CN116480934A - 一种海上浮式二氧化碳封存与制备甲醇装备及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种海上浮式二氧化碳封存与制备甲醇装备及其使用方法，其中CO2海底封存及甲醇制备单元包括：液态CO2接收单元、液态CO2存储单元、CO2喂液单元、CO2计量单元、CO2注入单元、CO2加热单元，超临界CO2注入管汇单元；氢气接收和存储单元、气体压缩单元、甲醇合成单元、甲醇精馏和液化单元、液态甲醇存储单元、制氮单元、液态甲醇外输单元。本发明不仅实现超临界CO2在海底废弃油田的大量稳定存储，也充分利用海上风场“弃风弃电”制造的“绿氢”，实现CO2加氢制备甲醇的资源化再利用，尤其可在不同海域的废弃油气田进行作业，有较强的友好性、灵活性和可重复性，为CO2封存及再利用提供有效的应用方案。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳封存及利用领域，更具体地说，涉及一种海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备及其使用方法方法。
背景技术
碳捕获利用与封存(CCUS)作为一种新兴技术是减缓温室效应，减少CO2浓度的最有效的措施之一，其核心思想是将工业排放的CO2进行捕集后封存或利用。目前，现有技术均为陆地上CO2封存，但存在污染地下淡水、离生活区较近等风险。海底封存，尤其海底废弃油田封存，与陆上封存具有以下优势：海水压力和岩石盖层的阻隔使其密封性及安全性更高；可用于碳封存的海底储层分布广泛，应用潜力大，也易于选择封存地点；海底储存不仅远离淡水蓄水层，而且远离人居区，局部风险更小，环境友好性上更具优势；利用海上废弃油田进行碳封存，可大幅降低相应地质勘测及钻探开采的综合成本。但作为CO2海上封存的关键浮式装备还有待进一步开发，致使海上封存的进展步履维艰。
同时，CCUS最优方案不仅仅是海底封存，而是将CO2资源化、能源化，同时能产生经济效益。甲醇作为重要的化工原料和能源物质，广泛用于有机合成、农药、医药、涂料、汽车和国防等工业中。目前工业上合成甲醇仍旧依赖化石燃料，主要采用合成气催化转化路线，以煤炭经过气化后通过合成气(CO+H2)制备甲醇。此外，海上废弃油田附近通常有海上风场，而海上“弃风弃电”制造的“绿氢”存在诸多存储及运输技术难题。
发明内容
本发明提供了一种海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备及其使用方法，以解决现有技术均为陆地封存CO2存在污染地下淡水、离生活区较近等问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，浮式装备包括CO2海底封存及甲醇制备系统和船用支持系统两部分；所述CO2海底封存及甲醇制备系统包括CO2海底封存单元和甲醇制备单元；所述CO2海底封存单元包括：依次连通的液态CO2接收单元、液态CO2存储单元、CO2喂液单元、CO2计量单元、CO2注入单元、CO2加热单元，超临界CO2注入管汇单元；
所述CO2海底封存单元通过所述液态CO2接收单元接收CO2运输船驳运的液态CO2，并输送至所述液态CO2存储单元进行存储；所述CO2喂液单元从所述液态CO2存储单元泵出液态CO2经过所述CO2计量单元输送至所述CO2注入单元，所述CO2计量单元反馈信号控制所述CO2喂液单元的排量；经所述CO2注入单元加压后通过所述CO2加热单元调节温度变为超临界态CO2；调节超临界态CO2经所述注入管汇单元进行流量分配，进入注入立管实现废弃油田井口的同时注入封存；
所述甲醇制备单元包括：依次连通的氢气接收和存储单元、气体压缩单元、甲醇合成单元、甲醇精馏和液化单元、液态甲醇存储单元、制氮单元、液态甲醇外输单元；
