CN103321616A - 海床甲烷水合物的收集办法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海床甲烷水合物的收集办法及系统：通过海上甲烷收集船释放一个倒漏斗形的甲烷收集器到水底，也就是将收集器倒扣在海床上面的甲烷水合物堆积层，收集器内底部有一个热水注入管道，不断向收集器底部注入高温海水或者水蒸气，加热并分解甲烷水合物，分解后的甲烷通过收集器内部顶端的收集管道不断输送到甲烷收集船上，经过冷却和加压制成液化天然气LNG或压缩天然气CNG或再制成甲烷水合物储存，部分甲烷用来加热海水，甲烷收集船拖动水底的甲烷收集器缓慢移动，整个收集过程可以连续规模化生产。有益效果是只要停止注入高温海水，甲烷水合物就会停止分解，管路和容器罐有保温措施，排放物只有二氧化碳。

Description

海床甲烷水合物的收集办法及系统

技术领域

本发明涉及一种海床甲烷水合物的收集办法及系统，尤其是一种结构简单、运行可靠成本低、节能环保、安全可控无污染物排放的海洋油气资源收集办法及系统，技术领域属于海洋油气资源开采领域。

背景技术

海床甲烷水合物是甲烷在低温高压环境下与水分子结合形成的结晶体，加热减压分解后产生的主要气体成分是纯度很高的甲烷，甲烷分子只有一个碳原子，燃烧后排放的二氧化碳少，且没有硫化物产生，是一种理想的清洁能源。大洋中高纬度某些特定深度水下300～500米海域的海床上面由于属于低温高压环境，常年沉积着大量非常稳定的甲烷水合物，也就是可燃冰。目前，世界上还没有一种成熟的收集这种海床甲烷水合物的技术和办法正式投入商业运行，原因是现有的收集办法都比较复杂，成本高，而且缺乏可控性和可操作性，容易引起甲烷的泄漏，造成环境污染和大气的温室效应，所有现有技术还处于试验室探索阶段，无法投入商业运营。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单、运行可靠、成本低、节能环保、安全可控无污染物排放的海床甲烷水合物的收集办法以及系统

本发明是通过以下技术方案实现的：通过海上甲烷收集船释放一个倒漏斗形的由高强度金属丝编织而成的甲烷收集器到水底，也就是将收集器扣在海床上面的甲烷水合物堆积层，收集器内部的底部有一个热水注入管道，不断向收集器底部注入高温海水或者水蒸气，加热并分解甲烷水合物，分解后的甲烷通过收集器内部顶端的收集管道不断输送到甲烷收集船上，经过冷却制成液化天然气LNG或者重新制成甲烷水合物，也可以压缩成压缩天然气CNG储存，所收集甲烷的一部分用来加热向收集器中注入的海水，甲烷收集船拖动水底的甲烷收集器缓慢移动，整个收集过程可以连续规模化生产。

本发明的有益效果是：1、由于本发明是通过向收集器中注入热海水气，使甲烷水合物受热分解来完成气体收集的，在收集的过程中只要停止注入高温海水气，甲烷水合物就会在短时间内停止其分解过程，不会造成甲烷的泄漏。2、所收集的部分甲烷在燃烧加热炉内燃烧后加热海水，注入海床的高温海水的热量一部分被甲烷水合物吸收，剩余部分上升到上面以后经过换热器换热再次加热海水得到循环利用。甲烷燃烧后产生的高温废气经过储水罐后再排到大气中，废气中的水分和热量再次得到吸收和利用，整套系统绝大多数管路和容器罐采用保温措施，几乎没有热能的浪费。3、该系统采用柴油发电机组供电，造价低，运行可靠，维护方便。4、该系统只是收集海床上面的甲烷水合物，不会造成海床坍塌。5、所收集的甲烷没有散发到大气中，经过多次循环利用达到收集率最大化。6、该系统燃烧产生的废气中的大部分二氧化碳混入储水罐内的海水中，变成碳酸再次注入海床。排放物只有少量二氧化碳。其他废弃物全部回填海床下面得到再利用，无污染物排放。

 

（一）   附图说明

附图1为本发明海床甲烷水合物收集办法及系统的示意图；

附图2为本发明海床甲烷水合物收集办法及系统的简化示意图；

其中：1热水（气）输入管道，2增压水泵，3燃烧加热炉，4增压风机，5储水罐，6柴油发电机组，7氮气压缩制冷机，8储存罐，9气体压缩分离器，10换热器，11甲烷收集船，12甲烷输出管道，13供水泵，14控制中心，15收集器，16缆绳。

 

（二）   具体实施方式

如图1、2所示为本发明海床甲烷水合物收集办法以及系统的一种具体实施例。包括：热水（气）输入管道（1），增压水泵（2），燃烧加热炉（3），增压风机（4），储水罐（5），柴油发电机组（6），氮气压缩制冷机（7），储存罐（8），气体压缩分离器（9），换热器（10），甲烷收集船（11），甲烷输出管道（12），供水泵（13），控制中心（14），收集器（15）和缆绳（16）。

