炉；脱碳脱水机构接高压天然气管线和透平膨胀机，透平膨胀机接发电机和换热器，换热器接低压天然气输配管线、热流体及冷能管线，内燃机接发电机、低压天然气管线及余热锅炉，余热锅炉热能输用热设备，两种电能经变频器输用电设备，提高能源利用率。
文档编号F02B63/04GK102383868SQ201010266020
公开日2012年3月21日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者刘俊德, 张付军, 郑斌 申请人:刘俊德, 张付军, 郑斌