[发明专利]利用天然气压力能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制冷系统技术领域，尤其涉及回收天然气压力能转换成冷能并加以利用的技术领域。

背景技术

能源短缺日益加剧，人们提出了节能减排的要求。利用流失排放的压力能制取冷能，代替电制冷无疑是符合这一要求的技术。我国现今的一项基本国策就是节能，余热、余压利用工程则被列入“十一五”期间我国重点推进的十项节能工程之一。高压天然气的压力能回收利用属于余压利用范畴，具有显著的节能效果，但目前尚未引起足够重视。

天然气长输管道一般都采用高压输送方式。国外天然气输气管道压力高达12MPa以上，比如，穿越西西里海峡的阿-意输气管道的最大工作压力为15MPa。我国也不例外，“西气东输”一线输气管道压力为10MPa，二线则为12MPa，这其中蕴藏着大量的压力能。如此高压力的天然气送到各地接收门站，一般都需根据用户要求在天然气调压站进行降压。对于城市燃气管网，一般降至中压范围，压比高达10以上。

现今的现实情况是，面对如此高压比的天然气压力差，巨大的压力能却没能被有效利用，白白浪费掉不说，相反，降压过程中还产生大量的噪音，而且由于急剧降温，对管道及调压设备运行造成威胁甚至损害。可见，回收利用该部分压力能可以产生显著的经济效益，同时还可消除降压过程中的噪音和设备损伤隐患，具有重要的现实意义。

可用来表述天然气可用压力能大小。压力为4.0MPa的天然气所具有的压力为480kJ/kg。以某公司4.0亿m³/年的输气规模，天然气所具有的压力总计为1.53×10¹¹kJ/年。当压力为P₁的高压天然气在调压站降压至P₂压力时，可回收的最大压力e_x，p’为：

ex,p′=T0RlnP1P0-T0RlnP2P0=T0RlnP1P2]]>

式中T₀、R为常数，可见压力与成正比，即和P₁/P₂的比值(压比)直接相关。

输送压力为4.0MPa、输送量为5.0万m³/h的高压天然气，降压至0.4MPa时，可回收的最大压力为186kJ/kg，总计为2.7×10¹⁰kJ/年，节电效益高达2600万元。由此可见，将这一部分压力回收利用，能创造出较大的经济效益。

回收天然气压力能的方法有一些。回收的天然气压力能将具有广泛的用途。比如，可用于：

1天然气压力能膨胀发电

利用高压天然气压力能发电就是利用高压天然气降压时体积膨胀产生的能量来驱动发电机发电。高压气体在降压过程中体积膨胀，产生相当大的能量，如果降压过程在透平膨胀机中进行，就可以对外做轴功，从而带动发电机发电。一个50万m³/日规模的调压站，高压天然气由4.0MPa降为0.4MPa时，发电能力可达到500kw左右。

日本东京电力公司建有一座利用天然气压力差发电、能力为7700kw的电站，这是世界上少有的几座利用天然气压力能发电的电站，我国目前还没有此类电站。

2天然气压力能液化自身重质组分