CN117780309A - 可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，设置于海上作业平台上，包括可燃冰开采单元、天然气热电联产单元、重整制氢单元、空气分离单元、制氨单元和碳封存单元。相比于现有技术，本发明的一体化系统将可燃冰开采、制氢制氨、二氧化碳捕集与封存功能集成于一体，实现了可燃冰的就地利用。该一体化系统所需的可燃冰、海水均可就地取材，不仅节约了运输成本，也减少了运输过程带来的碳排放。另外，天然气燃烧过程产生的二氧化碳可就地封存在海底，降低了二氧化碳的封存成本。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用技术领域，特别是涉及一种可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统。
背景技术
天然气水合物俗称“可燃冰”，是水与以天然气成分为主的客体气体在高压低温条件下生成的类冰类物质，其储量巨大，被誉为21世纪最有前景的接替能源。现有技术中，可燃冰需要以液化天然气的方式运输至特定的位置后才能实现利用。因为氢能有着高热值和利用过程零碳排放的优点，所以制氢是一种理想的二次能源生产方式，在天然气制氢技术中重整制氢有着较高的能源利用效率，但天然气制重整氢过程中存在二氧化碳排放量大的问题，所以一般天然气制氢技术结合碳封存技术的“蓝氢”作为制氢技术实践的主流，但传统的“蓝氢”生产方式并没有做到“因地制宜”，其在天然气运输以及二氧化碳减排过程中会产生大量资源消耗和碳排放。
发明内容
本发明的目的是提供一种可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，将可燃冰开采、制氢制氨、二氧化碳捕集与封存功能集成于一体，实现可燃冰零碳排放地就地利用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，设置于海上作业平台上，包括可燃冰开采单元、天然气热电联产单元、重整制氢单元、空气分离单元、制氨单元和碳封存单元；
所述可燃冰开采单元用于开采天然气水合物得到天然气；所述天然气热电联产单元与所述可燃冰开采单元连接，用于通过燃烧天然气的方式产生热能和储存电能；所述重整制氢单元连接所述可燃冰开采单元，利用所述可燃冰开采单元得到的天然气和所述天然气热电联产单元产生的热能进行海水蒸发和重整制氢；所述分离单元利用所述天然气热电联产单元储存的电能，采用低温液化的方式从空气中分离出氮和氧并分别存储；所述制氨单元分别连接所述重整制氢单元和所述分离单元，利用所述天然气热电联产单元产生的热能制氨；所述碳封存单元分别连接所述天然气热电联产单元和所述制氢单元，对天然气燃烧过程中和重整制氢过程中产生的二氧化碳进行捕集和封存。
优选地，所述可燃冰开采单元包括依次连接的钻井开采装置、净化装置和天然气储罐。
优选地，所述可燃冰开采单元还包括电控流量阀，所述电控流量阀的输入端连接所述天然气储罐，所述电控流量阀的第一输出端连接所述天然气热电联产单元，所述电控流量阀的第二输出端连接所述重整制氢单元，以将天然气按需分配给所述天然气热电联产单元与所述重整制氢单元。
优选地，所述天然气热电联产单元包括发电供热燃气轮机、除水装置、蓄电池组、第一换热器、第二换热器和第三换热器；所述发电供热燃气轮机连接所述电控流量阀的第一输出端，以接收天然气；所述除水装置用于滤除气体燃烧后的水分；所述蓄电池组用于储存所述发电供热燃气轮机得到的电能，所述第一换热器、所述第二换热器和所述第三换热器均用于将所述发电供热燃气轮机产生的热能供给其它装置。
优选地，所述重整制氢单元包括蒸发装置、混合器、重整制氢装置和二氧化碳捕集装置；所述蒸发装置用于蒸发海水，所述第一换热器为所述蒸发装置供热；所述混合器的两个输入端分别连接所述电控流量阀的第二输出端和所述蒸发装置的输出端，以将海水蒸发得到的水蒸气与天然气进行混合；所述重整制氢装置的输入端连接所述混合器的输出端，以通过重整制氢的方式得到氢气和二氧化碳，所述第二换热器为所述重整制氢装置供热；所述二氧化碳捕集装置用于分离所述重整制氢装置输出产物中的二氧化碳和氢。
优选地，所述空气分离单元包括空气分离装置、氧储罐和氮储罐，所述空气分离装置将空气分离出氮和氧并分别注入所述氧储罐和所述氮储罐；所述氧储罐连接所述发电供热燃气轮机，以向所述发电供热燃气轮机供氧。
优选地，所述制氨单元包括制氨装置、氢储罐和氨储罐，所述氢储罐分别连接所述二氧化碳捕集装置、所述制氨装置，以接收所述二氧化碳捕集装置输出的氢，并向所述制氨装置输送氢；所述氮储罐连接所述制氨装置，以向所述制氨装置输送氮；所述制氨装置用于将氢与氮合成为氨，所述第三换热器为所述制氨装置供热；所述制氨装置连接所述氨储罐，以将制得的氨储存在所述氨储罐内。
