CN112922806A - 一种氢气天然气分离***、方法及气体压力传递装置 - Google Patents
一种氢气天然气分离***、方法及气体压力传递装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112922806A CN112922806A CN202110069717.1A CN202110069717A CN112922806A CN 112922806 A CN112922806 A CN 112922806A CN 202110069717 A CN202110069717 A CN 202110069717A CN 112922806 A CN112922806 A CN 112922806A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- cavity
- pressure
- natural gas
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 148
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 129
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 75
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 56
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 28
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 23
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 20
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 20
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009365 direct transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F04B27/0804—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
- F04B27/0808—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block having two or more sets of cylinders or pistons
- F04B27/0813—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block having two or more sets of cylinders or pistons inclined to main shaft axis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
- F04B35/008—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being a fluid transmission link
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D1/00—Pipe-line systems
- F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
- F17D1/065—Arrangements for producing propulsion of gases or vapours
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
- B01D2053/221—Devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/16—Hydrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/24—Hydrocarbons
- B01D2256/245—Methane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/34—Hydrogen distribution
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明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***、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***包括气体压力传递装置、膜分离装盒和增压泵。本发明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‑压力能”直接传递，并通过离心力和气压两者共同实现整个压力传递循环，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；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***的整体能耗。
Description
技术领域
本申请涉及燃气运输及压力能回收技术领域，具体涉及一种氢气天然气分离***、方法及气体压力传递装置。
背景技术
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。
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。
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。
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。
发明内容
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***、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。
为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：
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：
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；
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；
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；
所述隔板的厚度大于所述活塞组件的直径；
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。
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。
优选的，所述活塞组件包括：
