[发明专利]一种基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置

说明书

本发明提出一种基于CO₂冷媒的天然气压力能利用装置，包括天然气膨胀发电系统、CO₂冷媒循环制冷系统和电仪控制系统，在现有成熟天然气发电工艺的基础上，通过膨胀机‑发电机‑压缩机联轴实现电力平衡，选用CO₂安全冷媒为调压后低温天然气的换热介质，根据下游市场的需要生产一定量的冷水用作冷水空调的冷源，以及为工业用或食品用冰、制干冰等其他不同温位要求的工艺提供冷源。本发明提供了一种安全性能好，智能化、效率高的新型天然气管网压力能利用工艺及装置，进一步拓宽了天然气压力能的冷量利用温位，实现了天然气管网压力能的有效回收。

技术领域

本发明涉及一种CO2冷媒应用于低温领域的生产工艺及装置，具体涉及一种基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置。

背景技术

目前国内外回收利用天然气管网压力能的方式主要有发电和制冷两大类，利用压力能发电，产生的电能可进入城市电网，或用于发电站自身生活、生产使用，或用于分布式制氢。制冷方式主要有冷水空调、空气分离、冷库、橡胶粉碎、液化二氧化碳及干冰制备等。

中国发明专利申请CN201310347177公开了一种小型天然气管网压力能发电的工艺及装置，提出了一种通过气体膨胀机、变速箱、发电机和变压同步器的连接，利用天然气管网压力进行发电的小型发电工艺及装置，其发电的效率能提供1-5kW小功率用户进行回收利用。中国发明专利申请CN104989459A公开了一种发电装置,包括管路器件系统、发电系统及智能控制系统，最大创新点在于可以实现无人看守场站的一键启动及关闭，自动调节，远程操作与控制，可以实现了储电系统与发电系统的综合高效利用。中国发明专利申请CN105114131A公开了一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，通过膨胀机-发电机-压缩机联轴实现电力平衡，达到发电量与负载匹配的要求。

可知天然气压力能在发电方向有众多研究成果，技术较为成熟，目前趋向于智能化控制方向，且在实际工程案例中已得到应用。而对于天然气发电和制冷的综合利用模式目前缺乏实际工程的例子，一方面对于同一门站其压力调节机制确定，即压力能可以提供的低温温位固定，根据“高能高用，低能低用”的能量利用原则，决定这个门站所生产的产品类型也相对确定，但天然气冷能利用所得产品更多是由市场规律所决定；另外，中间冷媒的使用是提高天然气冷能利用效率最关键的环节，提高天然气压力能利用的效率，需要更加环保、更加安全、更加高效的冷媒介质。

自然工质CO2以其环境友好性、安全性和良好的热物理性质，被认为是最具潜力的冷媒工质，近年来利用作为热力循环工质的研究和应用越来越多。相对于目前天然气压力能普遍使用的冷媒，比如R404A、烃类、乙醇等，CO2具有环境优良、自身费用低、化学稳定性好、安全性能好、换热潜热大等特点，但是CO2作为制冷剂也有其自身缺点，最主要的就是三相点温度偏高限制了其作为制冷剂的应用范畴，容易在低温利用中出现冻堵的情况。近几年对于CO2气-固两相的研究成果可以扩大CO2冷媒的低温利用范围，将制冷温度稳定得降到低于三相温度点的-57℃以下，这极大提高了CO2冷媒在天然气压力能利用领域应用的理论可能性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有天然气压力能技术存在的问题，在利用目前成熟天然气发电工艺的基础上，选用CO2冷媒为中间换热介质，提供一种安全性能好，智能化、效率高的新型天然气管网压力能利用工艺。本工艺回收利用燃气的压力能进行发电，作为调压站或计量站的电源，同时根据下游市场的需要生产一定量的冷水用作冷水空调的冷源，以及为工业用或食品用冰、制干冰等其他工艺提供冷源，通过膨胀机-发电机-压缩机联轴实现电力平衡，达到发电量与负载匹配的要求。

本发明实现上述目的的技术方案为：

一种基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，包括天然气膨胀发电系统、CO2冷媒循环制冷系统和电仪控制系统：