天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于能量轉換與回收技術領域，具體涉及一種天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統。
【背景技術】
[0002]天然氣由地下開采出以后具有較高壓力，通常在數MPa到數十MPa之間。天然氣管道是目前天然氣應用過程中輸送天然氣的最主要手段。天然氣管道包括高壓天然氣干線和低壓天然氣支線，傳統高壓天然氣干線、低壓天然氣支線間的輸送供氣過程具體如下:高壓天然氣經過高壓天然氣干線進入調壓裝置進行節流壓力調節，將高壓天然氣降壓變成低壓天然氣，當壓力符合低壓天然氣支線的天然氣壓力輸送工藝要求時，該天然氣進入低壓天然氣支線，從而完成天然氣管網間的輸送供氣。
[0003]然而，在上述過程中高壓天然氣與低壓天然氣間的壓力差能量被白白損失，而沒有得到回收利用，從而造成巨大的能量浪費。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種能有效回收高壓天然氣與低壓天然氣間的壓力差能量并利用該壓力差能量電解水制備高純氫氣的天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統。
[0005]本發明所采用的技術方案為:
[0006]一種天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統，設置在高壓天然氣干線和低壓天然氣支線之間，所述天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統包括天然氣壓力差能量回收裝置、發電裝置和電解水制氫裝置；
[0007]所述天然氣壓力差能量回收裝置包括第一預熱裝置和膨脹機單元;所述第一預熱裝置的進氣端與所述高壓天然氣干線的出氣端連通設置，用以對所述高壓天然氣干線輸出的常溫高壓天然氣進行預熱形成高溫高壓天然氣；
[0008]所述膨脹機單元的進氣端與所述第一預熱裝置的出氣端連通設置，用以對所述高溫高壓天然氣進行膨脹降壓后形成常溫低壓天然氣;所述常溫低壓天然氣通入所述低壓天然氣支線；
[0009]所述發電裝置與所述膨脹機單元的動力輸出端連接設置，以將所述膨脹機單元輸出的機械功轉化為電能；
[0010]所述電解水制氫裝置與所述發電裝置連接設置，以利用所述發電裝置輸出的電能電解水制得高純氫氣。
[0011 ]所述膨脹機單元為單級膨脹機。
[0012]所述膨脹機單元包括串聯設置的一級膨脹機和二級膨脹機。
[0013]所述一級膨脹機和所述二級膨脹機之間設置第二預熱裝置，先利用所述一級膨脹機對所述高溫高壓天然氣進行一次膨脹降壓后形成低溫中壓天然氣，之后將所述低溫中壓天然氣通入所述第二預熱裝置進行預熱形成中溫中壓天然氣，之后再將所述中溫中壓天然氣輸入所述二級膨脹機進行二次膨脹降壓得到常溫低壓天然氣。
[0014]所述一級膨脹機和二級膨脹機均為向心渦輪膨脹機。
[0015]所述發電裝置為一個發電機或多個串聯設置的發電機組。
[0016]—種基于所述系統的天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化工藝，包括如下步驟:
[0017]S1:先利用所述第一預熱裝置對常溫高壓天然氣進行預熱，形成高溫高壓天然氣；
[0018]S2:再利用所述膨脹機單元對步驟SI所述高溫高壓天然氣進行膨脹降壓后形成常溫低壓天然氣;將所述常溫低壓天然氣輸入所述低壓天然氣支線；
[0019]S3:之后利用所述發電裝置將所述膨脹機單元輸出的機械功轉化為電能；
[0020]S4:最后利用所述電解水制氫裝置將所述發電裝置輸出的電能電解水制得高純氫氣。
[0021]所述高純氫氣的純度為99.99 %。
[0022]本發明的有益效果為:
[0023]本發明所述的天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統，設置在高壓天然氣干線和低壓天然氣支線之間，并包括依次連接設置的天然氣壓力差能量回收裝置、發電裝置和電解水制氫裝置，從而先利用所述天然氣壓力差能量回收裝置的第一預熱裝、膨脹機單元依次對常溫高壓天然氣進行預熱、膨脹降壓后形成常溫低壓天然氣；之后利用所述發電裝置將所述膨脹機單元輸出的機械功轉化為電能;最后利用所述電解水制氫裝置將所述發電裝置輸出的電能電解水制得高純氫氣；由此可見，本發明所述的天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統能夠實現對天然氣壓力差能量進行充分回收，之后將該壓力差能量轉化為電能用以電解水制備高純氫氣，數據顯示，所述高純氫氣的純度高達99.99%，同時還在管網中直接制備得到常溫低壓天然氣，有效解決現有技術中高壓天然氣與低壓天然氣間的壓力差能量被白白損失，存在巨大能量浪費的問題，此外，本發明提供了一種直接、簡單、低成本的制備高純氫氣的系統。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明實施例1提供的天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統的結構示意圖；
[0025]圖2是本發明實施例2提供的天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統的結構示意圖；
[0026]圖3是本發明實施例2提供的天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統的結構示意圖。
[0027]圖中:圖中:1-高壓天然氣干線，2-低壓天然氣支線，4-第一預熱裝置，5-膨脹機單元，51-—級膨脹機，52-二級膨脹機，53-第二預熱裝置，6-發電裝置，7-電解水制氫裝置。
【具體實施方式】
[0028]實施例1
[0029]如圖1所示，本實施例提供一種天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統，設置在高壓天然氣干線I和低壓天然氣支線2之間，所述天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化系統包括依次連接設置的天然氣壓力差能量回收裝置、發電裝置6和電解水制氫裝置I。
[0030]所述天然氣壓力差能量回收裝置包括第一預熱裝置4和膨脹機單元5;所述第一預熱裝置4的進氣端與所述高壓天然氣干線I的出氣端連通設置，用以對所述高壓天然氣干線I輸出的常溫高壓天然氣進行預熱形成高溫高壓天然氣。
[0031]作為可以選擇的實施方式，本實施例所述膨脹機單元5為單級向心渦輪膨脹機。所述膨脹機單元5的進氣端與所述第一預熱裝置4的出氣端連通設置，用以對所述高溫高壓天然氣進行膨脹降壓后形成常溫低壓天然氣;所述常溫低壓天然氣直接通入所述低壓天然氣支線2。
[0032]所述發電裝置6與所述膨脹機單元5的動力輸出端連接設置，以將所述膨脹機單元5輸出的機械功轉化為電能，本實施例所述發電裝置6為一個發電機。
[0033]所述電解水制氫裝置7與所述發電裝置6連接設置，以利用所述發電裝置6輸出的電能電解水制得高純氫氣。
[0034]基于所述系統的天然氣壓力差能量回收-電解制氫一體化工藝，包括如下步驟:
[0035]SI:先利用所述第一預熱裝置4對常溫高壓天然氣進行預熱，形成高溫高壓天然氣；
[0036]S2:再利用所述膨脹機單元5對步驟SI所述高溫高壓天然氣進行膨脹降壓后形成常溫低壓天然氣;將所述常溫低壓天然氣輸入所述低壓天然氣支線2;
[0037]S3:之后利用所述發電裝置6將所述膨脹機單元5輸出的機械功轉化為電能；
[0038]S4:最后利用所述電解水制氫