DE102016118662A1

DE102016118662A1 - Method and apparatus for recovering methane from methane hydrate

Info

Publication number: DE102016118662A1
Application number: DE102016118662.7A
Authority: DE
Inventors: Torsten Kleinen
Original assignee: Mhwirth GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05

Abstract

Bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Gewinnung von Methan aus Methanhydrat wobei methanhydrathaltiger Meeresboden abgetragen und der Abtrag von einer in einer Förderleitung (2) zur Wasseroberfläche (O) hin erzeugten Wasserströmung (S) mitgerissen und gefördert wird, wird zur Erzeugung der Wasserströmung (S) unter der Wasseroberfläche (O) Methangas in die Förderleitung (2) eingeleitet.In a method or a device for obtaining methane from methane hydrate with methanhydrathaltiger seabed removed and the removal of a in a feed line (2) to the water surface (O) generated by water flow (S) is entrained and promoted, is to generate the water flow ( S) under the water surface (O) methane gas introduced into the delivery line (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gewinnung von Methan aus Methanhydrat.The invention relates to a method and an apparatus for recovering methane from methane hydrate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energiebilanz bei der Gewinnung von Methan aus Methanhydrat zu verbessern. The invention has for its object to improve the energy balance in the production of methane from methane.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und durch die in Anspruch 5 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.This object is achieved by the reproduced in claim 1 method and by the reproduced in claim 5 device.

Erfindungsgemäß wird methanhydrathaltiger Meeresboden abgetragen und der Abtrag von einer in einer Förderleitung zur Wasseroberfläche hin erzeugten Wasserströmung mitgerissen und gefördert. Zur Erzeugung der Wasserströmung wird unter der Wasseroberfläche Methangas in die Förderleitung eingeleitet. Da dieses Methangas – wie bevorzugt – aus während des laufenden Fördervorgangs bereits gefördertem Methanhydrat gewonnen werden kann, kann während des laufenden Verfahrens ein Teil des Methangases eben zur Förderung verwendet werden. Es können somit Zusatzvorrichtungen und das energieintensive Bereitstellen von unter Druck befindlichem Gas anderer Art, beispielsweise von Druckluft zur Anwendung des bekannten Luft-Hebeverfahrens während des laufenden Fördervorgangs vermieden werden. According to the invention methanhydrate-containing seabed is removed and entrained the removal of a water flow generated in a delivery line to the water surface and promoted. To generate the water flow, methane gas is introduced into the delivery line below the water surface. Since this methane gas can be obtained from methane hydrate already conveyed during the current production process, as is preferred, a portion of the methane gas can just be used for the production during the ongoing process. It is thus possible to avoid additional devices and the energy-intensive provision of pressurized gas of a different kind, for example compressed air for the application of the known air lifting method during the current conveying process.

Wenn – wie bevorzugt – das in die Förderleitung eingeleitete Methangas aus dem laufenden Gewinnungsprozess stammt, kann es lediglich erforderlich sein, den Fördervorgang zu starten, indem zunächst separat bereitgestelltes, unter Druck stehendes Gas in die Förderleitung eingeleitet wird. Hierbei kann es sich grundsätzlich um jedes beliebige Gas, insbesondere auch um Druckluft handeln.If, as is preferred, the methane gas introduced into the delivery line originates from the current production process, it may only be necessary to start the production process by initially introducing separately supplied, pressurized gas into the delivery line. This can basically be any gas, in particular also compressed air.

