冷热电三联供预处理天然气工艺开发研究

冷热电三联供预处理天然气工艺开发研究

李绘修

（青岛新奥智能能源有限公司山东青岛266555）

摘要：对于那些输电线路距离远、电网负荷小的边际气田来说，其开发的成本较广，且对电力损害较大，因此，当前边际气田的开发主要选用燃气发电的形式。将冷热电三联供用于边际气田供电及天然气预处理，不仅能够减少铺设电网及处理天然气加热、制冷设备的费用，而且大大提高了能源利用效率。为此，本文主要探讨了冷热电三联供预处理天然气工艺的开发，仅供参考。

关键词：冷热电三联供；预处理；天然气

一、冷热电三联供系统

能源供应和环保问题已经成为制约我国经济发展的主要因素，国家为此将实行“保证供应、节能优先、结构优化、环境友好、市场驱动”的能源可持续发展战略。燃气冷热电三联供属于分布式能源，是传统热电联产的一种进化和发展，是实现节能减排与能源结构优化的最有效手段之一，在越来越多的工程中被应用。目前三联供系统使用天然气或油品，增加了一次能源的消耗，发展基于可再生能源的三联供系统、开发能源利用形式之间的集成应用成为目前三联供系统发展的新趋势。其中包括：可再生能源三联供系统—太阳能冷热电联供系统是以太阳能作为唯一热源加热气体工质，进行闭式Brayton循环发电（即间接利用太阳能发电的一种热机循环系统，它被认为是比光伏电池更为优越的一种先进的空间电源，具有效率高，性能衰减缓慢，质量轻，运行费用低等特点）。其透平释放的余热通过余热制冷供冷或通过换热器直接供热，实现独立建筑的冷热电联供；基于天然气三联供的能源集成系统—天然气冷、热、电三联供系统受用能特点的影响较大，将三联供技术与其他技术联合使用形成能源集成系统，提高系统的经济性及运行稳定性。能源集成系统通常包括蓄能系统、热回收热泵系统、地源热泵系统及江水源热泵系统等。

天然气分布式能源是以天然气为原料，靠近用户端直接向用户提供冷热电等多种能源产品的终端供能系统。通常以燃气内燃机或燃气轮机为原动机，发电就地直接提供给用户使用，多余电力送入电网。发电余热就近提供用户冷热、蒸汽、生活热水等能源产品。分布式能源技术的核心是科学用能，所谓科学用能，主要包含3个层面，即科学使用能源、科学配置能源与科学管理能源。遵循科学用能原理，采用各种先进技术，通过“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的方式优化配置能源，提高能源综合利用效率。分布式能源的CO2排放量比传统供能方式低40%～50%以上，SO2与粉尘排放为零。

综合来说，冷热电三联供是在热电联产系统基础上发展起来的一种分布式能源系统，它因地制宜，可满足用户对冷热电负荷的不同需求，已成为传统集中式能源供应系统不可或缺的重要补充，将成为未来世界能源新技术的重要发展方向。

二、边际气田概述

所谓边际气田指的就是在当前的技术背景之下不能获得经济效益的天然气田。形成边际气田的原因有很多，例如储量小、开采技术落后、自然条件恶劣等，都会导致无法有效开采边际气田。冷热电三联供（CCHP）是集发电、供热和制冷过程为一体的能源梯级利用多联供系统，是天然气高效使用的最佳途径之一。对于处于电网负荷较小、距离主要输电线路较远的边际气田，电网铺设费用及电路电损较大，冷热电三联供以其能源利用率高、节能环保、同时供应多种能源等优点，成为边际气田的供电、天然气预处理的首选。