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；
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。
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；
所述第一端头朝向高压气体进气方向。
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。
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***，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，***包括：
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；
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；
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。
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；
所述第一换热器设在第一腔体的出口和膜分离入口之间；
所述第二换热器设在第二腔体出口和增压泵之间。
还提供一种基于前述氢气天然气分离***的分离方法，包括以下步骤：
S1、启动气体压力传递装置，使其转子转动到设定速度；
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；
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；
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；
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。
优选的，所述步骤S3和S4之间，增加如下步骤：
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。
优选的，所述步骤S4和S5之间，增加如下步骤：
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。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
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。
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。
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***的整体能耗。
附图说明
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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请中氢气天然气分离***的一个实施例。
图2为图1所示实施例中气体压力传递装置结构示意图。
图3为图2的正视图。
图4为图3沿A-A面的剖视图。
图5为图4中传压活塞的结构示意图。
附图标记：
1、壳体；11、第一腔体；12、第二腔体；13、隔板；2、转子；21、转子轴；3、活塞组件；31、活塞腔；32、传压活塞；321、第一端头；322、第二端头；323、活塞杆；4、气体压力传递装置；5、膜分离装置；51、膜分离入口；52、渗透气出口；53、非渗透气出口；6、增压泵；71、高压混合气管道；72、氢气管道；73、天然气管道；81、第一换热器；82、第二换热器；83、循环水泵；84、循环管道。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实施例中，如图2、4所示，所述气体压力传递装置4包括壳体1、转子2、活塞组件3和隔板13，所述壳体1两端分别设置有第一腔体11和第二腔体12，在本实施例中，将第一腔体11用作施压气体的流通，第二腔体12用作受压气体的流通。所述第一腔体11和第二腔体12内分别设置有水平状的隔板13，隔板13将第一腔体11和第二腔体12均分为进口和出口，第一腔体11的的进口和第二腔体12的出口相对设置。
所述转子2设在壳体1内，并将两端第一腔体11和第二腔体12相对密封，使得气体无法从第一腔体11泄露到第二腔体12内。活塞组件3设在转子2内，因为本实施例中以第一腔体11为施压气体的处理方向，所以活塞组件3由第一腔体11向第二腔体12方向聚拢倾斜设置，同时也限定了第一腔体11的进口要在隔板13上方，施压气体从第一腔体11进口进入。在一些其他实施例中，也有从第二腔体12的进口进入的，只是此时活塞组件3的自重相对较大，并且第二腔体12的进口在隔板13下侧。
所述隔板13的厚度大于所述活塞组件3的直径，避免在转子2转动过程中进口和出口被活塞组件3连通导致装置失效。在转子2的转动过程中，所述活塞组件3每转过隔板13，活塞组件3内的活塞行程由此时活塞组件3较高位置向较低位置移动。
具体的，如图4所示，在活塞组件3转到隔板13上方时，活塞组件3靠近第一腔体11一侧较高，所以此时活塞组件3的活塞在重力和第一腔体11内施压气体压力的作用下，从第一腔体11一侧移动到第二腔体12一侧。而活塞组件3转到位于隔板13下方时，活塞组件3靠近第二腔体12的一侧较高，所以此时活塞组件3的活塞在重力和离心力的作用下，从第二腔体12一侧移动到第一腔体11一侧，完成一个循环。
作为本实施例的优化，所述转子2为锥台型，如图4所示，转子2和活塞组件3整体的形状相同，使得转子2整体受力更为平衡，转子2转动所需能量。
作为本实施例的优化，所述活塞组件3包括活塞腔31和传压活塞32，所述活塞腔31在转子2内聚拢倾斜设置，所述传动活塞滑动设置在活塞腔31内，所述传动活塞有两个端头，端头之间采用活塞杆323连接，以减少传动活塞重量，减少压力能耗。
进一步的，所述第一端头321的直径小于第二端头322，所述活塞腔31内壁呈阶梯状设置，第一端头321嵌设在内径较小的活塞腔31内，第二端头322嵌设在内径较大的活塞腔31内，这么设置的原因一方面是减小施压气体一侧受力面积增大施压气体施加的压力，使得压力平衡时施压气体压力更低，增大压力能传递量，另一方面，因为受压气体通常处于低压状态，气体为可压缩流体，此时气体密度极低，而单次受压体积是有限的，使得受压气体的质量流量小于分离出来的天然气质量流量，无法连续生产，因此要减小施压气体一侧的体积以达到流量平衡，可以连续生产，满足流量平衡则要求满足以下公式：
ρ1SA＝ρ2SB
其中，ρ1为施压气体入口密度，SA为第一端头面积，ρ2为受压气体出口密度，SB为第二端头面积。
作为本实施例的优化，所述转子2的轴线处设置有转子轴21，所述转子轴21转动设置于隔板13内并伸出隔板13，可以在外部控制转子2的转速，也使得转子轴21不影响隔板13的密封效果。
一种基于前述气体压力传递装置4的氢气天然气分离***的实施例，用于从高压混合气管道71输入高压的天然气氢气混合气，然后向氢气管道72输出氢气，向天然气管道73输出高压天然气，***包括前述的气体压力传递装置4、膜分离装置5和增压泵6，所述气体压力传递装置4中第一腔体11的入口连接于高压混合气管道71，第一腔体11的出口连接于所述膜分离装置5的膜分离入口51，混合气在膜分离***中分离，渗透气为氢气，从渗透气出口52排出至氢气管道72，非渗透气为天然气，从非渗透气出口5352排出至气体压力传递装置4的第二腔体12入口，在气体压力传递装置4内一次增压后从第二腔体12出口进入增压泵6，增压泵6二次增压后进入天然气管道73。
