[發明專利]基于有機朗肯循環的CNG輔助生產裝置

有效

• 申請號: 202011384265.8
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112539092B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 田中君;齊建玲;李占軍;秦潔
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: F01K23/02
• 分類號: F01K23/02;F01K13/00;F01K11/00;F17C5/06;F17C13/00;F17D1/07;F17D3/01
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 敬川

本發明屬于天然氣壓縮充裝技術領域，具體公開了一種基于有機朗肯循環的CNG輔助生產裝置，旨在解決如何增加CNG的單罐充裝量并有效利用CNG充裝過程中產生的熱量的問題。該基于有機朗肯循環的CNG輔助生產裝置通過CNG壓縮系統能夠將儲氣罐中的天然氣壓縮后輸送入中間罐中，通過有機朗肯循環機組能夠將天然氣壓縮時因升溫效應產生的熱量轉化為轉動機械能，以驅動第一級壓氣機進行天然氣的初步壓縮，不僅可以在CNG在進入中間罐前對其降溫，從而減小CNG充裝時的比體積，增加CNG的單罐充裝量，而且有效利用了CNG充裝過程中產生的熱量輔助壓縮天然氣，能夠降低天然氣壓縮充裝過程中消耗的電能。

技術領域

本發明屬于天然氣壓縮充裝技術領域，具體涉及一種基于有機朗肯循環的CNG輔助生產裝置。

背景技術

針對罐裝天然氣的車船運輸，目前市面上主要有兩種方式：一種是通過將天然氣深度冷卻液化，得到液化天然氣(簡稱LNG)，這種方式由于將天然氣由氣態轉變為液態，可以大大縮小天然氣的體積，非常便于其進行罐裝后的車船運輸，但是由于深度冷卻和罐體保溫的成本較高，其應用受到一定的限制。另外一種是通過將天然氣直接壓縮至壓力為20～25MPa，與常壓天然氣相比，其體積縮小200～250倍，得到壓縮天然氣(簡稱CNG)。相比之下，雖然LNG具有更小的比體積和更高的能量密度，其能量密度是CNG的2～3倍，但是由于CNG不需要進行深度冷卻液化，而且無需任何保溫措施，其存儲成本和使用成本更低，因此具有明顯的優勢和廣闊的市場。

然而，根據熱力學定律，CNG在快速壓縮過程中由于無法及時有效地將熱量散掉，會導致其溫度上升幾十度，產生大量低品位熱能，即發生所謂的溫度效應。而且，在儲運過程中，罐體內的CNG將慢慢冷卻到環境溫度，由于體積一定時，氣體的溫度和壓力成正相關，因此CNG的壓力也會逐漸下降到低于正常情況下要求的數值，最終導致快速充裝的CNG充裝壓力不夠，充裝量不足，單位體積的運輸成本較高。雖然慢充可以緩解上述不足，但是慢充會嚴重降低充裝速率，并且無法根除充裝時溫度上升的問題。

為了提高CNG的充裝量，中國專利公開號為CN105987275A的發明專利申請公開了一種天然氣充裝方法，該方法將天然氣充裝到車載氣瓶之前對通過冷卻裝置對天然氣進行冷卻處理，天然氣溫度的冷卻處理范圍在低于環境溫度40℃到0℃之間。雖然在CNG進入罐體之前，先將其進行強制冷卻降低至環境溫度，降溫后CNG的比體積減小，密度將增大，這樣做可以使同樣罐體體積的充裝量得以提高，降低CNG的單位重量的運輸成本；但是，如果只是將CNG充裝過程中產生的大量熱量吸收掉，會造成很大的熱量浪費。

發明內容

本發明提供了一種基于有機朗肯循環的CNG輔助生產裝置，旨在解決如何增加CNG的單罐充裝量并有效利用CNG充裝過程中產生的熱量的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：基于有機朗肯循環的CNG輔助生產裝置，包括CNG壓縮系統和有機朗肯循環機組；

所述CNG壓縮系統包括儲氣罐、第一級壓氣機、第二級壓氣機、電動機和中間罐；

所述有機朗肯循環機組包括工質泵、蒸發器和膨脹機；

所述儲氣罐的出氣口與第一級壓氣機的進氣口連接，所述第一級壓氣機的出氣口與第二級壓氣機的進氣口連接，所述第二級壓氣機的出氣口與蒸發器的CNG入口連接，所述蒸發器的CNG出口與中間罐的進氣口連接；所述電動機的驅動端與第二級壓氣機的寬口側軸端傳動連接；

所述工質泵的工質出口與蒸發器的工質入口連接，所述蒸發器的工質出口與膨脹機的工質入口連接，所述膨脹機的工質出口與工質泵的工質入口連接；所述膨脹機的驅動端與第一級壓氣機傳動連接。

進一步的是，所述膨脹機的寬口側軸端通過聯軸器與第一級壓氣機的寬口側軸端傳動連接。

進一步的是，所述中間罐上設有至少兩個CNG快充接頭。