一种天然气压差发电电解水制氢系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种利用天然气输配过程中余压能量来压差发电，实现电解水制氢的系统，属于压差发电制氢领域。


背景技术：

2.天然气经高压输气干线输送到各城市后，需要根据下游用户的供气压力要求，经天然气接收门站、调压站进行降压才能够供应给城市燃气用户、工商用户等使用。从实际使用中可以发现，高压天然气在调压的过程中，大多通过大型减压阀等调压装置来产生很大的压力降，同时释放出大量的能量，由此可见，很多能量白白损失而没有得到利用。目前我国出现了某些调压站通过压差发电来解决自己场站自用电需求的案例，但是，这种压差发电压力能量的回收有限。因此，如何实现天然气压力能量回收并合理再利用，是目前急需解决的问题。
3.随着氢能产业的快速发展，全国各地纷纷编制氢能发展规划，并开展氢能应用示范城市建设，完善氢能产业链建设。加氢站数量的快速增加和大量燃料电池汽车的投入使得我国对氢能的需求量飞速增长，因此，我国目前对清洁高效制氢系统需求十分迫切。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种天然气压差发电电解水制氢系统，其实现了对天然气输配过程中压力能量的回收及再利用于电解水制氢的目的。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
6.一种天然气压差发电电解水制氢系统，其特征在于：它包括天然气压差发电系统和电解水制氢系统，其中：天然气压差发电系统包括输送高压天然气的上游高压管网，上游高压管网的出口分两路，一路依次经由主支路前球阀、主支路超声波流量计、智能调压器和主支路后球阀后与下游用户管网的入口连接，另一路依次经由旁支路前球阀、流量调节阀、旁支路超声波流量计、膨胀机、支路换热器和旁支路后球阀后与下游用户管网的入口连接，膨胀机的出力轴与发电机连接，发电机的发电端口经由变压器与电解水制氢系统的电力输入端口连接来向电解水制氢系统提供电力。
7.本实用新型的优点是：
8.本实用新型对天然气输配过程中的压力能量实现了回收并有效用于电解水制氢，是一种清洁高效制氢方式，扩大了氢能的来源，满足了各地氢能发展规划需求，同时，压差发电用于制氢的方式扩大了传统压差发电使用范围，使得压差发电得到了充分利用，且节能减排，绿色环保，适于推广。
附图说明
9.图1是本实用新型天然气压差发电电解水制氢系统的组成示意图。
10.图2是本实用新型天然气压差发电电解水制氢系统的一实施例示意图。
11.图3是本实用新型天然气压差发电电解水制氢系统的另一实施例示意图。
具体实施方式
12.如图1，本实用新型天然气压差发电电解水制氢系统包括天然气压差发电系统10和电解水制氢系统20，其中：天然气压差发电系统10包括输送高压天然气的上游高压管网11，上游高压管网11的出口分两路，一路为天然气调压支路，此路依次经由主支路前球阀121、主支路超声波流量计122、智能调压器123和主支路后球阀124后与下游用户管网14的入口连接，另一路为压差发电支路，此路依次经由旁支路前球阀131、流量调节阀132、旁支路超声波流量计133、膨胀机134、支路换热器135和旁支路后球阀136后与下游用户管网14的入口连接，膨胀机134的出力轴与发电机15连接，发电机15的发电端口经由变压器16与电解水制氢系统20的电力输入端口连接来向电解水制氢系统20提供电力。
13.在实际实施时，当天然气上下游压力比超过压比阈值，即压比较大时，如图2，使用串联的高压级膨胀机134’和低压级膨胀机134”来替代图1中的膨胀机134，其中：高压级膨胀机134’的入口与旁支路超声波流量计133的出口连接，高压级膨胀机134’的出口与低压级膨胀机134”的入口之间连接有级间换热器137，低压级膨胀机134”的出口与支路换热器135的入口连接，低压级膨胀机134”的出力轴与发电机15连接。