作为本实施例的优化，在氢气天然气分离***中还设置有第一换热器81、第二换热器82、循环水泵83和循环管道84，循环管道84将第一换热器81、第二换热器82、循环水泵83循环连接，冷却水在这三者之间循环流动。而第二换热器82设在在第二腔体12出口和增压泵6之间，将气体增压后产生的热量通过冷却水吸收，而第一换热器81设在第一腔体11出口和膜分离入口51之间，将通过第二换热器82吸热后的热水加热释放压力后的自身冷却的混合气，其作用是遏制施压气体膨胀后过冷导致其内含的少量杂质液化对膜产生危害，同时也降低进入官网的气体温度，降低管网负荷。
还提供一种基于前述氢气天然气分离***的分离方法的实施例，是回收1t/h的氢气及甲烷混合气，膜分离氢气的效率为90％，包括以下步骤：
S1启动气体压力传递装置4，使其转子2转动到设定速度；
S2从高压混合气管道71向第一腔体11的入口输入高压的天然气、氢气的混合气，压力为10.0Mpa，所述混合气挤压活塞组件3，活塞组件3的活塞向第二腔体12一端移动，使第二腔体12出口内的气体受压，增压到9.5Mpa；
S3转子2带动活塞组件3继续转动，当活塞组件3经过隔板13所在平面时，活塞组件3内的活塞在重力和离心力的作用下向第一腔体11出口方向移动，活塞组件3向第一腔体11的出口排出活塞组件3内的降低压力的天然气、氢气混合气，混合气的压力下降到5.0Mpa，并吸入第二腔体12入口处的气体，其压力为4.9Mpa；
S4从第一腔体11排出的降压过后的混合气进入膜分离装置5内，氢气以压力2.0Mpa、温度-7.7℃、质量流量为268.95kg/h的状态从渗透气出口52输出至氢气管道72，天然气以压力4.9Mpa、温度-7.7℃、质量流量为731.05kg/h的状态从非渗透气出口5352输出至第二腔体12入口；
S5天然气被气体压力传递装置4增压后，以压力9.5Mpa、温度46.12℃、质量流量为731.05kg/h的状态从第二腔体12出口输送至增压泵6，进行二次增压后，压力升到10Mpa输出到天然气管道73；
步骤S1中，转速由以下两个公式确定：
F1＝Gr-Fr-f+(Pg1SA-Pg2SB)
F2＝Gr+Fr-f-(Pd1SA-Pd2SB)
其中需要F1>0、F2>0即可，式中各参数具体如下：
F1：活塞组件位于最高位置时所受合力；
F2：活塞组件位于最低位置时所受合力；
Gr：重力沿活塞组件轴线方向向下的分力；
Fr：离心力沿活塞组件轴线方向的分力；
f：活塞运动时的摩擦阻力；
Pg1：施压气体入口压力；
Pg2：受压气体出口压力；
Pd1：施压气体出口压力；
Pd2：施压气体出口压力；
SA：第一端头面积；
SB：第二端头面积；
其中Gr、f、SA和SB为已知值，Pg1、Pg2、Pd1和Pd2为预设值，所以仅需选择一个合适的离心力沿活塞组件轴线方向的分力Fr，再换算成离心力，最终换算成转速即可；应当注意的是，本计算方法所依赖的是前述实施例的气体压力传递装置，也即施压气体从第一腔体上部的进口进入，受压气体从第二腔体的下部进口进入，在其他实施例中可以依样推算出相应的公式。
在一些实施例中，所述步骤S3和S4之间，增加如下步骤：
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4后，先进入第一换热器81加热，混合气加热前的温度为-17.6℃，加热后的温度为-7.3℃，有效遏制住了混合气中存在的微量杂质气体冷凝。
在前述实施例之上更进一步的，S4.1在增加压力的天然气排出气体压力传递装置4后，先进入第二换热器82冷却，天然气冷却前温度为46.12℃、冷却后的温度为26.12℃，其一方面降低了天然气温度，减小了天然气管网负荷，另一方面为第一换热器81提供热源，降低***整体能耗。
在上述实施例中，气体状态参数见表1所示：
表一 气体状态参数
本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。
Claims (10)
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***，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，***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)，其设置有膜分离入口(51)，渗透气出口(52)和非渗透气出口(53)，所述膜分离入口(51)和气体压力传递装置(4)的第一腔体(11)出口相连通，所述非渗透气出口(53)连接气体压力传递装置(4)的第二腔体(12)的入口，所述渗透气出口(52)连接氢气管道(72)；
增压泵(6)，其入口和气体压力传递装置(4)的第二腔体(12)出口相连通，其出口连接天然气管道(73)。
7.一种如同权利要求6所述的氢气天然气分离***，其特征在于：还包括第一换热器(81)、第二换热器(82)、循环水泵(83)和循环管道(84)，所述循环管道(84)将第一换热器(81)、第二换热器(82)和循环水泵(83)循环连接；
所述第一换热器(81)设在第一腔体(11)的出口和膜分离入口(51)之间；
所述第二换热器(82)设在第二腔体(12)出口和增压泵(6)之间。
8.一种基于权利要求6所述氢气天然气分离***的分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、启动气体压力传递装置(4)，使其转子(2)转动到设定速度；
S2、从高压混合气管道(71)向第一腔体(11)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(3)，活塞组件(3)的活塞向第二腔体(12)一端移动，使第二腔体(12)出口内的气体受压；
S3、转子(2)带动活塞组件(3)继续转动，当活塞组件(3)经过隔板(13)所在平面时，活塞组件(3)内的活塞向第一腔体(11)出口方向移动，活塞组件(3)向第一腔体(11)的出口排出活塞组件(3)内的降低压力的天然气、氢气混合气，并吸入第二腔体(12)入口处的气体；
S4、从第一腔体(11)排出的降压过后的混合气进入膜分离装置(5)内，氢气从渗透气出口(52)输出至氢气管道(72)，天然气从非渗透气出口(53)输出至第二腔体(12)入口；
S5、天然气被气体压力传递装置(4)增压后，从第二腔体(12)出口输送至增压泵(6)，进行二次增压后输出到天然气管道(73)。
9.一种如同权利要求8所述的氢气、天然气分离方法，其特征在于：所述步骤S3和S4之间，增加如下步骤：
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(4)后，先进入第一换热器(81)加热。
10.一种如同权利要求9所述的氢气、天然气分离方法，其特征在于：所述步骤S4和S5之间，增加如下步骤：
