[发明专利]天然气压力差能量回收-电解制氢一体化系统

说明书

技术领域

本发明属于能量转换与回收技术领域，具体涉及一种天然气压力差能量回 收-电解制氢一体化系统。

背景技术

天然气由地下开采出以后具有较高压力，通常在数MPa到数十MPa之间。 天然气管道是目前天然气应用过程中输送天然气的最主要手段。天然气管道包 括高压天然气干线和低压天然气支线，传统高压天然气干线、低压天然气支线 间的输送供气过程具体如下：高压天然气经过高压天然气干线进入调压装置进 行节流压力调节，将高压天然气降压变成低压天然气，当压力符合低压天然气 支线的天然气压力输送工艺要求时，该天然气进入低压天然气支线，从而完成 天然气管网间的输送供气。

然而，在上述过程中高压天然气与低压天然气间的压力差能量被白白损失， 而没有得到回收利用，从而造成巨大的能量浪费。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种能有效回收高压天 然气与低压天然气间的压力差能量并利用该压力差能量电解水制备高纯氢气的 天然气压力差能量回收-电解制氢一体化系统。

本发明所采用的技术方案为：

一种天然气压力差能量回收-电解制氢一体化系统，设置在高压天然气干线 和低压天然气支线之间，所述天然气压力差能量回收-电解制氢一体化系统包括 天然气压力差能量回收装置、发电装置和电解水制氢装置；

所述天然气压力差能量回收装置包括第一预热装置和膨胀机单元；所述第 一预热装置的进气端与所述高压天然气干线的出气端连通设置，用以对所述高 压天然气干线输出的常温高压天然气进行预热形成高温高压天然气；

所述膨胀机单元的进气端与所述第一预热装置的出气端连通设置，用以对 所述高温高压天然气进行膨胀降压后形成常温低压天然气；所述常温低压天然 气通入所述低压天然气支线；

所述发电装置与所述膨胀机单元的动力输出端连接设置，以将所述膨胀机 单元输出的机械功转化为电能；

所述电解水制氢装置与所述发电装置连接设置，以利用所述发电装置输出 的电能电解水制得高纯氢气。

所述膨胀机单元为单级膨胀机。

所述膨胀机单元包括串联设置的一级膨胀机和二级膨胀机。

所述一级膨胀机和所述二级膨胀机之间设置第二预热装置，先利用所述一 级膨胀机对所述高温高压天然气进行一次膨胀降压后形成低温中压天然气，之 后将所述低温中压天然气通入所述第二预热装置进行预热形成中温中压天然 气，之后再将所述中温中压天然气输入所述二级膨胀机进行二次膨胀降压得到 常温低压天然气。

所述一级膨胀机和二级膨胀机均为向心涡轮膨胀机。

所述发电装置为一个发电机或多个串联设置的发电机组。

一种基于所述系统的天然气压力差能量回收-电解制氢一体化工艺，包括如 下步骤：

S1：先利用所述第一预热装置对常温高压天然气进行预热，形成高温高压 天然气；

S2：再利用所述膨胀机单元对步骤S1所述高温高压天然气进行膨胀降压后 形成常温低压天然气；将所述常温低压天然气输入所述低压天然气支线；

S3：之后利用所述发电装置将所述膨胀机单元输出的机械功转化为电能；

S4：最后利用所述电解水制氢装置将所述发电装置输出的电能电解水制得 高纯氢气。

所述高纯氢气的纯度为99.99％。

本发明的有益效果为：

本发明所述的天然气压力差能量回收-电解制氢一体化系统，设置在高压天 然气干线和低压天然气支线之间，并包括依次连接设置的天然气压力差能量回 收装置、发电装置和电解水制氢装置，从而先利用所述天然气压力差能量回收 装置的第一预热装、膨胀机单元依次对常温高压天然气进行预热、膨胀降压后 形成常温低压天然气；之后利用所述发电装置将所述膨胀机单元输出的机械功 转化为电能；最后利用所述电解水制氢装置将所述发电装置输出的电能电解水 制得高纯氢气；由此可见，本发明所述的天然气压力差能量回收-电解制氢一体 化系统能够实现对天然气压力差能量进行充分回收，之后将该压力差能量转化 为电能用以电解水制备高纯氢气，数据显示，所述高纯氢气的纯度高达99.99％， 同时还在管网中直接制备得到常温低压天然气，有效解决现有技术中高压天然 气与低压天然气间的压力差能量被白白损失，存在巨大能量浪费的问题，此外， 本发明提供了一种直接、简单、低成本的制备高纯氢气的系统。