CN103466250A

CN103466250A - 一种基于水合物法的大型地下储气库及其地下储气方法

Info

Publication number: CN103466250A
Application number: CN2013104050240A
Authority: CN
Inventors: 阮徐可; 李小森; 吕秋楠; 陈朝阳; 徐纯刚; 夏志明; 蔡晶
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN103466250B

Abstract

本发明公开了一种基于水合物法的大型地下储气库及其地下储气方法，所述储气库方案包括了水合物装载、地下储存以及卸载再气化过程。将需要储藏的天然气或二氧化碳等气体通过水合物生产端制成颗粒或粉末状水合物，同时输送到位于地表以下的大型低温储气库中进行储藏，等需要利用这些气体时再通过卸载运输装置，将气体水合物从地下提取出来后进行气化利用。该地下储气库主体包括圆柱形金属储气罐及其混凝土等层体库壁构成的整体储气库结构，库壁中还设置了绝热和防水隔层。本发明承接天然气等气体水合物的生产、大规模储存及分解气化利用，消除了天然气等管道运输，储气站大规模储存存在的诸多缺点，提供了一种灵活方便的大规模储供气模式，安全可靠、占地面积小、建设成本低且对环境影响小，具有实际应用价值。

Description

一种基于水合物法的大型地下储气库及其地下储气方法

技术领域

本发明涉及一种基于水合物法的大型地下储气库及其进行天然气等气体地下储存的方法，具体是指一种承接气体水合物生成端和再分解气化端的大型低温实用型地下储气成套设施，可满足天然气、二氧化碳等气体的大规模存储需要。

背景技术

改革开放以来，随着经济社会的快速发展，我国的能源消耗迅速增长。作为清洁能源的天然气，在过去五年，我国的天然气市场规模扩大了2倍多，2011年我国的天然气消费增长了21.5%，进口量也随之大幅攀升，对外依存度已升至24%。天然气的储备及消耗后产生的二氧化碳气体收集封存问题，也越来越受到重视。从存储安全、环境保护和经济性等考虑，发展大型化、地下化、高可靠的气体储藏方式成为必然趋势。

气体水合物储存技术是目前国际上的热门研发技术之一，其技术核心是将气态的天然气转变为固体气体水合物进行储藏及运输。相关研究结果表明，水合物储存甲烷/二氧化碳气体的最大容量可达168V/V(即每立方体积空间内可存储168标准立方的甲烷或二氧化碳气)。此外，作为固体的天然气水合物，在冷冻至零下15摄氏度，即可常压保存；水合物的热导率很低，约为0.5W/(m·K),加上分解时需要吸收大量热量，在做好绝热措施的情况下可以保证即使水合物分解也不会瞬间释放出大量气体而引起安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于水合物法的安置在地下、安全可靠的大型地下储气库，可解决上述内容中存在的相关问题。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种基于水合物法的大型地下储气库的地下储气方法，包括：

步骤(1)气体水合物的生产制备及装载过程，装载过程是指气体水合物从生产端经过输送泵管路、旋转式储料器被填充入地下储气罐中的过程；具体为将天然气水合物制粉工厂或生产设备出来的水合物粉末经由输送泵管线输送到布置于地下储气罐中的储料器中，通过这个旋转式储料器，将水合物均匀地播撒于储气罐内。

步骤(2)气体水合物在地下低温储气库内常压储存;

步骤(3)通过螺旋式卸载装置、传送带、斗式升降机以及水合物再气化装置完成气体水合物地下提取和气化再利用过程；

所述步骤(2)中储存气体水合物的地下低温储气库包括由地下储气罐及其外围其混凝土等层体库壁构成的整体储气库结构，库壁由三个不同性质的混凝土层和绝热层、防水层构成。

上述过程是水合物生成后装载进入地下储气库中保存的流程，至于天然气等资源的利用，需将其从地下储气库中取出利用过程，这个过程包括：利用地下储气库底端的螺旋式卸载设备，将水合物重新以粉末的形式，通过传送带和斗式升降机从地下储气库运输到地表，再在水合物气化端中实现固体水合物气化为气态天然气供使用者使用。水合物粉末输送装载/卸载过程中由水合物气化端的冷能或补充其他制冷方式提供低温条件以防止水合物发生大量分解行为。

整个储气库结构既保证了库体的抗压稳定性，也保证了很好的气密性和绝热性。

本发明还提供了一种基于水合物法的大型地下储气库，包括水合物装载部分、水合物卸载部分、储存水合物的主体地下储气库部分，所述水合物装载部分包括水合物生产端、连接天然气水合物生产端的气动传输系统下的输送泵管路以及连接输送泵管路的可均匀地往地下储气罐内播撒水合物的旋转式储料器，旋转式储料器置于地下储气罐内；