优选地，所述碳封存单元包括二氧化碳储罐和二氧化碳封存装置，所述二氧化碳储罐分别连接所述除水装置和所述二氧化碳捕集装置，以接收所述除水装置和所述二氧化碳捕集装置输出的二氧化碳；所述碳封存装置连接所述二氧化碳储罐，以封存二氧化碳。
优选地，所述可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统还包括氨输送单元，所述氨输送单元用于将所述氨储罐中的氨向岸边输送。
优选地，所述氨输送单元包括运输船和输气管道中的至少一种，所述运输船用于将所述氨储罐向岸边输送，所述输气管道用于仅将所述氨储罐中的氨向岸边输送。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的一体化系统将可燃冰开采、制氢制氨、二氧化碳捕集与封存功能集成于一体，实现了可燃冰的就地利用。该一体化系统所需的可燃冰、海水均可就地取材，不仅节约了运输成本，也减少了运输过程带来的碳排放。另外，天然气燃烧过程产生的二氧化碳可就地封存在海底，降低了二氧化碳的封存成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统的示意图。
附图标记说明：11-钻井开采装置；12-净化装置；13-天然气储罐；14-电控流量阀；21-发电供热燃气轮机；22-除水装置；23-蓄电池组；24-第一换热器；25-第二换热器；26-第三换热器；31-蒸发装置；32-混合器；33-重整制氢装置；34-二氧化碳捕集装置；41-空气分离装置；42-氧储罐；43-氮储罐；51-制氨装置；52-氢储罐；53-氨储罐；61-二氧化碳储罐；62-二氧化碳封存装置；71-压缩机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，将可燃冰开采、制氢制氨、二氧化碳捕集与封存功能集成于一体，实现可燃冰零碳排放地就地利用
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，本实施例提供一种可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，设置于海上作业平台上，包括可燃冰开采单元、天然气热电联产单元、重整制氢单元、空气分离单元、制氨单元和碳封存单元。
可燃冰开采单元用于开采天然气水合物得到天然气。天然气热电联产单元与可燃冰开采单元连接，用于通过燃烧天然气的方式产生热能和储存电能。重整制氢单元连接可燃冰开采单元，利用可燃冰开采单元得到的天然气和天然气热电联产单元产生的热能进行海水蒸发和重整制氢。分离单元利用天然气热电联产单元储存的电能，采用低温液化的方式从空气中分离出氮和氧并分别存储。制氨单元分别连接重整制氢单元和分离单元，利用天然气热电联产单元产生的热能制氨。碳封存单元分别连接天然气热电联产单元和制氢单元，对天然气燃烧过程中和重整制氢过程中产生的二氧化碳进行捕集和封存。
本实施例的一体化系统将可燃冰开采、重整制氢、制氨、二氧化碳捕集与封存功能集成于一体，实现了可燃冰的就地利用。该一体化系统所需的可燃冰、海水均可就地取材，不仅节约了运输成本，也减少了运输过程带来的碳排放。另外，天然气燃烧过程产生的二氧化碳可就地封存在海底，降低了二氧化碳的封存成本。
作为一种可能的示例，可燃冰开采单元包括依次连接的钻井开采装置11、净化装置12和天然气储罐13。钻井开采装置11用于开采可燃冰，净化装置12用于净化开采后的可燃冰，得到天然气，天然气储罐13用于天然气。
具体的，钻井开采装置11可采用较为成熟的降压开采装置，该装置基于深水钻井平台技术，将地层压裂至水合物矿藏的游离气层，并布置套管、井筒、防砂网等结构，通过抽吸的方式获得天然气。净化装置12适于去除可燃冰中的杂质气体、水以及部分液相轻烃，得到天然气。
作为一种可能的示例，可燃冰开采单元还包括电控流量阀14，电控流量阀14的输入端连接天然气储罐13，电控流量阀14的第一输出端连接天然气热电联产单元，电控流量阀14的第二输出端连接重整制氢单元，以将天然气按需分配给天然气热电联产单元与重整制氢单元，起到对天然气的流量进行分配的作用。
作为一种可能的示例，天然气热电联产单元包括发电供热燃气轮机21、除水装置22、蓄电池组23、第一换热器24、第二换热器25和第三换热器26。发电供热燃气轮机21连接电控流量阀14的第一输出端，以接收天然气。除水装置22用于滤除气体燃烧后的水分。蓄电池组23用于储存发电供热燃气轮机21得到的电能，第一换热器24、第二换热器25和第三换热器26均用于将发电供热燃气轮机21产生的热能供给其它装置。
