[发明专利]一种天然气压力能及冷能联合回收系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气压力能回收领域，特别涉及一种天然气压力能及冷能联合回收系统及方法。

背景技术

天然气开采过程中常在井口或井筒内安装节流装置，将气井天然气压力节流降压至集气管线压力，然后再经过调压分配站进一步降压，最后达到实际的输运压力，运送给用户。目前天然降压过程中普遍采用“节流降压”措施，一方面这种方式导致大量的天然气压力能在降压过程中被浪费；另一方面常温高压的天然气在膨胀过程中温度会急剧降低，过低的温度会对管道和设备产生严重的影响，传统的方式是利用空气换热器换热，由于空气比热小，空气换热器体积大，成本高。对于天然气降压过程中的压力能，可以通过多级透平膨胀发电机进行回收；天然气膨胀后产生的冷能可以作为二氧化碳CO₂发电循环热力循环的冷端，提高循环发电效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服现有天然气开采过程中压力能节流损失以及膨胀回收过程中冷能浪费的不足，本发明提供了一种天然气压力能及冷能联合回收系统和方法。

(二)技术方案

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种天然气压力能及冷能联合回收系统，包括天然气压力能回收子系统、超临界CO₂发电子系统和燃气轮机发电循环子系统：所述天然气压力能回收子系统将第一天然气进行多级膨胀，对外发电，并向系统外输出压力降低后的第二天然气；经所述天然气压力能回收子系统膨胀后的天然气所需的吸热量来自所述超临界CO₂发电子系统的放热量。所述超临界CO₂发电子系统向经所述天然气压力能回收子系统膨胀后的天然气放热，同时从所述燃气轮机发电循环子系统的排烟吸热，通过超临界CO₂工质闭式循环发电。所述燃气轮机发电循环子系统以所述天然气压力能回收子系统输出的部分第二天然气为燃料，并通过排烟向所述超临界CO₂发电子系统放热，进行燃气轮机发电。

所述天然气压力能回收子系统包括高压涡轮膨胀机、第一发电机、高压换热器、中压涡轮膨胀机、中压换热器、低压涡轮膨胀机、第二发电机及低压换热器；所述高压涡轮膨胀机的入口端引入所述第一天然气；所述高压涡轮膨胀机的出口端、高压换热器的吸热侧、中压涡轮膨胀机、中压换热器的吸热侧、低压涡轮膨胀机和低压换热器的吸热侧入口端依次通过管道连接；所述低压换热器的吸热侧出口端输出第二天然气；所述第一发电机与高压涡轮膨胀机同轴；所述第二发电机与中压涡轮膨胀机和低压涡轮膨胀机同轴；经所述天然气压力能回收子系统膨胀后的天然气从所述高压换热器的吸热侧、所述中压换热器的吸热侧和所述低压换热器的吸热侧依次吸收来自所述超临界CO₂发电子系统的放热量。

所述超临界CO₂发电子系统包括高压换热器、中压换热器、低压换热器、CO₂发电机、调节阀、CO₂膨胀机、CO₂压缩机、烟气-超临界CO₂换热器。所述CO₂压缩机的出口端、烟气-超临界CO₂换热器的吸热侧、CO₂膨胀机、高压换热器的放热侧、中压换热器的放热侧、低压换热器的放热侧入口端依次通过管道连接，并且所述低压换热器的放热侧的出口端与所述CO₂压缩机的入口端通过管道连接，构成超临界CO₂闭式循环。所述CO₂发电机与CO₂膨胀机和CO₂压缩机同轴；所述调节阀通过管道布置在CO₂膨胀机的出口端和高压换热器的入口端之间；所述调节阀用于调节进入高压换热器的放热侧的超临界CO₂的流量。所述超临界CO₂发电子系统通过所述高压换热器的放热侧、中压换热器的放热侧、低压换热器的放热侧依次向经所述天然气压力能回收子系统膨胀后的天然气释放热量；同时，所述超临界CO₂发电子系统通过所述烟气-超临界CO₂换热器的吸热侧从所述燃气轮机发电循环子系统的排烟吸热。