所述水合物卸载部分包括将地下储气罐内水合物剥离送出地下储气罐外的螺旋式卸载设备、传送带、斗式升降机、水合物气化端、设置在地下储气罐底部的底部加热器，所述斗式升降机竖直设置，其顶端与水合物气化端连接，底端连接传送带，传送带的末端连接螺旋式卸载设备，螺旋式卸载设备设在地下储气罐内，在传送带和斗式升降机旁侧还设有制冷循环管路；传送带和斗式升降机用于将从储气罐内剥离下来水合物运输出去的，水合物再气化端用于将水合物转化为气体状态；

所述主体地下储气库部分包括地下储气罐、敷于地下储气罐内表面的薄膜/制冷剂、与地下储气罐两侧贴紧地下连续墙，连续墙的由内层到外层依次包裹绝热层、混凝土衬砌、防水层和混凝土喷层，地下连续墙用于保护地下储气罐；

还包括冷能输送管路，其一端连接制冷循环管路的顶端，另一端连接输送泵管路。

所述水合物的装载部分及水合物卸载部分分别布置于地下储气罐的顶部和底部，能确保连续装载/卸载水合物。

所述地下储气罐为常压容器，基本压力由储气罐金属板材和外围混凝土提供支撑，地下储气罐为圆柱体，罐体材料用金属材料制成。

输送泵管路、整个地下储气罐内以及卸载管路的低温条件由水合物再气化形成的冷能或补充其他制冷方式来提供保证；其库体外围气密性由混凝土层、防水层、薄膜等保持，内部气密性由混凝土库壁内衬和薄膜保持；储气罐底部布置加热器用以防止水合物在储罐底部固结而导致的卸载失灵等问题，也可在对储罐进行内部清洁时发挥作用。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：采用本发明的技术方案，其天然气储存库体可全部建于地下，安全可靠性高，占地面积小。由于地下环境基本为恒温，因此对运行的库体受外围环境温度的影响较小，常压储存的建设成本也较低、易于维护。加上对库体结构部分设置了相关气密隔离层、绝热层、防渗漏层(防水层)，保证了库体的气密性，同时也提高了库体的整体强度。此外，本发明的技术方案承接天然气水合物的生产、大规模储存及分解气化利用，消除了天然气等管道运输，储气站大规模储存存在的诸多缺点，提供了一种灵活方便的大规模供气模式，具有实际应用价值。

附图说明

附图1为本发明的水合物地下储气流程及储气库简图；

附图2为本发明地下储气库的墙体结构示意图；

图1、2中序号说明：1天然气水合物生产端；2输送泵管路；3旋转式储料器；4地下圆柱形储气罐；5薄膜&制冷剂；6螺旋式卸载设备；7传送带；8斗式升降机；9水合物气化端；10底部加热器；11制冷循环管路；12冷能输送管路；13地下连续墙；14绝热层；15混凝土衬砌；16防水层；17混凝土喷层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1和图2所示，一种基于水合物法的大型地下储气库的地下储气方法，包括：步骤(1)气体水合物的生产制备及装载过程，装载过程是指气体水合物从生产端经过输送泵管线、旋转式储料器被填充入地下储气罐中的过程；

步骤(2)气体水合物在地下低温储气库内常压储存;

如图1所示为基水合物法的大型地下储气流程及储气库相关装备结构示意图。本发明方案中，水合物生产端1、水合物气化端9均采用现有技术，本发明的主要创新点是水合物法地下大型储气库及其整个生成、储存、利用天然气的过程。整个发明方案可分为三个部分，包括水合物装载部分、水合物卸载部分、储存水合物的主体地下储气库部分，水合物装载部分包括水合物生产端1、连接天然气水合物生产端1的气动传输系统下的输送泵管路2以及连接输送泵管路2的可均匀地往地下储气罐4内播撒水合物的旋转式储料器3，旋转式储料器3置于地下储气罐4内；水合物卸载部分包括将地下储气罐4内水合物剥离送出地下储气罐4外的螺旋式卸载设备6、传送带7、斗式升降机8、水合物气化端9、设置在地下储气罐4底部的底部加热器10以及储存水合物的主体地下储气库部分，斗式升降机8竖直设置，其顶端与水合物气化端9连接，底端连接传送带7，传送带7的末端连接螺旋式卸载设备6，螺旋式卸载设备6设在地下储气罐4内，在传送带7和斗式升降机8旁侧还设有制冷循环管路11；结合图2所示，主体地下储气库部分包括地下储气罐4、敷于地下储气罐4内表面的薄膜/制冷剂5、与地下储气罐4两侧贴紧地下连续墙13，连续墙13的由内层到外层依次包裹绝热层14、混凝土衬砌15、防水层16和混凝土喷层17；还包括冷能输送管路12，其一端连接制冷循环管路11的顶端，另一端连接输送泵管路2。

