压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统的制作方法

本发明属于储能，具体是指一种压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统。

背景技术：

1、天然气能源是一种广泛使用的清洁能源，在天然气的生产制备中，产出的是具有较高压力同时含有部分氢气等气体的高压混合天然气，高压混合天然气需要进行降压和提纯后才能向下游的用户输送。

2、由于高压混合天然气属于高压气体，储存有大量的压力能，在对其进行降压时为了进行能量回收再利用，常常使用压差发电机组来将高压气体的压力能转换为电能，但是在天然气降压的过程中混合天然气的温度会急剧下降，低温气体会影响输送管道和提纯设备的使用寿命，同时也会影响后续提纯效率，为了应对这一问题，需要额外的加热设备对降压后的天然气进行补热，从而导致出现大量的能量损耗。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，以至少部分解决上述技术问题。

2、本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，包括压差发电装置、电力调配装置、氢气分离装置和末端天然气压缩机，所述压差发电装置与电力调配装置电连接，所述压差发电装置与氢气分离装置连通，所述末端天然气压缩机与氢气分离装置连通，所述压差发电装置用于对高压混合天然气进行降压同时产生电能，所述电力调配装置用于储存和调配所述压差发电装置产生的电能，所述氢气分离装置用于提取降压后的低压混合天然气中的氢气，所述末端天然气压缩机用于压缩低压天然气；

3、所述氢气分离装置包括氢气分离器、氢气补热容器和氢气压缩机，所述氢气分离器用于提取低压混合天然气中的氢气，所述氢气补热容器用于对所述压差发电装置中的混合天然气进行补热，所述氢气压缩机用于压缩所述氢气分离器提取的氢气，所述电力调配装置与所述氢气压缩机和末端天然气压缩机电连接。

4、进一步的，所述压差发电装置包括一级透平膨胀机、次级透平膨胀机、发电机组和连接管道，所述发电机组设于一级透平膨胀机和次级透平膨胀机上，所述连接管道将一级透平膨胀机和次级透平膨胀机串联到所述氢气分离器上，所述一级透平膨胀机上设有一级膨胀机进口和一级膨胀机出口，所述次级透平膨胀机上设有次级膨胀机进口和次级膨胀机出口，所述一级膨胀机进口用于输入高压混合天然气，所述一级膨胀机出口通过连接管道连通到次级膨胀机进口上，所述次级膨胀机出口通过连接管道连通到所述氢气分离器上。

5、进一步的，所述氢气分离器上设有氢气出口，所述氢气出口与所述氢气压缩机连通，所述氢气补热容器设于连接管道上，所述氢气补热容器用于对所述连接管道中的混合天然气进行补热，所述氢气补热容器与所述氢气压缩机连通，所述氢气压缩机对氢气出口中输送的氢气进行压缩处理后输入氢气补热容器中。

6、进一步的，所述连接管道上设有螺旋换热管，所述螺旋换热管位于一级膨胀机出口与次级膨胀机进口之间，所述氢气补热容器设于所述螺旋换热管的位置上。

7、进一步的，所述氢气分离器上设有分离器进口和分离器出口，所述分离器出口与末端天然气压缩机连通，所述次级膨胀机出口通过连接管道连通到分离器进口中，所述连接管道上设有螺旋换热管，所述螺旋换热管位于分离器进口和次级膨胀机出口之间，所述氢气补热容器设于所述螺旋换热管的位置上。

8、进一步的，所述氢气补热容器上设有补热进口和补热出口，所述补热进口位于所述氢气补热容器的底端，所述补热出口位于所述氢气补热容器的顶端，所述补热进口与所述氢气压缩机连通。

9、进一步的，所述补热出口上设有氢气输出管道，所述末端天然气压缩机上设有天然气输出管道，所述氢气输出管道上设有混合管道，所述混合管道两端分别连通氢气输出管道和天然气输出管道。

10、进一步的，所述氢气压缩机和所述末端天然气压缩机采用活塞式或螺杆式的压缩机，所述氢气压缩机和所述末端天然气压缩机采用选用液压驱动或电机驱动方式。

11、进一步的，所述电力调配装置包括蓄电池和微控制器，所述蓄电池与所述发电机组电连接，所述微控制器控制所述氢气压缩机和末端天然气压缩机的工作。

12、进一步的，所述氢气分离器采用膜分离或吸附分离技术实现氢气的分离。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

14、1.本发明通过设置压差发电装置在对高压混合天然气进行降压时发电，天然气的压力能被转化为电能并储存在电力调配装置中，实现能量回收，氢气压缩机将分离出的氢气进行压缩以便于后续的利用和储存，只需利用压差发电装置产生电能，无需额外的能源输入，提高能量回收利用率，降低运营成本，更加节能环保。

15、2.本发明将氢气压缩机输出的高压高温氢气导入到氢气补热容器中，利用高压高温氢气中的热量对混合天然气进行补热，避免混合天然气降压过程中温度降低，进而使混合天然气的膨胀降压过程趋向于等温膨胀，属于无效热量的利用，进一步实现氢气压缩机的能量回收，提高系统的能量利用率，补热过程无需外置能源输入，更加节能环保。