三、冷热电三联供预处理天然气的工艺流程

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，能源紧缺、环境污染和气候变化是制约当今世界经济和社会可持续发展的重要因素，能源和环境问题也已成为国内外高度关注的重大战略问题。为此，能源的开采成了我国能源发展的重点关注内容。而从油、气井中开采出来的天然气，大多都含有饱和量的水蒸气和相当数量的H2S和CO2等酸性气体。水蒸气的存在不仅降低天然气热值和管道输送能力，而且在天然气集输于矿场加工过程中很容易导致天然气管道出现“冰堵”。甚至于天然气中的酸性气体还会腐蚀天然气管道与维护设备。因此，就需要对天然气进行预处理，脱去天然气中的酸性气体与游离水，对天然气进行深度优化。

天然气的预处理比常规的天然气净化的标准更加严格，常规天然气净化仅仅是脱除天然气中的酸性气体和游离水，而天然气的预处理则要求实现各项杂质的深度优化。

原料气经过吸收塔（1）以湿气的形式输出；从塔底出来的含酸性气体的富液经过贫-富液换热器（3）进入再生塔（4）解吸；然后经过第一加热器（7）后返回再生塔；从塔顶出来的带酸性气体的胺蒸汽经过第二冷却器（5）进入第一分离器（6）脱酸后的胺液进入再生塔；从塔底出来的胺液由胺液泵（8）注入贫-富液换热器再经过第一冷却器（2）进入吸收塔循环使用；由吸收塔出来的湿气经过第一阀门（9）、第二阀门（10）进入第一干燥塔（26）经过第三阀门（11）输出干气；第二干燥塔（27）吸附时，湿气经过第一阀门、第四阀门（12）进入第二干燥塔干燥经过第五阀门（14）输出干气；第一干燥塔再生气时，由第二加热器（24）出来的再生气经过第十二阀门（21）进入干燥塔，经第九阀门（18）进入第三冷却器（28）冷却；当第二干燥塔再生气时，由第二加热器（24）出来的再生气经过第十四阀门（23）进入第二干燥塔，经第七阀门（16）进入第三冷却器冷却；再生脱出的水分第三冷却器冷凝，并由第二分离器（29）分离排出；当第一干燥塔冷却时，从第二分离器出来的冷却气流经由第十五阀门（25）、第十一阀门（20）进入第一干燥塔，经第八阀门（17）进入第三冷却器冷却；当第二干燥塔冷却时，从第二分离器出来的冷却气流经由第十五阀门、第十三阀门（22）进入干燥塔，经第六阀门（15）进入第三冷却器冷却；空气经过压气机（30）注入燃烧室（31）与由经过脱酸脱水的干气燃烧驱动涡轮机（32）带动发电机（34）发电；从涡轮机出来的高温烟气进入余热锅炉后的烟气作为第一加热器、第二加热器的热源；给水通过余热锅炉驱动压缩机（35）工作；压缩机压缩冷媒后进入冷凝器（36）再通过节流阀（37），蒸发器（38）进入压缩机完成一个循环；通过冷凝器的冷却水用于第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器的冷却。工艺流程图如图1所示。

该方案的优点在于：①利用冷热电三联供发电用于边际气田不仅减少了铺设电网的费用也能提高燃气的利用效率；②通过冷凝器的冷却水用于冷却器的冷却，与传统工艺相比减少了制冷设备的建设；③利用冷热电三联供装置将余热锅炉排放出来的高温烟气作为加热器的热源，与传统工艺相比减少了建设加热炉的费用，合理利用资源。

综述，将电能用于生活供电及气田开发用电，利用锅炉排放的余热制冷用于天然气预处理的冷却器的冷却，最后将余热锅炉排放出来的高温烟气作为加热器的热源，不仅能够满足气田开采过程中多种形式能源需求的供应，而且大大提供了能源利用效率，与传统的功能模式相比能量利用效率提高了50%左右，减少了铺设电网及处理天然气加热、制冷设备的费用。

结语

本文从冷热电三联供系统及边际气田入手，重点分析了冷热电三联供预处理天然气的工艺流程，该方法可以有效的提升能源利用效率，可以供应多种能源，降低了电网铺设的作用，促进了资源的合理利用。

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