所述甲醇制备单元通过所述氢气接收和存储单元接收输送氢气进行存储；并通过所述液态CO2存储单元、压缩CO2和氢的所述气体压缩单元输送CO2；同时所述CO2喂液单元出口处多余的CO2作为所述气体压缩单元的CO2原料来源；氢气和CO2原料经所述气体压缩单元分别加压至合成甲醇压力后，输送至所述甲醇合成单元进行制粗甲醇，所述粗甲醇进入所述甲醇精馏和液化单元进行提纯和液化处理，再进入所述液态甲醇存储单元进行存储；经所述液态甲醇外输单元卸货至靠泊的甲醇运输船；
所述浮式装备包括由上而下设置的第二甲板和第一甲板，所述第二甲板左舷上依次设有CO2喂液单元、所述CO2计量单元、所述CO2注入单元、所述CO2加热单元和所述超临界CO2注入管汇单元，所述液态CO2接收单元设置在所述第二甲板艉部的左舷并通过所述第一甲板设有的所述CO2存储单元与所述CO2喂液单元连通；所述第二甲板右舷上依次设有制氮单元、氢气接收和存储单元、气体压缩单元、甲醇合成单元、甲醇精馏和液化单元，并通过所述第一甲板上的所述液态甲醇存储单元与所述第二甲板艉部右舷的所述液态甲醇外输单元连通；
所述船用支持系统包括提供电力供给的发电机系统；提供冷却水供给的冷却水系统；提供消防保护的消防系统；为液态CO2存储单元操作时提供液货处理的CO2货物处理系统；为液态甲醇存储单元操作时提供液货处理的甲醇货物处理系统；艏部甲板系泊设备；以及船用常规系统。
优选的，所述液态甲醇存储单元包括设置于所述第一甲板右舷上的液态甲醇存储舱，所述CO2存储单元包括设置于所述第一甲板左舷上的液态CO2存储舱。
优选的，所述液态甲醇存储舱和所述液态CO2存储舱数量若干且一一对应设置。
优选的，所述制氮单元在所述甲醇存储单元维护时，提供氮气供应，进行干化及惰化操作。
优选的，所述CO2注入单元的压力为7.38～20MPa，温度为-55～60℃。
优选的，所述CO2加热单元的压力为7.38～20MPa，温度为0～80℃。
优选的，所述超临界CO2注入管汇单元的压力为7.38～20MPa，温度为31.4～80℃。
优选的，所述第一甲板1左舷和右舷外侧还对称设置若干压载舱装填压载水。
优选的，所述艏部甲板系泊设备设于第一甲板上；所述消防系统包括设于所述第二甲板艏部的艏部消防泵间；所述发电机系统包括设于第一甲板的艏部配电间；所述船用常规系统包括艉部辅设备间、艉部泵舱、生活区以及海底阀箱。
本发明不仅可实现超临界CO2在海底废弃油田的大量稳定存储，也可充分利用海上风场“弃风弃电”制造的“绿氢”，实现CO2加氢制备甲醇的资源化再利用，尤其可在不同海域的废弃油气田进行服务作业，具有较强的友好性、灵活性和可重复使用性。因此，本发明也为CO2封存及再利用技术提供一种有效的应用方案，且具有较大的应用前景。
附图说明
图1是本发明的浮式装备的系统流程框图；
图2是本发明的浮式装备第二甲板俯视图；
图3是本发明的浮式装备结构示意图；
图4是本发明的浮式装备第一甲板俯视图；
其中：1、第一甲板；2、第二甲板；11、CO2接收单元；12、CO2存储单元；13、CO2喂液单元；14、CO2计量单元；15、CO2注入单元；16、CO2加热单元；17、超临界CO2注入管汇单元；21、制氮单元；22、氢气接收和存储单元；23、气体压缩单元；24、甲醇合成单元；25、甲醇精馏和液化单元；26、液态甲醇存储单元；27、液态甲醇外输单元；31、发电机系统；32、冷却水系统；33、消防系统；34、CO2货物处理系统；35、甲醇货物处理系统；36、船用常规系统；40、生活区；50、艏部甲板系泊设备；60、艏部辅设备间；61、艏部配电间；62、艏部消防泵间；63、艉部主发电机间；64、艉部辅设备间；65、艉部泵舱；70、海底阀箱；80、压载舱；121