КОМПЛЕКС ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ СЖАТОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2002 года по МПК F17D1/04 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к энергетическим установкам, утилизирующим энергию избыточного давления газа редуцирующих устройств (в частности, на газораспределительных станциях - ГРС), и может быть использовано как для традиционного способа газоснабжения потребителей сетевым газом, так и для нетрадиционного способа доставки газа потребителю в сжатом или сжиженном виде.

Известны объекты газовой промышленности для получения природного газа в сжатом или сжиженном виде, например газораспределительные станции (ГРС), автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС) и др. (см. Гайнуллин Ф. Г. и др. Природный газ как моторное топливо на транспорте. М.: Недра, с.56...58; Ж. Газовая промышленность, 6, 1999 г., с.55).

Известна "Установка для утилизации энергии сжатого природного газа" (патент РФ 2079771, М.кл.6 F 17 D 1/07), содержащая установленные последовательно по ходу газа в газотрубопроводе, соединяющем газотрубопроводы высокого и низкого давления, подогреватель с топкой, горелка которой подключена к газотрубопроводу низкого давления, и турбодетандер, связанный с потребителем. Подогрев осуществляется при сгорании подводимого к горелке топливного газа.

Недостаток установки состоит в том, что сжигание топливного газа усложняет конструкцию подогревателя газа, делает ее взрывоопасной. Кроме того, установка не отвечает экологическим требованиям.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является изобретение "Газораспределительная станция с энергетической установкой", защищенное патентом РФ 2009389, 1992 г., М.кл. F 17 D 1/04. Ближайший аналог содержит турбодетандер с электрогенератором, газотурбинный двигатель (ГТД), теплообменник-утилизатор и теплообменник-регенератор, магистральный газотрубопровод с редуцирующим устройством и газотрубопровод отбора газа. Сущность изобретения состоит в том, что ГРС снабжена теплообменником-регенератором для предварительного нагрева отобранного из магистрального трубопровода газа, установленным перед теплообменником-утилизатором. Из теплообменника-регенератора газ поступает в теплообменник-утилизатор, где он подогревается отработавшими газами ГТД, а затем поступает в турбодетандер, где газ расширяется, производя работу и приводя во вращение электрогенератор, на который подается мощность ГТД. Расширившийся и частично охлажденный газ из турбодетандера поступает в теплообменник-регенератор для предварительного подогрева, а затем сбрасывается в магистраль за редуцирующим устройством.

Однако, использование тепла отработавших газов ГТД для подогрева природного газа для обеспечения технологического процесса производства электроэнергии сопровождается значительным количеством вредных выбросов, в частности NO_х, в атмосферу.

Целью предлагаемого технического решения является повышение экономической эффективности использования энергии избыточного давления природного газа за счет расширения функциональных возможностей устройства, повышение экологичности производства, снижение эксплуатационных расходов и себестоимости вырабатываемой электроэнергии и природного газа для потребителей.

Технический результат поставленной цели достигается благодаря тому, что в состав комплекса входит АГНКС, содержащая многоступенчатый компрессор с линиями всасывания и нагнетания и приводом, запитываемым от электрогенератора пневмоэлектрогенераторного агрегата (ПЭГА), причем компрессор линией всасывания подсоединен к технологической линии отработавшего в турбодетандере ПЭГА газа низкого давления, а подогреватель по греющей среде сообщен с линиями нагнетания ступеней компрессора, а по нагреваемой среде - с входом турбодетандера. Также компрессор может быть подсоединен линией всасывания к трубопроводу газа высокого давления ГРС.

Принципиальная схема комплекса для утилизации энергии сжатого природного газа представлена на чертеже.

Предлагаемый комплекс содержит редуцирующее устройство, например газораспределительную станцию 1, содержащую магистральный газотрубопровод 2 с установленным на нем подогревателем 3 в виде кожухотрубного теплообменника, технологическую линию 4 с редуцирующим узлом 5, трубопровод 6 природного газа низкого давления, технологическую линию 7 расширения газа с входным краном 8, ПЭГА 9 с турбодетандером 10, электрогенератором 11 и технологической линией 12 отработавшего в турбодетандере газа, соединенную с линией всасывания 13 компрессора 14 АГНКС 15, приводимого от электрогенератора 11 посредством привода 16.

Комплекс работает следующим образом.

