[发明专利]减压系统

说明书

一种用于减小压力和从天然气管道提取能量或用于在低温工业中使用的系统，包括：生成氢的电解槽、适于加热管道中的天然气的加热设备、以及适于从天然气的膨胀提取能量的设备，其中，所提取的能量用于为电解槽提供动力和/或用于加热天然气。该系统可用于从天然气膨胀提取能量。

技术领域

本发明涉及用于利用减压期间在天然气管道中生成的废弃能量的系统。

背景技术

通常，天然气以高达几百巴的压力排出气井。该压力被调节成适当压力以在供气网中进行运输。该压力通过压缩机的辅助来维持。因此，运输系统具有极大的势能，该势能随着压力在分配系统中逐渐降低以确保顾客接收适当的压力而损失。

大部分的国家均在其领土上使用类似的天然气运输系统，然后进行区域分配。在英国，具有减压步骤的三组宽泛组合把压力从60-80巴降到家用毫巴压力的压力。据估计，在英国供应网(UK grid)中，来自天然气膨胀的可用机械能高达1GW。这些能量主要在减压站处损失，并且逐渐引起争论的是，该能量可以且应当进行回收。

因此，所期待的是，随着天然气降压并损失势能的势能获取机械能(动能)。

现有的减压技术包括使用简单的孔口来减小压力。这可以采取通常被称为焦耳汤姆森(Joule Thomson)阀的调节阀和控制系统的形式。在天然气管网中，减压具有不同的名称。在英国，压力较高的系统被称为减压站(PRS，pressure reduction stations)或传输调节器站(TRS，transmission regulator station)。在美国，这种站被称为降压站(PLS，pressure letdown stations)。

随着天然气行进穿过焦耳汤姆森减压阀，出现与天然气的等焓绝热膨胀相关联的温度下降。如果该温度下降不受控制，则冷的加压天然气会允许水合物冷凝和凝固，而水合物冷凝和凝固会导致装备损坏或管道阻塞。如图1所示，这种冷却目前需要采用预热步骤。

通常，预热技术是相对初步的。预热技术是加热储液器中的流体的燃烧技术。天然气经过储液器中的热交换器以收集能量。所需的预热取决于初始压力、气压变化和天然气成分。例如，对于典型的英国天然气成分和30巴的输入压力，压力每减小1巴，温度就会下降约0.6℃。因而，对于5巴的下游压力，会产生15℃的温度下降。如果不对温度下降加以控制，则会使得输出温度为-5℃。与在管流中行进的化学能的量相比，加热天然气所需的能量的总量相对较小。然而，在英国内部有14000个以上的PRS的情况下，这就意味着不期望发生的严重的天然气消耗和CO₂排放。

透平膨胀机多年来一直被用于从膨胀的天然气流回收能量。透平膨胀机具有多种尺寸和效率。大部分情况使用高速透平机，而较少采用的方法是使用类似于螺杆膨胀机布置的正排量式系统。在功能上，高速透平机和正排量式系统均具有类似的效率(通常为30-85％等熵效率)以及对温度和压力具有类似作用。所有设计均可与发电机联接，从而将膨胀天然气转换成电能。然后，通常对将从发电机获取的电功率进行调节以用于使用或输出。在性质上，透平膨胀机激发等熵绝热膨胀，等熵绝热膨胀降低天然气的温度通常超过焦耳汤姆森减压阀的5倍。

没有在天然气管网中广泛实施透平膨胀机或螺杆膨胀机技术的几个原因在于：

·通过透平膨胀机生成的电能是预热需求(尽管注意到生成的电力每MWhr比消耗的天然气值更多)的约85％。

·当存在相当大的激励以减少碳排放量的时候，预热所需的、增加的天然气消耗量使得分配系统的碳排放量增加。

·为了允许以低成本输出电能，PRS需要非常靠近子电站，该子电站具有足够的生产容量以接受来自透平膨胀机发电机的电输入，从而极大地降低了可用站点的数量。

发明内容