Um jedoch zu vermeiden, dass korrosiv wirkender Sauerstoff mit Druckluft in das Innere der Förderleitung gelangt und um die Gefahr einer stark exothermen Reaktion geförderter Bestandteile mit Sauerstoff zu reduzieren, ist es bevorzugt, unter Druck stehendes Methangas zum Start des Fördervorgangs einzuleiten. Hierzu kann Methangas beispielsweise in einem separaten Druckbehälter bereitgestellt werden. Zum Start des Fördervorgangs wird das Methangas vorzugsweise unter einem Druck von 0,1 bis 0,5 MPa in einem Methangastank bereitgestellt, auf einen Druck im Bereich von vorzugsweise 3 bis 5 MPa komprimiert und in die Förderleitung eingeleitet. Besonders bevorzugt wird der Methangasdruck so eingestellt bzw. geregelt, dass ein gewünschter Volumenstrom an Abtrag gefördert wird. However, in order to avoid that corrosive oxygen with compressed air enters the interior of the delivery line and to reduce the risk of a highly exothermic reaction of subsidized components with oxygen, it is preferable to initiate pressurized methane gas to start the delivery process. For this purpose, methane gas may for example be provided in a separate pressure vessel. To start the conveying process, the methane gas is preferably provided under a pressure of 0.1 to 0.5 MPa in a methane gas tank, compressed to a pressure in the range of preferably 3 to 5 MPa and introduced into the delivery line. Particularly preferably, the methane gas pressure is adjusted or regulated in such a way that a desired volume flow of removal is promoted.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von Methan aus Methanhydrat umfasst dementsprechend Abtragsmittel zum Abtrag von methanhydrathaltigem Meeresboden, eine Förderleitung zum Fördern des Abtrags vom Meeresboden, einen Methangastank, in dem vorzugsweise gefördertes oder aus dem Abtrag durch prozesstechnische Aufbereitung gewonnenes Methangas zum Transport an Land speicherbar ist, eine an den Methangastank und an die Förderleitung unter der Wasseroberfläche angeschlossene Gasleitung, und vorzugsweise Ventilmittel, mit denen der Methangastank wahlweise über die Gasleitung mit der Förderleitung verbindbar ist. Nachdem – wie zuvor beschrieben – im Bedarfsfall der Fördervorgang durch separat bereitgestelltes Druckgas in Gang gesetzt worden ist, kann vorzugsweise mit Hilfe dieser Vorrichtung ein Teil des gewonnenen Methangases zur Aufrechterhaltung des Fördervorgangs verwendet werden. A device according to the invention for carrying out the method according to the invention for the production of methane from methane hydrate accordingly comprises removal means for removing methanhydrate-containing seabed, a conveying line for conveying the removal from the seabed, a methane gas tank, in which preferably extracted methane gas or from the removal by process-technical treatment obtained methane gas for transport can be stored on land, a gas line connected to the methane gas tank and to the delivery line below the water surface, and preferably valve means with which the methane gas can be selectively connected via the gas line to the delivery line. After-as described above-if, as required, the delivery process has been initiated by separately supplied compressed gas, it is possible with the aid of this device to use part of the methane gas obtained to maintain the delivery process.

Die Ventilmittel können vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass der Volumenstrom und/oder der Druck, unter welchem Methangas in die Förderleitung einströmt, veränderbar ist. Aufgrund dieser Maßnahme ist es möglich, durch Veränderung des Volumenstroms und/oder des Drucks des Methangases den Volumenstrom des geförderten Abtrags vom Meeresboden zu beeinflussen, insbesondere im Sinne einer Sollwerterzielung zu steuern oder zu regeln. Letzteres, wenn – wie bevorzugt – Mittel zur Erfassung der Fördermenge an Abraum pro Zeiteinheit, vorzugsweise Volumenstrom-Erfassungsmittel vorgesehen und – wie besonders bevorzugt – derart ausgebildet und mit den Ventilmitteln derart verbunden sind, dass die Ventilmittel im Sinne der Erzielung eines Volumenstrom-Sollwertes ansteuerbar sind. The valve means may preferably be designed such that the volume flow and / or the pressure under which methane gas flows into the delivery line can be changed. By virtue of this measure, it is possible to influence the volume flow of the conveyed removal from the seabed by changing the volume flow and / or the pressure of the methane gas, in particular to control or regulate it in the sense of a desired value. The latter, if - as preferred - means for detecting the flow rate of overburden per unit time, preferably provided volume flow detection means and - as particularly preferred - designed and connected to the valve means such that the valve means in the sense of achieving a volume flow setpoint controllable are.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, die – rein schematisch – ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, weiter erläutert werden.The invention will now be explained with reference to the accompanying drawing, which - purely schematically - an embodiment of a device according to the invention will be further explained.

Die als Ganzes mit 100 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine schwimmende Versorgungseinrichtung 1. Sie ragt über die Wasseroberfläche O heraus. Sie dient unter anderem der Bereitstellung und dem Handling von in der Zeichnung nicht erkennbaren Segmenten, die zu einer Förderleitung 2 zusammenfügbar sind, welche von einer als Ganzes mit 3 bezeichneten Abtragseinrichtung zum Abtrag von Meeresboden M, in welchem sich Methanhydrat H und gegebenenfalls auch gasförmiges Methan G befindet, bis zur Versorgungseinrichtung 1 reicht. The as a whole with 100 designated device according to the invention comprises a floating supply device 1 , It protrudes over the water surface O out. It serves, among other things, the provision and handling of segments which are not recognizable in the drawing and which lead to a delivery line 2 which are of one as a whole with 3 designated ablation device for removing seabed M, in which methane hydrate H and optionally also gaseous methane G is located, to the supply device 1 enough.

