[发明专利]一种高压天然气的余压发电液化系统

说明书

本发明公开了一种高压天然气的余压发电液化系统，能够实现能量梯级利用，包括涡流管、预冷换热器、深冷换热器、气液分离器、气体膨胀机、液体膨胀机和发电机。高压天然气进入系统后分成两部分，一部分经过涡流管，涡流管中流出的冷流作为预冷冷剂；另一部分经过预冷换热器初步降温，然后进入分离器分离为气液两相进入深冷换热器继续降温，降温后通过膨胀机回收压力能并进一步降温，一股物流生产LNG，气相以及另一股流汇合作为深冷冷剂。所述系统充分利用天然气长输管道剩余压力能，不需要压缩机等动力设备，通过压力能的梯级利用实现天然气液化以及余压发电，适合应用于天然气调压站等。

技术领域

本发明属于天然气输送技术领域，涉及一种高压天然气的余压发电液化系统，主要目的是为了充分利用天然气长输管道剩余压力能，不需要压缩机等动力设备，通过压力能的梯级利用实现天然气液化以及余压发电，适合应用于天然气调压站等。

背景技术

全球范围内天然气的长距离输送基本全部采用高压管道的方式，国外天然气的长输压力通常大于10MPa，国内的天然气长输压力一般为10MPa左右。长输天然气通常在进入城市燃气系统之前需要在天然气调压站进行调压，将高压调节为低压，达到用户能够使用的压力。目前的天然气调压站在调压过程中并未将这部分压差充分利用起来，通常采用节流阀节流的方式将压力能释放，这种方式会造成管道压力能浪费，同时产生巨大的噪音和低温，对于天然气调压站的运行和安全带来隐患。而这部分压力能回收后，则可以进行冷库制冷、压力能发电以及天然气液化等，实现管输压力能的再利用。

天然气液化作为压力能回收的一种方式，同时可以作为城市燃气调峰的有效手段。由于城市燃气用户用气受习惯、时段、天气和季节影响较大，存在很大的不均匀性，对城市燃气调峰提出了较高的要求。液化天然气相比于地下储气，其对地质等条件要求不高，大小城市均适应，可以实现大规模应用；相比于管网储气或者球罐储气，投资费用仅为其十分之一左右，且液化天然气通常采用常压储存，安全性较高，所产LNG同样也可以用作对外销售，经济效益显著。

目前国内外对于管道压力能的利用已经开展了部分研究，英国国家电网等在天然气管道中布置了微型膨胀机实现管道压力能的回收。美国的一些现有技术中所设计的天然气管道压力能利用工艺存在流程复杂，设备多，采用压缩机作为增压动力设备，增加了系统的投资和功耗，此外虽然一些现有技术实现了原料气的全部液化，但是增加了系统外的冷源换热环节；俄罗斯的Lentransgaz公司研发的NGGLU装置无运动部件，利用自身压力能进行液化，投资低可靠性高，目前已有应用，但液化率较低。

国内对于长输天然气压力能利用方式主要有以下几种：一是将剩余压力能直接膨胀生产LNG，但是这种方式压力能利用效率较低；二是带有压缩系统的，先将压力能用来驱动膨胀机，膨胀机产生的轴功输出给压缩系统使气体增压，但这种方式增加了压缩机系统，设备较多投资大，增加能量转化过程会增加能量损耗；三是利用剩余压力产生的冷能来合成天然气水合物、冷库制冷、粉碎橡胶等，这种方式对天然气管道压力能利用率较低，且另外需要冷能接收用户，安全、管理及选址等原因更加限制了其大规模利用。

上述天然气压力能回收方式普遍存在流程复杂，设备多，投资和系统操作费用高，能量利用率低和压力能利用方式单一的问题。仅仅转化为液化天然气或者电能，并未实现能量的梯级利用，会造成部压力能的浪费。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和不足，为了充分利用天然气长输管道剩余压力能，本发明提出了一种高压天然气的余压发电液化系统，不需要压缩机等动力设备，通过压力能的梯级利用实现天然气液化以及余压发电，从而解决传统天然气长输管道末端余压浪费以及能量利用方式单一的问题，同时解决了上述方法中流程复杂，设备多，投资和系统操作费用高的问题，实现压力能的高效回收和梯级利用，可广泛应用于天然气调压站等场合。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：