技术特征：

1.一种压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：包括压差发电装置（100）、电力调配装置（200）、氢气分离装置（300）和末端天然气压缩机（400），所述压差发电装置（100）与电力调配装置（200）电连接，所述压差发电装置（100）与氢气分离装置（300）连通，所述末端天然气压缩机（400）与氢气分离装置（300）连通，所述压差发电装置（100）用于对高压混合天然气进行降压同时产生电能，所述电力调配装置（200）用于储存和调配所述压差发电装置（100）产生的电能，所述氢气分离装置（300）用于提取降压后的低压混合天然气中的氢气，所述末端天然气压缩机（400）用于压缩低压天然气；

2.根据权利要求1所述的压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：所述压差发电装置（100）包括一级透平膨胀机（101）、次级透平膨胀机（102）、发电机组（103）和连接管道（104），所述发电机组（103）设于一级透平膨胀机（101）和次级透平膨胀机（102）上，所述连接管道（104）将一级透平膨胀机（101）和次级透平膨胀机（102）串联到所述氢气分离器（301）上，所述一级透平膨胀机（101）上设有一级膨胀机进口（105）和一级膨胀机出口（106），所述次级透平膨胀机（102）上设有次级膨胀机进口（107）和次级膨胀机出口（108），所述一级膨胀机进口（105）用于输入高压混合天然气，所述一级膨胀机出口（106）通过连接管道（104）连通到次级膨胀机进口（107）上，所述次级膨胀机出口（108）通过连接管道（104）连通到所述氢气分离器（301）上。

3.根据权利要求2所述的压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：所述氢气分离器（301）上设有氢气出口（306），所述氢气出口（306）与所述氢气压缩机（303）连通，所述氢气补热容器（302）设于连接管道（104）上，所述氢气补热容器（302）用于对所述连接管道（104）中的混合天然气进行补热，所述氢气补热容器（302）与所述氢气压缩机（303）连通，所述氢气压缩机（303）对氢气出口（306）中输送的氢气进行压缩处理后输入氢气补热容器（302）中。

4.根据权利要求3所述的压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：所述连接管道（104）上设有螺旋换热管（109），所述螺旋换热管（109）位于一级膨胀机出口（106）与次级膨胀机进口（107）之间，所述氢气补热容器（302）设于所述螺旋换热管（109）的位置上。

5.根据权利要求3所述的压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：所述氢气分离器（301）上设有分离器进口（304）和分离器出口（305），所述分离器出口（305）与末端天然气压缩机（400）连通，所述次级膨胀机出口（108）通过连接管道（104）连通到分离器进口（304）中，所述连接管道（104）上设有螺旋换热管（109），所述螺旋换热管（109）位于分离器进口（304）和次级膨胀机出口（108）之间，所述氢气补热容器（302）设于所述螺旋换热管（109）的位置上。

6.根据权利要求1所述的压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：所述氢气补热容器（302）上设有补热进口（309）和补热出口（310），所述补热进口（309）位于所述氢气补热容器（302）的底端，所述补热出口（310）位于所述氢气补热容器（302）的顶端，所述补热进口（309）与所述氢气压缩机（303）连通。

7.根据权利要求6所述的压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：所述补热出口（310）上设有氢气输出管道（307），所述末端天然气压缩机（400）上设有天然气输出管道（401），所述氢气输出管道（307）上设有混合管道（308），所述混合管道（308）两端分别连通氢气输出管道（307）和天然气输出管道（401）。

8.根据权利要求1所述的压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：所述氢气压缩机（303）和所述末端天然气压缩机（400）采用活塞式或螺杆式的压缩机，所述氢气压缩机（303）和所述末端天然气压缩机（400）采用选用液压驱动或电机驱动方式。

9.根据权利要求1所述的压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：所述电力调配装置（200）包括蓄电池（201）和微控制器（202），所述蓄电池（201）与发电机组（103）电连接，所述微控制器（202）控制所述氢气压缩机（303）和末端天然气压缩机（400）的工作。

10.根据权利要求2所述的压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，其特征在于：所述氢气分离器（301）采用膜分离或吸附分离技术实现氢气的分离。

技术总结一种压差发电驱动氢气分离与天然气压缩联合储能系统，包括压差发电装置（100）、电力调配装置（200）、氢气分离装置（300）和末端天然气压缩机（400），压差发电装置（100）用于对高压混合天然气进行降压同时产生电能，电力调配装置（200）用于储存和调配所述压差发电装置（100）产生的电能，氢气分离装置（300）用于提取降压后的低压混合天然气中的氢气，末端天然气压缩机（400）用于压缩低压天然气，只需利用压差发电装置产生电能，无需额外的能源输入，提高能量回收利用率和储能效率，降低运营成本，更加节能环保。技术研发人员：赵岚,侯江宁,赵锦,蒋文禹受保护的技术使用者：北京核兴装备科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27