Die Abtragseinrichtung 3 umfasst eine Drehantriebseinrichtung 4 mit einem Gehäuse 5, in welchem ein in der Zeichnung nicht erkennbarer, motorischer Drehantrieb vorgesehen ist. Der Drehantrieb dient der Rotation eines Abtragsmittels 6, welches als um eine etwa senkrecht zum Meeresboden verlaufende Achse rotierbarer Abtragskopf 7 ausgebildet ist. Er weist eine im Wesentlichen kegelförmige Außenkontur mit einer Bohrspitze 8 auf. Aufgrund der kegelförmigen Außenkontur und der Bohrspitze 8 wird vermieden, dass der Abtragskopf 7 insbesondere dann, wenn der Meeresboden im Bereich des Abtrags seitlich abfällt, seitlich „auswandert“.The removal device 3 includes a rotary drive device 4 with a housing 5 , in which a not shown in the drawing, motorized rotary drive is provided. The rotary drive serves to rotate a removal agent 6 which as about an approximately perpendicular to the seabed axis rotatable Abtragskopf 7 is trained. It has a substantially conical outer contour with a drill bit 8th on. Due to the conical outer contour and the drill bit 8th This avoids that the Abtragskopf 7 especially when the seabed drops sideways in the area of the removal, laterally "emigrates".

Der Abtragskopf 7 weist in seiner Kegelfläche eine bis an die Bohrspitze 8 heranreichende Aufnahmeöffnung 9 auf. Sie dient der Aufnahme des mittels des Abtragskopfes 7 gelösten Abtrag an Meeresboden. The erosion head 7 has in its conical surface up to the drill bit 8th sufficient reception opening 9 on. It serves to receive the means of Abtragskopfes 7 dissolved removal of seabed.

Die Abtragseinrichtung umfasst des Weiteren entsprechend des Pfeiles P1 vorzugsweise teleskopisch längenveränderbare Standbeine 10, welche seitlich an das Gehäuse 5 angelenkt sind und über welche das Gehäuse 5 auf dem Meeresboden M ruht. Die Standbeine 10 dienen auch der Aufnahme von Reaktionskräften, die durch die Rotation des Abtragskopfs 7 verursacht in den Meeresboden M eingeleitet werden müssen. The removal device further comprises according to the arrow P1 preferably telescopically variable length legs 10 , which laterally to the housing 5 are articulated and about which the housing 5 resting on the seabed M. The legs 10 are also used to absorb reaction forces caused by the rotation of the Abtragskopfs 7 caused to be introduced into the seabed M.

An dem Gehäuse können darüber hinaus Schubeinrichtungen 11, vorzugsweise um etwa senkrecht zum Meeresboden verlaufende Achsen verschwenkbar, vorgesehen sein. Mit diesen Schubeinrichtungen 11 lässt sich jeweils eine Wasserströmung erzeugen, so dass diese zur Positionierung der gesamten Abtragseinrichtung relativ zum Meeresgrund Verwendung finden können, sofern die Abtragseinrichtung 3 soweit vom Meeresboden abgehoben worden ist, dass sich weder der Abtragskopf 7, noch die Standbeine 10 in Kontakt mit dem Meeresboden M befinden. Zur Erzeugung der Wasserströmung können die Schubeinrichtungen motorisch antreibbare Propeller umfassen. Ein Abheben kann erfolgen, indem die Abtragseinrichtung 3 durch Einwirkung auf die Förderleitung 2 auf der Versorgungseinrichtung 1 oder mit Hilfe von separaten, in der Zeichnung nicht dargestellten Hebemitteln, wie Seilen oder dergleichen, insgesamt angehoben wird. In addition, pushing devices can be attached to the housing 11 , preferably pivotable about approximately perpendicular to the seabed axes, be provided. With these push devices 11 can each generate a water flow, so that they can be used to position the entire removal device relative to the seabed, provided that the removal device 3 as far as has been lifted from the seabed, that neither the Abtragskopf 7 , still the legs 10 in contact with the seabed M are located. To generate the flow of water, the pusher devices may comprise motor-driven propellers. Lifting can be done by the removal device 3 by acting on the conveyor line 2 on the supply device 1 or by means of separate, not shown in the drawing hoists, such as ropes or the like, is raised altogether.

Ist die Förderleitung 2 – wie bevorzugt – flexibel, so kann ein seitlicher Versatz oder auch eine Drehung der gesamten Abtragseinrichtung 3 ohne gleichzeitige Verlagerung der Versorgungseinheit 1 in einem durch die Flexibilität der Förderleitung 2 vorgegebenen Umfang erfolgen. Dies ist insbesondere von Vorteil, da die Versorgungseinrichtung 1 nicht bei jeder Verlagerung der Abtragseinrichtung 3 mitverlagert werden muss. Die Notwendigkeit einer Mitverlagerung würde den Aufwand erhöhen, wenn sich die Versorgungseinrichtung 1 in einer operativen Verbindung mit einer weiteren schwimmenden Einrichtung, beispielsweise einem Versorgungsschiff befinden würde. Is the promotion line 2 - As preferred - flexible, so can a lateral offset or a rotation of the entire ablation device 3 without simultaneous displacement of the supply unit 1 in one due to the flexibility of the delivery line 2 given scope. This is particularly advantageous because the supply device 1 not with every displacement of the ablation device 3 must be relocated. The need for a relocation would increase the effort when the utility 1 in operative connection with another floating device, such as a supply ship.