、液态CO2存储舱；261、液态甲醇存储舱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如附图1所示，本发明图1是浮式装备的系统流程图，本发明浮体装备分为CO2海底封存及甲醇制备系统和船用支持系统两部分；其中CO2海底封存及甲醇制备系统包括CO2海底封存单元和甲醇制备单元；CO2海底封存单元包括：液态CO2接收单元11、液态CO2存储单元12、CO2喂液单元13、CO2计量单元14、CO2注入单元15、CO2加热单元16，超临界CO2注入管汇单元17。
CO2海底封存单元的具体流程：液态CO2接收单元11接收CO2运输船驳运的液态CO2，并输送至液态CO2存储单元12进行存储；CO2喂液单元13从液态CO2存储单元12泵出液态CO2，喂至CO2注入单元15，其间经CO2计量单元14，其可反馈信号控制CO2喂液单元13的排量；经液态CO2注入单元15加压和加热单元16温度调节处理后，变为超临界态CO2；最后，超临界态CO2经注入管汇单元17进行流量分配后，进入注入立管，最终实现废弃油田单井口/多井口的同时注入封存。
其中，超临界CO2注入封存单元的设计参数为：CO2注入单元的设计压力为7.38MPa至20MPa，设计温度为-55℃至60℃；CO2加热单元设计压力为7.38MPa至20MPa，设计温度为0℃至80℃；超临界CO2注入管汇单元设计压力为7.38MPa至20MPa，设计温度为31.4℃至80℃，即本发明制得的超临界态CO2压力7.38MPa至20MPa，温度31.4℃至80℃的CO2，其密度近于液体，粘度近于气体。
本发明浮式装备的甲醇制备单元包括：氢气接收单元和存储单元22、气体压缩单元23、甲醇合成单元24、甲醇精馏和液化单元25、液态甲醇存储单元26、制氮单元21、液态甲醇外输单元27。
本发明浮式装备的甲醇制备具体流程：氢气接收和存储单元22用于接收输送海上风场“弃风弃电”制造的“绿氢”，并进行存储；液态CO2存储单元12为用于压缩CO2和氢的气体压缩单元23输送CO2，此外，CO2喂液单元13出口处多余的CO2也作为气体压缩单元23的CO2原料来源；氢气和CO2原料经气体压缩单元23分别加压至合成甲醇压力需求后，输送至甲醇合成单元24进行制粗甲醇，然后粗甲醇进入甲醇精馏和液化单元25进行提纯和液化处理，再进入液态甲醇存储单元26进行存储；最后，经液态甲醇外输单元27卸货至靠泊的甲醇运输船。制氮单元21在甲醇存储单元维护时，提供氮气供应，以进行干化操作及惰化操作等。
具体如附由图2所示，本发明浮式装备第二甲板2俯视图，浮式装备的CO2海底封存单元包括CO2喂液单元13、CO2计量单元14、CO2注入单元15、CO2加热单元16和超临界CO2注入管汇单元17依次连通并设置在第二甲板2的左舷；浮式装备的甲醇制备单元包括制氮单元21以及依次连通的氢气存储单元22、气体压缩单元23、甲醇合成单元24、甲醇精馏和液化单元25、液态甲醇存储单元26、液态甲醇外输单元27，制氮单元21、氢气接收和存储单元22、气体压缩单元23、甲醇合成单元24、甲醇精馏和液化单元25设置在在第二甲板2的右舷；液态CO2接收单元11设置在浮式装备第二甲板2艉部的左舷并通过第一甲板1设有的CO2存储单元12与CO2喂液单元13连通，液态甲醇外输单元27设置在浮式装备第二甲板2艉部的右舷；此外，第二甲板2上还设有生活区40为工作人员的日常起居区；第二甲板2上还设有艏部甲板系泊设备50及管廊区为浮式装备的系泊设备和管路。