通过海上甲烷收集船释放一个倒漏斗形的甲烷收集器（15）到水底，也就是将甲烷收集器扣在海床上面的甲烷水合物堆积层的上面，甲烷收集器内部的底部有一个热水注入管道（1），不断向收集器底部注入高温海水或者水蒸气，加热并分解甲烷水合物，分解后的甲烷通过甲烷收集器内部顶端的收集管道（12）不断输送到甲烷收集船（11）上，进入换热器（10）进行冷却；甲烷经换热器（10）冷却后分离出的冷凝水流进储水罐（5）内。

甲烷经换热器（10）冷却，再经过气体压缩分离器（9）压缩并分离出其中的水分后，经过流量控制分配阀分配，大部分甲烷经过氮气压缩制冷机（7）冷却到-162℃后变成液态天然气LNG，或者再次变成甲烷水合物，也可以压缩成压缩天然气CNG输送到储存罐（8）中等待转运。小部分输送到燃烧加热炉（3）内燃烧并加热海水。

燃烧加热炉（3）最初可以用现成的甲烷作为燃料燃烧，加热海水。燃烧加热炉（3）内甲烷燃烧后产生的高温废气（主要成分是二氧化碳、少量硫化物和水蒸气）经过增压风机（4）增压，进入储水罐（5）中，废气中的热量再次加热海水；废气中的水蒸气变成液态水，硫化物也溶入水；废气中的大部分二氧化碳变成碳酸混合入罐内的海水中，再次注入海床。排放物只有少量二氧化碳。

该系统的运行特别是各个管路的流量是由控制中心（14）进行整体控制的。

储水罐（5）中的海水主要由供水泵（13）从表层海水中汲取，经换热器（10）加热后提供的。

热水（气）输入管道（1）是根据海床出气量的多少和海水回填需要决定输入热水还是热水蒸气的。

随着热水（气）的不断注入，收集器下面的甲烷水合物会不断分解，收集船要拖着收集器将整个矿层逐层收集。

为了减少热量损失，该系统几乎所有输送管路和容器罐外面都要作保温隔热处理。

该系统的简化运转方式是，加热后的热水气经过热水（气）输入管道（1），源源不断地注入海床，气态甲烷源源不断地从输出管路（12）生产出来。

Claims (9)

1.一种海床甲烷水合物的收集办法及系统，包括：热水（气）输入管道（1），增压水泵（2），燃烧加热炉（3），增压风机（4），储水罐（5），柴油发电机组（6），氮气压缩制冷机（7），储存罐（8），气体压缩分离器（9），换热器（10），甲烷收集船（11），甲烷输出管道（12），供水泵（13）以及控制中心（14），收集器（15），缆绳（16）；其特征是为了防止热量损失，几乎所有输送管道和容器罐外面都要作保温隔热处理。

2.  根据权利要求1所述的海床甲烷水合物的收集办法及系统其特征是：通过海上甲烷收集船（11）释放一个倒漏斗形的甲烷收集器（15）到水底，也就是将收集器扣在海床上面的甲烷水合物堆积层的上面，收集器内部的底部有一个热水注入管道（1），不断向收集器底部注入高温海水或者水蒸气，加热并分解甲烷水合物，分解后的甲烷通过收集器内部顶端的收集管道（12）不断输送到收集船（11）上，进入换热器（10）进行冷却。

3.根据权利要求1所述的海床甲烷水合物的收集办法及系统其特征是：该系统所生产的部分甲烷作为燃烧加热炉（3）的燃料给海水加热；储水罐（5）中的水是经过增压水泵（2）输送进燃烧加热炉（3）内加热的，然后通过热水（气）输入管道（1）不断注入海床的。

4.根据权利要求1所述的海床甲烷水合物的收集办法及系统其特征是：燃烧加热炉（3）产生的废气通过增压风机（4）增压后被输进储水罐（5）内，其余热和水分以及含硫废物被水吸收，废气中的大部分二氧化碳变成碳酸混合入罐内的海水中，并再次回流到海床，排放物只有少量二氧化碳。

5.根据权利要求1所述的海床甲烷水合物的收集办法及系统其特征是：该系统储存罐（8）里的最终产品是甲烷水合物或液体天然气LNG或压缩天然气CNG；如果产品是LNG或CNG，产品进入储存罐（8）之前要经过气体压缩分离器（9）分离出水分，再经氮气压缩制冷机（7）冷却降温。

6.根据权利要求1所述的海床甲烷水合物的收集办法及系统其特征是：该系统中海床的甲烷水合物是以甲烷与水蒸气混合气体自喷的方式经甲烷输出管道（12）喷出，提升到甲烷收集船（11）上的。

7.根据权利要求1所述的海床甲烷水合物的收集办法及系统其特征是：海水经供水泵（13）进入储水罐（5）之前，要经过换热器（10）进行热量交换升温，同时给刚刚从甲烷输出管道（12）上来的甲烷降温。

8.根据权利要求1所述的海床甲烷水合物的收集办法及系统其特征是：该系统的整体运行是由控制中心（14）进行控制的，该系统使用柴油发电机组（6）供电。

9.根据权利要求1所述的海床甲烷水合物的收集办法及系统其特征是：收集器（15）是由高强度金属丝编织而成的，底边装有软的金属链条，收集器（15）是由拴在甲烷收集船（11）上的高强度缆绳（16）拖动的。

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