本发明方案的实施是首先通过现有水合物生产技术，将在水合物生产端1内生产的水合物颗粒/粉末经由连接好的输送泵管路2输送到位于地下储气罐4内顶部的旋转式储料器3中，输送泵管路2中水合物的输送方式采用的是气动运输系统，旋转式储料器3通过其旋转臂手在不断旋转的过程中将进入其中的水合物颗粒/粉末从储气罐顶部往下播撒，使得水合物均匀地堆积于圆柱形储气罐中，储气罐与水合物之间有薄膜/制冷剂做间隔。地下圆柱形储气罐的材质可以用不锈钢等金属板制成，由于金属的延展性比钢筋混凝土大，因此可保证当地下储气库局部发生一定变形等类似情形时，可以很好地利用金属的延展性保持储罐的气密性。整个地下储气库的外围有地下连续墙体13保护，而连续墙的外体包裹由薄膜5、绝热层14、混凝土衬砌15、防水层16、混凝土喷层17等构成。同时在岩体结合部的四周加置绝热层14防止地下热流梯度对水合物稳定储存的干扰，另外还在混凝土岩体结构中增加了防水层16防止可能存在的地下水渗流侵蚀墙体而最终影响地下储气库的气密性。水合物从储气罐中的取出即所谓的卸载过程，是由螺旋式卸载设备6、传送带7、斗式升降机8完成。储存于储气罐的水合物通过布置于储气罐底部的螺旋式卸载装置，将水合物从储气罐经由漏斗式的下口取出，通过传送带7和斗式升降机8将水合物输送到地表的水合物再气化端9处，完成水合物气化利用工作。底部加热器10可防止水合物在储罐底部固结而导致的卸载失灵等问题，也可在对储罐进行内部清洁时使用。整个包括输送泵管线中的水合物运输，水合物在储气罐中的低温储存以及水合物卸载之后的输送过程都由水合物气化或者其他补充制冷装置提供的冷能保证水合物稳定不分解的低温条件，具体实现由制冷循环管路11和冷能输送管路12以及制冷剂5完成

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.一种基于水合物法的大型地下储气库的地下储气方法，其特征在于，包括：

步骤(1)气体水合物的生产制备及装载过程，装载过程是指气体水合物从生产端经过输送泵管线、旋转式储料器被填充入地下储气罐中的过程；

步骤(2)气体水合物在地下低温储气库内常压储存;

2.一种基于水合物法的大型地下储气库，其特征在于：包括水合物装载部分、水合物卸载部分、储存水合物的主体地下储气库部分，

所述水合物装载部分包括水合物生产端（1）、连接天然气水合物生产端(1)的气动传输系统下的输送泵管路（2）以及连接输送泵管路（2）的可均匀地往地下储气罐（4）内播撒水合物的旋转式储料器（3），旋转式储料器（3）置于地下储气罐（4）内；

所述水合物卸载部分包括将地下储气罐（4）内水合物剥离送出地下储气罐（4）外的螺旋式卸载设备（6）、传送带（7）、斗式升降机（8）、水合物气化端（9）、设置在地下储气罐（4）底部的底部加热器（10），所述斗式升降机（8）竖直设置，其顶端与水合物气化端（9）连接，底端连接传送带（7），传送带（7）的末端连接螺旋式卸载设备（6），螺旋式卸载设备（6）设在地下储气罐（4）内，在传送带（7）和斗式升降机（8）旁侧还设有制冷循环管路(11)；

所述主体地下储气库部分包括地下储气罐（4）、敷于地下储气罐（4）内表面的薄膜/制冷剂（5）、与地下储气罐（4）两侧贴紧地下连续墙（13），连续墙（13）的由内层到外层依次包裹绝热层（14）、混凝土衬砌（15）、防水层（16）和混凝土喷层（17）；

还包括冷能输送管路(12)，其一端连接制冷循环管路(11)的顶端，另一端连接输送泵管路（2）。

3.如权利要求2所述的一种基于水合物法的大型地下储气库，其特征在于：所述水合物的装载部分及水合物卸载部分分别布置于地下储气罐（4）的顶部和底部。能确保连续装载/卸载水合物。

4.如权利要求2所述的一种基于水合物法的大型地下储气库，其特征在于：所述地下储气罐（4）为常压容器，基本压力由储气罐金属板材和外围混凝土提供支撑，地下储气罐（4）为圆柱体，罐体材料用金属材料制成。