具体如附图3所示，本发明浮式装备的结构示意图，包括由上而下设置的第二甲板2和第一甲板1以及设置于第二甲板2右舷上的制氮单元21以及依次连通的氢气接收和存储单元22、气体压缩单元23、甲醇合成单元24、甲醇精馏和液化单元25，并通过第一甲板1上的液态甲醇存储单元26与第二甲板2艉部右舷的液态甲醇外输单元27连通；第一甲板1艏部设有艏部辅设备间60、艏部配电间61、第二甲板2艏部设有艏部消防泵间62，第一甲板1艉部设有艉部辅设备间64、艉部泵舱65以及海底阀箱70，其中艏部配电间61设置于第一甲板1上，艏部甲板系泊设备50、艏部消防泵间62设置于第二甲板2上；压载舱80、液态甲醇存储单元26及其包括的液态甲醇存储舱261、CO2存储单元12及其包括的液态CO2存储舱121设置于第一甲板1上。
浮式装备同时为实现CO2海上封存及甲醇制备所需船用支持系统提供的辅助功能：发电机系统31为浮式装备全船提供电力供给；冷却水系统32为全船有冷却需求的设备单元提供冷却水供给；消防系统33为全船提供消防保护；CO2货物处理系统34为液态CO2存储单元12操作时提供液货处理功能；甲醇货物处理系统35为液态甲醇存储单元26操作时提供液货处理功能；船用常规系统，如压载水等，用于保证浮式装备船体部分安全正常运行。
具体如附图4所示，本发明浮式装备第一甲板1的俯视图，第一甲板1上设有艉部主发电机间63和艏部配电间61；第一甲板1左舷设有液态甲醇存储单元26及其包括的若干液态甲醇存储舱261；第一甲板1右舷对应设有CO2存储单元12及其包括的若干液态CO2存储舱121，即若干液态甲醇存储舱261和若干液态CO2存储舱121左右对称设置；若干压载舱80对称排布于第一甲板1左舷和右舷外侧。
本发明不仅可实现超临界CO2在海底废弃油田的大量稳定存储，也可充分利用海上风场“弃风弃电”制造的“绿氢”，实现CO2以加氢制备甲醇形式的资源化，尤其可在不同海域的废弃油气田进行服务作业，具有较强的友好性、灵活性和可重复使用性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，其特征在于，浮式装备包括CO2海底封存及甲醇制备系统和船用支持系统两部分；所述CO2海底封存及甲醇制备系统包括CO2海底封存单元和甲醇制备单元；所述CO2海底封存单元包括：依次连通的液态CO2接收单元(11)、液态CO2存储单元(12)、CO2喂液单元(13)、CO2计量单元(14)、CO2注入单元(15)、CO2加热单元(16)，超临界CO2注入管汇单元(17)；
所述CO2海底封存单元通过所述液态CO2接收单元(11)接收CO2运输船驳运的液态CO2，并输送至所述液态CO2存储单元(12)进行存储；所述CO2喂液单元(13)从所述液态CO2存储单元(12)泵出液态CO2经过所述CO2计量单元(14)输送至所述CO2注入单元(15)，所述CO2计量单元(14)反馈信号控制所述CO2喂液单元(13)的排量；经所述CO2注入单元(15)加压后通过所述CO2加热单元(16)调节温度变为超临界态CO2；调节超临界态CO2经所述注入管汇单元(17)进行流量分配，进入注入立管实现废弃油田井口的同时注入封存；
所述甲醇制备单元包括：依次连通的氢气接收和存储单元(22)、气体压缩单元(23)、甲醇合成单元(24)、甲醇精馏和液化单元(25)、液态甲醇存储单元(26)、制氮单元(21)、液态甲醇外输单元(27)；
所述甲醇制备单元通过所述氢气接收和存储单元(22)接收输送氢气进行存储；并通过所述液态CO2存储单元(12)、压缩CO2和氢的所述气体压缩单元(23)输送CO2；同时所述CO2喂液单元(13)出口处多余的CO2作为所述气体压缩单元(23)的CO2原料来源；氢气和CO2原料经所述气体压缩单元(23)分别加压至合成甲醇压力后，输送至所述甲醇合成单元(24)进行制粗甲醇，所述粗甲醇进入所述甲醇精馏和液化单元(25)进行提纯和液化处理，再进入所述液态甲醇存储单元(26)进行存储；经所述液态甲醇外输单元(27)卸货至靠泊的甲醇运输船；