第一换热器24提供蒸发装置31所需的100℃以上的温度，第二换热器25经压缩机71增压后提供重整制氢装置33所需的900～1000℃的温度，第三换热器26提供制氨装置51所需的500℃左右的温度。
作为一种可能的示例，重整制氢单元包括蒸发装置31、混合器32、重整制氢装置33和二氧化碳捕集装置34。蒸发装置31用于蒸发海水，第一换热器24为蒸发装置31供热。混合器32的两个输入端分别连接电控流量阀14的第二输出端和蒸发装置31的输出端，以将海水蒸发得到的水蒸气与天然气进行混合。重整制氢装置33的输入端连接混合器32的输出端，以通过重整制氢的方式得到氢气和二氧化碳，第二换热器25为重整制氢装置33供热。二氧化碳捕集装置34用于分离重整制氢装置33输出产物中的二氧化碳和氢。
通入混合器32的天然气与水蒸气的比例为1:2，重整制氢装置33采用膜式反应器和镍负载的氧化铝催化剂。
作为一种可能的示例，空气分离单元包括空气分离装置41、氧储罐42和氮储罐43，空气分离装置41将空气分离出氮和氧并分别注入氧储罐42和氮储罐43。氧储罐42连接发电供热燃气轮机21，以向发电供热燃气轮机21供氧。
空气分离装置41利用蓄电池组23的电能制冷，对压缩空气进行液化处理，并利用蒸馏方式对空气进行分离，分离出的氮和氧分别由氮储罐43和氧储罐42进行存储。
作为一种可能的示例，制氨单元包括制氨装置51、氢储罐52和氨储罐53，氢储罐52分别连接二氧化碳捕集装置34、制氨装置51，以接收二氧化碳捕集装置34输出的氢，并向制氨装置51输送氢。氮储罐43连接制氨装置51，以向制氨装置51输送氮。制氨装置51用于将氢与氮合成为氨，第三换热器26为制氨装置51供热。制氨装置51连接氨储罐53，以将制得的氨储存在氨储罐53内。
作为一种可能的示例，碳封存单元包括二氧化碳储罐61和二氧化碳封存装置62，二氧化碳储罐61分别连接除水装置22和二氧化碳捕集装置34，以接收除水装置22和二氧化碳捕集装置34输出的二氧化碳。碳封存装置连接二氧化碳储罐61，以封存二氧化碳。
具体地，二氧化碳封存技术采用公开号为CN116255198A的专利中所描述的二氧化碳封存方法。碳封存单元通过将开采的天然气就地燃烧产生的二氧化碳就地封存于海底，降低了封存成本。
作为一种可能的示例，还包括氨输送单元，氨输送单元用于将氨储罐53中的氨向岸边输送。
作为一种可能的示例，氨输送单元包括运输船和输气管道中的至少一种，运输船用于将氨储罐53向岸边输送，输气管道用于仅将氨储罐53中的氨向岸边输送。实际运行时，可在岸边建设接收码头，提高氨储罐53的转运效率。
可以理解的是，本实施例于各储罐的入口设置压缩机71，压缩机71的动力来源可以是蓄电池组23储存的电力，也可以通过机械传动的方式，将发电供热燃气轮机21的动能传输至压缩机71。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，设置于海上作业平台上，包括可燃冰开采单元、天然气热电联产单元、重整制氢单元、空气分离单元、制氨单元和碳封存单元；
所述可燃冰开采单元用于开采天然气水合物得到天然气；所述天然气热电联产单元与所述可燃冰开采单元连接，用于通过燃烧天然气的方式产生热能和储存电能；所述重整制氢单元连接所述可燃冰开采单元，利用所述可燃冰开采单元得到的天然气和所述天然气热电联产单元产生的热能进行海水蒸发和重整制氢；所述分离单元利用所述天然气热电联产单元储存的电能，采用低温液化的方式从空气中分离出氮和氧并分别存储；所述制氨单元分别连接所述重整制氢单元和所述分离单元，利用所述天然气热电联产单元产生的热能制氨；所述碳封存单元分别连接所述天然气热电联产单元和所述制氢单元，对天然气燃烧过程中和重整制氢过程中产生的二氧化碳进行捕集和封存。
2.根据权利要求1所述的可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，所述可燃冰开采单元包括依次连接的钻井开采装置、净化装置和天然气储罐。
3.根据权利要求2所述的可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，所述可燃冰开采单元还包括电控流量阀，所述电控流量阀的输入端连接所述天然气储罐，所述电控流量阀的第一输出端连接所述天然气热电联产单元，所述电控流量阀的第二输出端连接所述重整制氢单元，以将天然气按需分配给所述天然气热电联产单元与所述重整制氢单元。
