一种氢气天然气分离系统、方法及气体压力传递装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及燃气运输及压力能回收领域，公开了一种氢气天然气分离系统、方法及气体压力传递装置，气体压力传递装置包括壳体、第一腔体、第二腔体、转子和设置在转子内的活塞组件，氢气天然气分离系统包括气体压力传递装置、膜分离装盒和增压泵。本发明专利技术具有以下优点和效果：本申请提供的气体压力传递装置是通过“压力能

【技术实现步骤摘要】
一种氢气天然气分离系统、方法及气体压力传递装置


[0001]本申请涉及燃气运输及压力能回收
，具体涉及一种氢气天然气分离系统、方法及气体压力传递装置。

技术介绍

[0002]目前，现今天然气已经成为居民生活必需资源，并且城市中的天然气管网的覆盖面积也在进一步扩大。我国天然气产业是由三大石油石化央企为支撑，布局建成了国家干线天然气管道网络，多元市场主体为补充主导配置城市周边支配气管网及多种经营形式。天然气管网运输体系已比较完善。
[0003]近年来燃料电池技术的成熟和成本的快速下降，燃料电池交通发展迅速。然而与之相对应的氢气储运成本居高不下。氢气的储运方式包括氢气专用管道、压缩氢气(CH2)、液化氢气(LH2)、液体有机物氢载体(LOHC)、金属合金储氢等方式。其中氢气管道运输有输送量大，供应可靠性高等特点，但管道投资过高。氢气运输问题已成为制约燃料电池及燃料电池汽车发展的关键问题。
[0004]利用已有成熟的天然气管道设施，在不必对设备设施进行专门处理和改造的前提下注入氢气，在天然气氢气混合运输的情况下可以实现大规模输送氢气，大幅降低氢气输送成本。但是在许多情况下，需要较为纯净的天然气或氢气作为工业原料，因此需要对天然气氢气混合气进行分离。
[0005]同时，天然气和氢气混合气都是高压运输，而天然气、氢气混合气的常规分离方式均是要在相对低压的条件下进行分离，常规的分离会损失混合气余压；而且天然气二次输送还需要增压，能量消耗较大；目前已开发的余能利用技术，包括压力能储气调峰、压力能发电、天然气液化、制冷等，这些余压利用都是将压力能转化为了其他形式的能量，能量转化损失较大。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种氢气天然气分离系统、方法及气体压力传递装置，避免损失混合气余压，利用余压对天然气进行加压，减少增压能耗。
[0007]为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：
[0008]一种气体压力传递装置，用于将高压气体的压力能传递到低压气体中，包括：
[0009]壳体，其两端具有相对设置的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和第二腔体内分别水平设置有隔板，所述隔板将第一腔体和第二腔体分为进口和出口，并且第一腔体的进口和第二腔体的出口相对设置；
[0010]转子，其转动设置在壳体内部，并且转子将第一腔体和第二腔体隔离；
[0011]活塞组件，其存在若干组，多组时周向均匀设置于转子内部，并且由第一腔体向第二腔体方向聚拢倾斜设置；
[0012]所述隔板的厚度大于所述活塞组件的直径；
[0013]转子转动过程中，每个活塞组件经过隔板后，所述活塞组件内的活塞从活塞组件的从较高一端向较低一端移动。
[0014]优选的，所述转子为锥台形，所述转子的母线和活塞组件轴线平行。
[0015]优选的，所述活塞组件包括：
[0016]活塞腔，其存在若干组，周向均匀设置于转子内部，并且由第一腔体向第二腔体方向聚拢倾斜设置；
[0017]传压活塞，其包括第一端头、第二端头和活塞杆，所述第一端头和第二端头通过活塞杆相连，所述第一端头和第二端头和活塞腔密封滑动设置。
[0018]优选的，所述第一端头的直径小于第二端头，所述活塞腔内壁呈阶梯型设置，所述第一端头和第二端头分别和其中一阶内壁滑动密封设置；
[0019]所述第一端头朝向高压气体进气方向。
[0020]优选的，所述转子的轴线位置设置有转子轴，所述转子轴转动设置于隔板内部并沿轴向伸出隔板。
[0021]还提供一种基于前述气体压力传递装置的氢气天然气分离系统，从高压混合气管道输入高压的天然气、氢气混合气，向氢气管道输出氢气，向天然气管道输出高压天然气，系统包括：
[0022]气体压力传递装置，其第一腔体的入口连接于高压混合气管道；
[0023]膜分离装置，其设置有膜分离入口，渗透气出口和非渗透气出口，所述膜分离入口和气体压力传递装置的第一腔体出口相连通，所述非渗透气出口连接气体压力传递装置的第二腔体的入口，所述渗透气出口连接氢气管道；
[0024]增压泵，其入口和气体压力传递装置的第二腔体出口相连通，其出口连接天然气管道。
[0025]优选的，还包括第一换热器、第二换热器、循环水泵和循环管道，所述循环管道将第一换热器、第二换热器和循环水泵循环连接；