14.图1示出的是膨胀机134为一个的情形。在实际实施时，当上游输送入的天然气流量超过设定值，即流量较大时，如图3，膨胀机134的数量可为多个，多个膨胀机134之间并联连接，其中：各膨胀机134的入口均与旁支路超声波流量计133的出口连接，各膨胀机134的出口均与支路换热器135的入口连接，各膨胀机134的出力轴分别连接一发电机15，各发电机15的发电端口分别经由一自动准同期装置138(已有装置)与变压器16的输入侧连接。图3示出了并联n个膨胀机134的情形。
15.在本实用新型中，电解水制氢系统20包括整流装置21，整流装置21的电力输入端口与变压器16的输出侧连接，整流装置21的输出端口的正极、负极分别与电解水制氢装置22的输入端口的阳极、阴极连接，电解水制氢装置22的阳极输出口经由管道与氧气罐23的输入口连接，电解水制氢装置22的阴极输出口经由管道与氢气罐24的输入口连接，另外，电解水制氢装置22的补液口与相关的补液装置(图中未示出)连接。
16.在本实用新型中：
17.流量调节阀132的作用为控制进入压差发电支路的天然气流量，以在满足天然气调压支路需求的最低流量的基础上，优先保证发电机15发电所需天然气流量，其余的天然气流量通过智能调压器123调压供给下游用户需求，从而实现最大化的天然气压力能量回收再利用，并且提高了天然气压差发电系统10的工作稳定性。
18.智能调压器123的作用为根据前后管线压力自动调压来实现天然气调压前后压力与上下游管网(上游高压管网11、下游用户管网14)的匹配，智能调压器123为本领域的已有器件。
19.膨胀机134、高压级膨胀机134’、低压级膨胀机134”可采用透平膨胀机，其为本领域的已有设备，其作用为利用天然气前后压差来膨胀做功，从而驱动发电机15工作，实现压力能量向电能的转化。
20.支路换热器135、级间换热器137为本领域的已有器件，其作用为加热天然气，利用
外界介质加热经过膨胀机膨胀降温后的天然气，从而避免调压后天然气温度过低引起下游用户管网14发生故障。
21.变压器16的作用为调节电压来使发电机15输出的电压调节至电解水制氢系统20所需的电压。
22.在本实用新型中，电解水制氢系统20为本领域的已有系统。
23.下面以图1为例来说明本实用新型的工作过程：
24.使用时，高压天然气从上游高压管网11输送入天然气调压支路和压差发电支路中，在输送的过程中，通过流量调节阀132控制进入压差发电支路的天然气流量，以在满足天然气调压支路需求的最低流量的基础上，优先保证发电机15发电所需天然气流量，除去送入压差发电支路的其余天然气流量便在进入天然气调压支路后通过智能调压器123的调压来最终输出至下游用户管网14，从而满足下游用户的天然气需求，这种方式实现了对天然气压力能量回收再利用的最大化。
25.在压差发电支路中，膨胀机134利用天然气前后压差来膨胀做功，一方面驱动发电机15工作，于是发电机15将转化的电能送入变压器16，由变压器16调压来最终送入电解水制氢系统20制氢使用。另一方面，膨胀机134膨胀降温后输出的天然气经过支路换热器135加热后同样输出至下游用户管网14。
26.在电解水制氢系统20中，整流装置21将接收变压器16输出的交流电转变为直流电，然后提供给电解水制氢装置22，满足电解水制氢装置22的用电需求。电解水制氢装置22为一种利用直流电电解水制氢的装置。当电解水制氢装置22通电运行后，在电解水制氢装置22的阳极产生氧气，经纯化加压后储存入氧气罐23中，在电解水制氢装置22的阴极产生氢气，经纯化加压后储存入氢气罐24中，而电解水制氢装置22的溶液消耗由补液装置完成。
27.本实用新型的优点是：
28.本实用新型对天然气输配过程中的压力能量实现了回收并有效用于电解水制氢，是一种清洁高效制氢方式，扩大了氢能的来源，满足了各地氢能发展规划需求，同时，压差发电用于制氢的方式扩大了传统压差发电使用范围，使得压差发电得到了充分利用，且节能减排，绿色环保，适于推广。
29.以上所述是本实用新型较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。