所述浮式装备包括由上而下设置的第二甲板(2)和第一甲板(1)，所述第二甲板2左舷上依次设有CO2喂液单元(13)、所述CO2计量单元(14)、所述CO2注入单元(15)、所述CO2加热单元(16)和所述超临界CO2注入管汇单元(17)，所述液态CO2接收单元(11)设置在所述第二甲板(2)艉部的左舷并通过所述第一甲板(1)设有的所述CO2存储单元(12)与所述CO2喂液单元(13)连通；所述第二甲板(2)右舷上依次设有制氮单元(21)、氢气接收和存储单元(22)、气体压缩单元(23)、甲醇合成单元(24)、甲醇精馏和液化单元(25)，并通过所述第一甲板(1)上的所述液态甲醇存储单元(26)与所述第二甲板(2)艉部右舷的所述液态甲醇外输单元(27)连通；
所述船用支持系统包括提供电力供给的发电机系统(31)；提供冷却水供给的冷却水系统(32)；提供消防保护的消防系统(33)；为液态CO2存储单元(12)操作时提供液货处理的CO2货物处理系统(34)；为液态甲醇存储单元(26)操作时提供液货处理的甲醇货物处理系统(35)；艏部甲板系泊设备(50)；以及船用常规系统；
所述超临界态CO2为压力7.38～20MPa且温度31.4～80℃的CO2。
2.根据权利要求1所述海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，其特征在于，所述液态甲醇存储单元(26)包括设置于所述第一甲板(1)右舷上的液态甲醇存储舱(261)，所述CO2存储单元(12)包括设置于所述第一甲板(1)左舷上的液态CO2存储舱(121)。
3.根据权利要求2所述海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，其特征在于，所述液态甲醇存储舱(261)和所述液态CO2存储舱(121)数量若干且一一对应设置。
4.根据权利要求1所述海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，其特征在于，所述制氮单元(21)在所述甲醇存储单元(26)维护时，提供氮气供应，进行干化及惰化操作。
5.根据权利要求1所述海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，其特征在于，所述CO2注入单元(15)的压力为7.38～20MPa，温度为-55～60℃。
6.根据权利要求1所述海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，其特征在于，所述CO2加热单元(16)的压力为7.38～20MPa，温度为0～80℃。
7.根据权利要求1所述海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，其特征在于，所述超临界CO2注入管汇单元(17)的压力为7.38～20MPa，温度为31.4～80℃。
8.根据权利要求1所述海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，其特征在于，所述第一甲板1左舷和右舷外侧还对称设置若干压载舱(80)装填压载水。
9.根据权利要求1所述海上浮式二氧化碳封存及制备甲醇的装备，其特征在于，所述艏部甲板系泊设备(50)设于第一甲板(1)上；所述消防系统(33)包括设于所述第二甲板(2)艏部的艏部消防泵间(62)；所述发电机系统(31)包括设于第一甲板(1)的艏部配电间(61)；所述船用常规系统包括艉部辅设备间(64)、艉部泵舱(65)、生活区(40)以及海底阀箱(70)。
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