Природный газ из газопровода 2 направляется в подогреватель 3. Компрессор 14, линия всасывания которого 13 подсоединена к технологической линии 12, прокачивая часть отработавшего в ПЭГА 9 газа, нагревает его и по линиям нагнетания ступеней компрессора направляет нагретый газ в подогреватель 3. По нагреваемой среде подогреватель 3 сообщен с входом турбодетандера 10. Нагретый в подогревателе 3 газ высокого давления двумя потоками направляется к трубопроводу низкого давления 6. Первый поток газа поступает на турбодетандер 10, использующий энергию перепада давления газа между трубопроводами 2 и 6 для выработки электроэнергии в электрогенераторе 11, часть которой используется для привода компрессора 14 АГНКС 15, а остальная - для покрытия собственных нужд АГНКС 15, ГРС 1 и обеспечения электроэнергией близлежащих промышленных предприятий и населенных пунктов. Предварительный подогрев газа высокого давления, поступающего в турбодетандер 10, обеспечивает нормальное течение технологического процесса без обмерзания выпускного трубопровода. Второй поток газа высокого давления по технологической линии 4 через редуцирующий узел 5 поступает в трубопровод низкого давления 6 и далее к потребителям сетевого газа. Сжатый в компрессоре 14 АГНКС 15 газ и охлажденный в подогревателе 3 направляется на заправку автомобилей и потребителям сжатого газа.

Предлагаемое устройство обеспечивает выработку дешевой электроэнергии и сжатого газа за счет утилизации перепада давлений природного газа в ПЭГА и тепла сжатого в компрессоре газа в подогревателе. Таким образом, предлагаемый комплекс обеспечивает технологический процесс на основе двойной утилизации - перепада давлений газа и тепла сжатого в компрессоре газа.

Кроме того, улучшаются условия эксплуатации АГНКС, так как на известных станциях межступенчатое охлаждение газа в компрессоре происходит в аппаратах воздушного охлаждения, оснащенных вентиляторами подачи охлаждающего воздуха, работа которых сопровождается повышенным шумом и требует дополнительных затрат энергии.

Предлагаемое устройство отвечает также требованиям экологии окружающей среды, так как в технологическом процессе отсутствуют вредные выбросы в атмосферу.

В настоящее время большое внимание уделяется использованию природного газа в качестве моторного топлива на транспорте. Поэтому получение дешевого товарного газа для использования его в качестве моторного топлива в основном в автомобильных двигателях внутреннего сгорания способствует улучшению экологической обстановки за счет сокращения вредных выбросов в атмосферу.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к энергетическим установкам, утилизирующим энергию сжатого природного газа редуцирующих устройств, например ГРС, и может быть использовано как для традиционного способа газоснабжения потребителей товарным газом, так и для нетрадиционного способа газоснабжения - доставки газа потребителю в сжатом или сжиженном виде. Изобретение обеспечивает двойную утилизацию энергии природного газа - перепада давлений и тепловой энергии сжатого в компрессоре газа, обеспечивает снижение себестоимости производимых электроэнергии и сжатого природного газа. Комплекс снабжен автомобильной газонаполнительной компрессорной станцией, компрессор которой линией всасывания подсоединен к трубопроводу отработавшего в турбодетандере газа, а линией нагнетания ступеней компрессора - к подогревателю, сообщенному по нагреваемой среде с турбодетандером, при этом привод компрессора запитывается от электрогенератора пневмоэлектрогенераторного агрегата. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комплекс для утилизации энергии сжатого природного газа, содержащий редуцирующее устройство, например газораспределительную станцию (ГРС) с трубопроводами газа высокого и низкого давления, сообщенными между собой технологической линией с редуцирующим узлом, и размещенным перед ней подогревателем, выполненным, например, в виде кожухотрубного теплообменника; размещенный за подогревателем по ходу газа высокого давления пневмоэлектрогенераторный агрегат (ПЭГА) с турбодетандером, электрогенератором и технологической линией отработавшего в турбогенераторе газа низкого давления потребителей природного газа и электроэнергии, отличающийся тем, что он снабжен автомобильной газонаполнительной компрессорной станцией, содержащей многоступенчатый компрессор с электроприводом, запитываемым от электрогенератора ПЭГА, с линиями всасывания и нагнетания, причем компрессор линией всасывания подсоединен к технологической линии отработавшего в турбодетандере газа низкого давления, а подогреватель по греющей среде сообщен с линиями нагнетания ступеней компрессора, а по нагреваемой среде - с входом турбодетандера. 2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что компрессор линией всасывания подсоединен к трубопроводу газа высокого давления.