4.根据权利要求3所述的可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，所述天然气热电联产单元包括发电供热燃气轮机、除水装置、蓄电池组、第一换热器、第二换热器和第三换热器；所述发电供热燃气轮机连接所述电控流量阀的第一输出端，以接收天然气；所述除水装置用于滤除气体燃烧后的水分；所述蓄电池组用于储存所述发电供热燃气轮机得到的电能，所述第一换热器、所述第二换热器和所述第三换热器均用于将所述发电供热燃气轮机产生的热能供给其它装置。
5.根据权利要求4所述的可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，所述重整制氢单元包括蒸发装置、混合器、重整制氢装置和二氧化碳捕集装置；所述蒸发装置用于蒸发海水，所述第一换热器为所述蒸发装置供热；所述混合器的两个输入端分别连接所述电控流量阀的第二输出端和所述蒸发装置的输出端，以将海水蒸发得到的水蒸气与天然气进行混合；所述重整制氢装置的输入端连接所述混合器的输出端，以通过重整制氢的方式得到氢气和二氧化碳，所述第二换热器为所述重整制氢装置供热；所述二氧化碳捕集装置用于分离所述重整制氢装置输出产物中的二氧化碳和氢。
6.根据权利要求5所述的可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，所述空气分离单元包括空气分离装置、氧储罐和氮储罐，所述空气分离装置将空气分离出氮和氧并分别注入所述氧储罐和所述氮储罐；所述氧储罐连接所述发电供热燃气轮机，以向所述发电供热燃气轮机供氧。
7.根据权利要求6所述的可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，所述制氨单元包括制氨装置、氢储罐和氨储罐，所述氢储罐分别连接所述二氧化碳捕集装置、所述制氨装置，以接收所述二氧化碳捕集装置输出的氢，并向所述制氨装置输送氢；所述氮储罐连接所述制氨装置，以向所述制氨装置输送氮；所述制氨装置用于将氢与氮合成为氨，所述第三换热器为所述制氨装置供热；所述制氨装置连接所述氨储罐，以将制得的氨储存在所述氨储罐内。
8.根据权利要求7所述的可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，所述碳封存单元包括二氧化碳储罐和二氧化碳封存装置，所述二氧化碳储罐分别连接所述除水装置和所述二氧化碳捕集装置，以接收所述除水装置和所述二氧化碳捕集装置输出的二氧化碳；所述碳封存装置连接所述二氧化碳储罐，以封存二氧化碳。
9.根据权利要求8所述的可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，还包括氨输送单元，所述氨输送单元用于将所述氨储罐中的氨向岸边输送。
10.根据权利要求9所述的可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统，其特征在于，所述氨输送单元包括运输船和输气管道中的至少一种，所述运输船用于将所述氨储罐向岸边输送，所述输气管道用于仅将所述氨储罐中的氨向岸边输送。
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| CN202311809488.8A CN117780309A (zh) | 2023-12-26 | 2023-12-26 | 可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统 |
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|---|---|
| CN117780309A true CN117780309A (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=90393851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311809488.8A Pending CN117780309A (zh) | 2023-12-26 | 2023-12-26 | 可燃冰开采、天然气重整制氢与碳捕集封存一体化系统 |
Country Status (1)
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-
2023
- 2023-12-26 CN CN202311809488.8A patent/CN117780309A/zh active Pending
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