[0026]所述第一换热器设在第一腔体的出口和膜分离入口之间；
[0027]所述第二换热器设在第二腔体出口和增压泵之间。
[0028]还提供一种基于前述氢气天然气分离系统的分离方法，包括以下步骤：
[0029]S1、启动气体压力传递装置，使其转子转动到设定速度；
[0030]S2、从高压混合气管道向第一腔体的入口输入高压的天然气、氢气的混合气，所述混合气挤压活塞组件，活塞组件的活塞向第二腔体一端移动，使第二腔体出口内的气体受压；
[0031]S3、转子带动活塞组件继续转动，当活塞组件经过隔板所在平面时，活塞组件内的活塞向第一腔体出口方向移动，活塞组件向第一腔体的出口排出活塞组件内的降低压力的天然气、氢气混合气，并吸入第二腔体入口处的气体；
[0032]S4、从第一腔体排出的降压过后的混合气进入膜分离装置内，氢气从渗透气出口输出至氢气管道，天然气从非渗透气出口输出至第二腔体入口；
[0033]S5、天然气被气体压力传递装置增压后，从第二腔体出口输送至增压泵，进行二次增压后输出到天然气管道。
[0034]优选的，所述步骤S3和S4之间，增加如下步骤：
[0035]S3.1、在降低压力的天然气、氢气混合气排出气体压力传递装置后，先进入第一换热器加热。
[0036]优选的，所述步骤S4和S5之间，增加如下步骤：
[0037]S4.1、在增加压力的天然气排出气体压力传递装置后，先进入第二换热器冷却。
[0038]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0039]1.本申请提供的气体压力传递装置是通过“压力能
‑
压力能”直接传递，中间没有经过其他形式的能量转换，仅有极小部分活塞摩擦能量损失及密封泄露损失，混合气余压利用效率高，正常工作状态下能量传递效率可达95％以上。
[0040]2.本申请提供的气体压力传递装置是通过离心力和气压两者共同实现整个压力传递循环，无需现有技术中复杂的泵组件，降低了装置复杂度，提高了装置的有效性，降低了装置的成本。
[0041]2.本申请是采用混合气余压对分离后的天然气进行加压，一方面避免了余压的浪费，另一方面也节省了天然气加压步骤，共同降低了系统的整体能耗。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体压力传递装置，用于将高压气体的压力能传递到低压气体中，其特征在于，包括：壳体(1)，其两端具有相对设置的第一腔体(11)和第二腔体(12)，所述第一腔体(11)和第二腔体(12)内分别水平设置有隔板(13)，所述隔板(13)将第一腔体(11)和第二腔体(12)分为进口和出口，并且第一腔体(11)的进口和第二腔体(12)的出口相对设置；转子(2)，其转动设置在壳体(1)内部，并且转子(2)将第一腔体(11)和第二腔体(12)隔离；活塞组件(3)，其存在若干组，多组时周向均匀设置于转子(2)内部，并且由第一腔体(11)向第二腔体(12)方向聚拢倾斜设置；所述隔板(13)的厚度大于所述活塞组件(3)的直径；转子(2)转动过程中，每个活塞组件(3)经过隔板(13)后，所述活塞组件(3)内的活塞从活塞组件(3)的从较高一端向较低一端移动。2.根据权利要求1所述的气体压力传递装置，其特征在于：所述转子(2)为锥台形，所述转子(2)的母线和活塞组件(3)轴线平行。3.根据权利要求1所述的气体压力传递装置，其特征在于：所述活塞组件(3)包括：活塞腔(31)，其存在若干组，周向均匀设置于转子(2)内部，并且由第一腔体(11)向第二腔体(12)方向聚拢倾斜设置；传压活塞(32)，其包括第一端头(321)、第二端头(322)和活塞杆(323)，所述第一端头(321)和第二端头(322)通过活塞杆(323)相连，所述第一端头(321)和第二端头(322)和活塞腔(31)密封滑动设置。4.根据权利要求3所述的气体压力传递装置，其特征在于：所述第一端头(321)的直径小于第二端头(322)，所述活塞腔(31)内壁呈阶梯型设置，所述第一端头(321)和第二端头(322)分别和其中一阶内壁滑动密封设置；所述第一端头(321)朝向高压气体进气方向。5.根据权利要求1所述的气体压力传递装置，其特征在于：所述转子(2)的轴线位置设置有转子轴(21)，所述转子轴(21)转动设置于隔板(13)内部并沿轴向伸出隔板(13)。6.一种基于权利要求1
‑
5任一所述气体压力传递装置的氢气天然气分离系统，从高压混合气管道(71)输入高压的天然气、氢气混合气，向氢气管道(72)输出氢气，向天然气管道(73)输出高压天然气，其特征在于，系统包括：气体压力传递装置(4)，其第一腔体(11)的入口连接于高压混合气管道(71)；膜分离装置(5)，其设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，曾远航，章先涛，余华杰，刘翔，
申请(专利权)人：深圳润德工程有限公司，
类型：发明
国别省市：