[实用新型]一种利用高压天然气管网压力能的空气分离系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及高压天然气压差制冷的应用技术领域，尤其涉及一种利用高压天然气管网压力能制冷的低温空气分离系统。

背景技术

天然气管网多数以10MPa以上的高压进行长距离的输送，而城市燃气管网设计压力在0.2～0.4MPa，需进行调压后输送至下游管网，在调压时，一般有一级调压和二级调压两种方式。将超高压或高压天然气直接降压至0.2MPa～0.4MPa(表压)的中压标准为一级调压；先将超高压力或高压天然气降压至1.6MPa～2.0MPa(表压)，然后再一次降压至0.2MPa～0.4MPa(表压)的中压标准为二级调压。调压过程蕴含着巨大压力能。目前在城市门站及分输站采用节流阀调压时，不仅产生巨大噪音，伴随的降温可能会造成下游管道低温冻堵，最重要的是该调压过程产生的巨大压降并未被回收利用，造成能源浪费。

回收高压天然气管网压力的一个重要用途是可用于制冷，能有效应用于空气分离技术领域，可以减少空分系统中由电力驱动的机械制冷产生用于维持低温环境和生产液体产品所需的大量冷能。降低空气分离工艺中的制冷成本，对降低电能需求量，促进空气分离产业发展有重要意义。氧气和氮气是常见的空气分离产品，它们不仅是化学工业的重要生产原料，同时在医疗、电子、冶金、航空、环保等领域也有着非常广泛的应用。随着世界科学技术与经济的高速发展，各行各业对氧气和氮气的需求迅速增加，用量也越来越多，推动了空气分离技术的发展。现有的空气分离技术主要是用于生产液氧、液氮等工艺气体产品，虽然最普遍的电压缩制冷空气分离技术可以得到各种工业、医药业和航空业所需要的氧气、氮气等，但由于需要创造及维持—150℃～—191℃的低温，对电能需求量巨大，设备能耗约占空分成本的70～80％。因而开发节能、高效的空气分离技术已成为空分行业发展方向。

目前，回收的天然气压力能已被用于发电、冷库、冷水空调、制冰、滑冰场、空气分离、组分分离与净化、干冰生产、橡胶深冷粉碎以及天然气轻烃分离等领域。较成熟的高压天然气管网压力能的回收主要是用于制冷和发电，但均存在效率低，设备投资大，余压无法得到有效利用的缺点。现有技术中已经公开了的利用高压天然气压力能制冷的技术方案有很多，申请号为200810026979.4的中国专利提出了一种利用高压天然气直接通过无动力制冷机降压膨胀制冷的工艺流程，可以得到—40℃～—100℃之间的低温。但由于该专利中未回收膨胀过程中的机械能，仅利用膨胀产生的冷能，导致压力能利用率较低，小于50％，且无法获得—100℃以下的低温，不适用于空气分离。申请号为201210128345.6的中国专利和申请号为200510037532.3的中国专利提出了利用高压天然气压力能膨胀制冷液化天然气的工艺流程。采用预冷及膨胀制冷可以得到—100℃的低温天然气，但未考虑大的温降易造成输气管道冻堵，为保证正常生产需增大天然气处理的投资，运营成本较高。另外，公开号为CN101245956A、CN101852529B、CN102563958B、CN2791144Y、US5137558的专利也公开了相应回收利用管网压力的技术方案。但上述技术方案中仅公开了利用回收天然气管网压力能发电或制冷，目前天然气管网压力能用于空气分离的技术的发展人处于起步阶段，公开号为CN103968640A的专利了一种利用天然气压差发电冷能的空气分离系统，涉及天然气压差发电冷能应用技术领域，该专利是将高压天然气调压发电与空气分离装置相结合，充分利用天然气调压发电过程产生的冷能，但压力能通过涡轮管回收效率较低，而空气分离仅为其附属工艺，而冷媒循环中损耗逐年增加，因而该技术存在空气分离产量低、设备投资大、仅适用于流量大压力高的天然气门站即适用范围较局限的缺点。

因此，寻找一种能回收利用天然气压力能且不对管网造成冻堵，并能节约硬件投资的适用于中小型分离站的处理系统，对于实现绿色生产有很大的意义。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，提供一种利用高压天然气管网压力能的空气分离系统。该系统结合天然气压力能回收和空气分离两种技术，将高压天然气的较高的压力能转换成空气分离的冷能，利用膨胀机及换热器作为能量转化的中间设备，不仅满足了压降的要求，而且能够将天然气管网压力能充分制冷充分利用，并解决现有空气分离技术能耗高及天然气管网压力能再利用中能量利用率低的问题。

为达此目的，本实用新型通过以下技术方案实现：