[发明专利]一种基于压力能回收的氢气天然气混输与分离装置及方法

权利要求书

1.一种基于压力能回收的氢气天然气混输与分离装置，其特征在于：包括掺氢天然气管路、压力能回收系统、分离系统和升压系统；压力能回收系统由膨胀机、第一天然气压缩机和第一氢气压缩机组成；膨胀机上设有进气口、出气口、进水口和出水口；第一天然气压缩机上设有进气口、出气口、进水口和出水口；第一氢气压缩机上设有进气口、出气口、进水口和出水口；膨胀机与辅助电机装配在一起，第一天然气压缩机和第一氢气压缩机并联与辅助电机装配在一起；分离系统由分离装置、第一氢气缓冲罐和第一天然气缓冲罐组成；分离装置设有进气口、氢气出口和天然气出口；第一氢气缓冲罐上设有进气口和出气口，第一天然气缓冲罐上设有进气口和出气口；升压系统由第二天然气压缩机和第二氢气压缩机组成；第二天然气压缩机上设有进气口和出气口，第二氢气压缩机上设有进气口和出气口；掺氢天然气管路的出气口与总缓冲罐的进口连通，总缓冲罐的出口与膨胀机的进气口连通，膨胀机的出气口与分离装置的进气口连通，分离装置的氢气出口与第一氢气缓冲罐的进气口连通，分离装置的天然气出口与第一天然气缓冲罐的进气口连通；第一氢气缓冲罐的出气口与第一氢气压缩机的进气口连通，第一天然气缓冲罐的出气口与第一天然气压缩机的进气口连通；第一氢气压缩机的出气口与第二氢气缓冲罐的进气口连通，第一天然气压缩机的出气口与第二天然气缓冲罐的进气口连通；第二氢气缓冲罐的出气口与第二氢气压缩机的进气口连通，第二天然气缓冲罐的出气口与第二天然气压缩机的进气口连通；第二氢气压缩机的出气口与氢气用户端连通，或与掺氢天然气管路连通；第二天然气压缩机的出气口与掺氢天然气管路连通，或与天然气用户端连通；

所述的膨胀机的出水口与储水罐的进水口连通，储水罐的出水口通过带有水泵的管路同时与第一天然气压缩机和第一氢气压缩机的进水口连通；第一天然气压缩机的出水口和第一氢气压缩机的出水口同时通过管路与膨胀机的进水口连通。

2.根据权利要求1所述的基于压力能回收的氢气天然气混输与分离装置，其特征在于：所述的分离装置为膜分离装置，或者为变压吸附装置，或者为膜分离-变压吸附装置。

3.一种基于压力能回收的氢气天然气混输与分离方法，其特征在于：采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：

（1）将掺氢天然气管路的掺氢天然气通入总缓冲罐，将总缓冲罐内的掺氢天然气通入膨胀机，经膨胀机泄压后形成低压掺氢天然气；压力能回收装置从启动到平稳运行分为两个阶段：起始阶段和稳定阶段，起始阶段掺氢天然气进入膨胀机，通过辅助电机为压力能回收系统提供主要动力，通过气体膨胀释放的能量提供部分动力；在气体膨胀过程中，控制辅助电机提供的动力逐渐降低，并使气体膨胀提供的动力逐渐增加；当膨胀机的涡轮机叶轮转速到达稳定状态后，进入稳定阶段，此时辅助电机仅用于保持膨胀机的涡轮机叶轮转速保持在正常工作区间;

（2）将低压掺氢天然气通入分离装置，经过分离后分别从氢气出口和天然气出口排出，分别形成低氢天然气和高浓度氢气；所述的低氢天然气中氢气的体积浓度≤3%；所述的高浓度氢气的氢气体积浓度≥80%；

（3）将低氢天然气和高浓度氢气分别通入第一天然气缓冲罐和第一氢气缓冲罐，然后分别通入第一天然气压缩机和第一氢气压缩机，经第一次压缩后分别形成一次压缩天然气和一次压缩氢气；

（4）将一次压缩天然气和一次压缩氢气分别通入第二天然气缓冲罐和第二氢气缓冲罐，然后分别通入第二天然气压缩机和第二氢气压缩机，经第二次压缩后分别形成二次压缩天然气和二次压缩氢气；

（5）将二次压缩天然气和二次压缩氢气分别通入天然气用户端和氢气用户端，或返回掺氢天然气管路。

4.根据权利要求3所述的一种基于压力能回收的氢气天然气混输与分离方法，其特征在于：步骤（3）中，膨胀机的涡轮机叶轮转速到达稳定状态后，气体在膨胀机内膨胀时推动膨胀机的叶轮转动；膨胀机的叶轮转动时，带动转轴转动为第一天然气压缩机和第一氢气压缩机提供机械能。