S4.1、在增加压力的天然气排出气体压力传递装置(4)后，先进入第二换热器(82)冷却。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110069717.1A CN112922806B (zh) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | 一种氢气天然气分离***、方法及气体压力传递装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110069717.1A CN112922806B (zh) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | 一种氢气天然气分离***、方法及气体压力传递装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112922806A true CN112922806A (zh) | 2021-06-08 |
| CN112922806B CN112922806B (zh) | 2022-09-13 |
Family
ID=76163506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110069717.1A Active CN112922806B (zh) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | 一种氢气天然气分离***、方法及气体压力传递装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112922806B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114561235A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-05-31 | 广东省氢一能源科技有限公司 | 一种基于压力能回收的氢气天然气混输与分离装置及方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5304043A (en) * | 1992-09-29 | 1994-04-19 | Avmed Compressor Corporation | Multiple axis rotary compressor |
| TW422730B (en) * | 1996-12-09 | 2001-02-21 | Minnesota Mining & Mfg | Diffusional gas transfer system and method of using same |
| CN1429995A (zh) * | 2003-01-24 | 2003-07-16 | 刘润海 | 流体压力交换技术和流体压力交换装置 |
| CN1485546A (zh) * | 2003-08-19 | 2004-03-31 | 让 焦 | 液压增力电动缸 |
| KR20120027793A (ko) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | 한라공조주식회사 | 압축기 |
| CN102553443A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-11 | 浙江大学 | 一种错位通道自转液力活塞增压器 |
| CN105298780A (zh) * | 2014-07-24 | 2016-02-03 | 赵武敏 | 多活塞转轮流体泵装置 |
| CN110259662A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-09-20 | 西安交通大学 | 基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***及方法 |
| CN210660475U (zh) * | 2019-07-12 | 2020-06-02 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种风能增压装置 |
-
2021
- 2021-01-19 CN CN202110069717.1A patent/CN112922806B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5304043A (en) * | 1992-09-29 | 1994-04-19 | Avmed Compressor Corporation | Multiple axis rotary compressor |
| TW422730B (en) * | 1996-12-09 | 2001-02-21 | Minnesota Mining & Mfg | Diffusional gas transfer system and method of using same |
| CN1429995A (zh) * | 2003-01-24 | 2003-07-16 | 刘润海 | 流体压力交换技术和流体压力交换装置 |
| CN1485546A (zh) * | 2003-08-19 | 2004-03-31 | 让 焦 | 液压增力电动缸 |
| KR20120027793A (ko) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | 한라공조주식회사 | 압축기 |
| CN102553443A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-11 | 浙江大学 | 一种错位通道自转液力活塞增压器 |
| CN105298780A (zh) * | 2014-07-24 | 2016-02-03 | 赵武敏 | 多活塞转轮流体泵装置 |
| CN110259662A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-09-20 | 西安交通大学 | 基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***及方法 |
| CN210660475U (zh) * | 2019-07-12 | 2020-06-02 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种风能增压装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114561235A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-05-31 | 广东省氢一能源科技有限公司 | 一种基于压力能回收的氢气天然气混输与分离装置及方法 |
| CN114561235B (zh) * | 2022-01-11 | 2022-12-13 | 广东省氢一能源科技有限公司 | 一种基于压力能回收的氢气天然气混输与分离装置及方法 |
| JP7286201B1 (ja) | 2022-01-11 | 2023-06-05 | 広東省▲チン▼一能源科技有限公司 | 圧力エネルギー回収に基づく水素ガスと天然ガスとの混合輸送と分離装置及び方法 |
| US20230219033A1 (en) * | 2022-01-11 | 2023-07-13 | Guangdong Qingyi Energy Technology Co., Ltd. | Apparatus and Method for Mixing Transmission and Separation of Hydrogen Gas and Natural Gas Recovered Based on Pressure Energy |
