[发明专利]用于经加工的天然气的膨胀中的能量回收的方法和装置

说明书

本发明涉及在将经加工的天然气输送至乙炔生产装置中以前用于经加工的天然气的膨胀中的能量回收的方法和装置。

经加工的天然气通常以高达70巴的压力经由供应管线(长距离管线)从输送和加工装置运输至天然气供应商和其它主要用户，例如在化学工业中。经加工的天然气在本发明上下文中应当理解意指可用于化学工业中而不经任何进一步材料加工步骤的天然气。它尤其用作生产乙炔的基础材料，乙炔为化学产品的大规模生产中的重要初始化合物。使得它可用于通过氧化生产乙炔，必须使经加工的天然气膨胀至2-8巴的压力。该膨胀根据现有技术通常借助调节轨进行。

对于借助调节轨膨胀的替代方案由原则上由现有技术已知的用于经加压的气体的膨胀装置提供。因此，EP 0 670 957 B1公开了天然气膨胀装置，其具有换热器以将高压下的天然气预热，具有涡轮式发电机以将天然气膨胀至较低压力并由在这种情况下释放的能量产生电流，且具有将其废热供入换热器中的发电站。发电站包含多个基于发动机的热电联产装置，所述热电联产装置每种情况下包含燃气内燃机和发电机。这种情况下，当基于发动机的热电联产装置数字化操作时，基于发动机的热电联产装置的废热回路与外部能量用户或能量发电机热连接以将出现的废热排出而不经外部冷却措施。

这类膨胀装置的问题一方面是涡轮式发电机(高速同步发电机类型)的效率是有限的，因此能量回收不是非常有效的，另一方面，需要外部发电站以供应装置的换热器以加热膨胀气体。由于经加压的气体膨胀而回收的大部分能量因此再次被消耗。

基于该背景，本发明的目的是更有效地使用在高压经加工的天然气的膨胀期间释放的能量并以持续方式回收能量。

在本发明第一方面，该目的通过在将经加工的天然气输送至乙炔生产装置中以前在经加工的天然气的膨胀中的能量回收方法实现，所述方法包括步骤：

a)将经加工的天然气以-10℃至50℃的温度和30-70巴的压力从经加工的天然气供应管线输送至第一加热阶段并将经加工的天然气在第一加热阶段中加热至20-40℃的温度，

b)将在第一加热阶段中加热的经加工的天然气输送至第二加热阶段中并将经加工的天然气在第二加热阶段中加热至70-140℃的温度，

c)将在第二加热阶段中加热的经加工的天然气输送至膨胀装置并使经加工的天然气在膨胀装置中膨胀至2-8巴的压力，其中膨胀装置为通过经加工的天然气的膨胀而操作并产生能量的活塞式膨胀机。

在本发明上下文中，活塞式膨胀机应基本地理解为意指其中将经加压的气体引入一个或多个气缸中并在那里膨胀，因此气缸中提供的活塞移动并由于膨胀而执行机械功的装置。在这种情况下，膨胀可在一个阶段中或者在多个阶段中进行。

经加工的天然气在活塞式膨胀机中的膨胀首先具有与现有技术中所用涡轮式发电机相比高15-20％的效率的优点。即使考虑涡轮式发电机还要求与现代活塞式膨胀机相比在维护方面的较低费用，本发明方法仍提供与现有技术相比显著的效率提高。

在本发明方法中，将经加工的天然气在活塞式膨胀机中膨胀至2-8巴的压力以后输送至乙炔生产装置中。因此，本发明提供可以以对化学工业而言具有能量效率的方式将经加工的天然气膨胀的第一方法。

此外，为减少在乙炔生产以前的加热阶段，证明有利的是在将经加工的天然气在步骤e)中输送至乙炔生产装置中以前，进一步在步骤d)中将在活塞式膨胀机中膨胀至2-8巴的压力的经加工的天然气输送至第四加热阶段并将经加工的天然气在第四加热阶段中加热至40-100℃的温度。

通过经加工的天然气的膨胀操作的活塞式膨胀机优选驱动用于产生电能的发电机。因此产生的电能可有利地供入公共电网或者储存在装置内部的合适储存器件中或者直接输送至工业装置的其它用户。

在方法的一个具体实施方案中，经加工的天然气的膨胀包括步骤：

c1)将在第二加热阶段(WT2)中加热的经加工的天然气(P)在活塞式膨胀机(E)的第一膨胀阶段(E1)中膨胀至15-25巴的压力，其中经加工的天然气(P)在第一膨胀阶段(E1)中膨胀以后具有15-25℃的温度，

c2)将在第一膨胀阶段(E1)中膨胀的经加工的天然气(P)在第三加热阶段(WT3)中加热至70-140℃的温度，和

c3)将经加热的经加工的天然气(P)在活塞式膨胀机(E)的第二膨胀阶段(E2)中膨胀至2-8巴的压力，其中经加工的天然气(P)在第二膨胀阶段(E2)中膨胀以后具有10-100℃的温度。