| JP2023102238A (ja) * | 2022-01-11 | 2023-07-24 | 広東省▲チン▼一能源科技有限公司 | 圧力エネルギー回収に基づく水素ガスと天然ガスとの混合輸送と分離装置及び方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112922806B (zh) | 2022-09-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109505666A (zh) | 一种喷射膨胀复合式压缩空气储能*** | |
| CN108640082B (zh) | 一种利用金属氢化物梯级回收余热的装置和方法 | |
| CN108612571B (zh) | 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质调节***和方法 | |
| CN109973362B (zh) | 基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能***及方法 | |
| CN111396159B (zh) | 一种液化天然气冷能梯级回收利用*** | |
| CN113958933B (zh) | 一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量***及方法 | |
| CN209586452U (zh) | 一种喷射膨胀复合式压缩空气储能*** | |
| CN112922806B (zh) | 一种氢气天然气分离***、方法及气体压力传递装置 | |
| CN106731441A (zh) | 一种在烯烃聚合物生产中用于排放气回收的***和方法 | |
| CN207468205U (zh) | Lng发电及制干冰*** | |
| CN107891961A (zh) | 一种流体活塞及应用该流体活塞的热力压喷艇用推进*** | |
| CN113982892B (zh) | 一种高温蓄热式压缩空气储能*** | |
| CN206156754U (zh) | 一种双氧水氧化尾气回收利用装置 | |
| CN117052494A (zh) | 一种多级稳压硐穴式绝热压缩空气储能电站*** | |
| CN111379601A (zh) | 单工质联合循环蒸汽动力装置 | |
| CN116624766A (zh) | 基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能*** | |
| CN108469196A (zh) | 一种高温气体余热利用*** | |
| CN202024309U (zh) | 蒸汽凝结水闭路回收*** | |
| CN112282962B (zh) | 混合工质代替内燃机缸套水的余热回收有机朗肯循环*** | |
| CN215174914U (zh) | 一种热泵和水蒸气压缩机复叠制蒸汽*** | |
| CN108661765B (zh) | 一种汽车发动机尾气余热回收高效发电*** | |
| CN208885348U (zh) | 能量互换装置 | |
| CN212296695U (zh) | 一种用于太阳能水轮发电的尾气循环利用装置 | |
| CN108661764B (zh) | 一种汽车发动机尾气余热回收发电*** | |
| CN109441581A (zh) | 一种双工质合成做功的*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210628 Address after: 518000 1st floor, building 60, Dayun software Town, 8288 Longgang Avenue, Yuanshan street, Longgang District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant after: SHENZHEN MIZI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Address before: 518116 Room 101, building 60, Dayun software Town, 8288 Longgang Avenue, he'ao community, Yuanshan street, Longgang District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant before: Shenzhen Runde Engineering Co.,Ltd. |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20210608 Assignee: Guangdong Hydrogen Energy Technology Co.,Ltd. Assignor: SHENZHEN MIZI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Contract record no.: X2021990000485 Denomination of invention: The invention relates to a hydrogen natural gas separation system, a method and a gas pressure transmission device License type: Exclusive License Record date: 20210816 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Guangdong Hydrogen Energy Technology Co.,Ltd. Assignor: SHENZHEN MIZI TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO.,LTD. Contract record no.: X2021990000485 Date of cancellation: 20230614 |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230703 Address after: Room 602, Building 33, Suojin Fourth Village, Xuanwu District, Nanjing City, Jiangsu Province, 210042 Patentee after: Yu Huajie Address before: 518000 1st floor, building 60, Dayun software Town, 8288 Longgang Avenue, Yuanshan street, Longgang District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN MIZI TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO.,LTD. |