Darüber hinaus kann das Gehäuse 5 eine Gasabschirmeinrichtung 12 umfassen. Diese kann vorzugsweise von der Unterseite des Gehäuses 5 wahlweise bis zum Meeresboden ausgefahren werden, so dass sie im ausgefahrenen Zustand den Bereich um den Abtragskopf 11 von der weiteren Umgebung – zusammen mit der Unterseite des Gehäuses 5 – abschirmt. Die Gasabschirmeinrichtung kann hierzu beispielsweise teleskopisch oder faltenbalgähnlich ausgebildet sein und zur Bewirkung des Absenkens auf den Meeresboden und des Anhebens von dem Meeresboden im Sinne des Pfeiles P2 geeignete motorische Mittel umfassen. In addition, the housing can 5 a gas shielding device 12 include. This may preferably be from the bottom of the housing 5 optionally extended to the bottom of the sea, so that in the extended state, the area around the Abtragskopf 11 from the wider environment - along with the bottom of the case 5 - shields. For this purpose, the gas shielding device may, for example, be formed telescopically or bellows-like and comprise suitable motor means for effecting the lowering to the seabed and the lifting of the seabed in the direction of the arrow P2.

Die Förderleitung 2 weist einen versorgungseinrichtungsseitigen Endbereich 13 auf, welcher über eine Zuleitung 14 mit einer Verarbeitungseinrichtung 15 verbunden ist. Die Verarbeitungseinrichtung 15 dient der Trennung des Methanhydrats H und bereits freigesetztem Methangases von dem verbleibenden Abtrag an Meeresboden. Sie umfasst einen Methangastank 16, in welchem mittels der Verarbeitungseinrichtung 15 erzeugtes Methangas gespeichert wird. Ferner ist eine Abraumrückführleitung 17 an der Verarbeitungseinrichtung 15 vorgesehen, mittels welcher der Abtrag des Meeresbodens nach Separation des Methanhydrats wieder zum Meeresboden rückgeführt wird. The support line 2 has a supply side end area 13 on, which via a supply line 14 with a processing device 15 connected is. The processing device 15 serves the separation of the methane hydrate H and already released methane gas from the remaining erosion on the seabed. It includes a methane gas tank 16 in which by means of the processing device 15 stored methane gas is stored. Furthermore, a waste discharge return line 17 at the processing device 15 provided by means of which the removal of the seabed after separation of the methane hydrate is returned to the seabed.

Das Gehäuse 5 der Abtragseinrichtung 3 kann ferner einen Gaskanal 18 umfassen, der mittels ersten Ventilmitteln 19 mit der Förderleitung 2 verbunden werden kann. Aufgrund des vorhandenen Druckgradienten wird das Methangas von selbst in die Förderleitung 2 einströmen. Wird während des Abtragsvorgangs im Bereich des Abtragskopfs 7 Gas, insbesondere Methangas frei, und diese Freisetzung mit Hilfe von Gasdetektoren 22 erfasst, so wird zunächst mittels der Gasabschirmeinrichtung 12 durch eine Verlagerung nach unten, wie sie durch den Pfeil P2 symbolisiert ist, der Bereich um den Abtragskopf 7 gegenüber der Umgebung abgeschirmt. Hierdurch wird vermieden, dass austretendes Gas unkontrolliert in die Umgebung gelangen und schlimmstenfalls zum Sinken der schwimmenden Versorgungseinrichtung führen kann. Entstehendes Gas wird über den Gaskanal 18 in den Methangastank 16 eingeleitet. Da die Gasabschirmeinrichtung 12 lediglich im Falle des Erfassens einer Gasentwicklung zum Meeresboden abgesenkt wird, behindert sie den Abtragsvorgang nicht, sofern kein Gas entsteht. The housing 5 the ablation device 3 can also have a gas channel 18 comprise, by means of first valve means 19 with the support line 2 can be connected. Due to the existing pressure gradient, the methane gas will automatically flow into the delivery line 2 flow. Is in the area of the Abtragskopf during the removal process 7 Gas, especially methane gas free, and this release with the help of gas detectors 22 detected, it is first by means of Gasabschirmeinrichtung 12 by a displacement downwards, as symbolized by the arrow P2, the area around the Abtragskopf 7 shielded from the environment. This avoids that escaping gas uncontrolled get into the environment and can lead to the sinking of the floating supply device in the worst case. Emerging gas is via the gas channel 18 into the methane gas tank 16 initiated. As the gas shielding 12 is lowered only in the case of detecting a gas evolution to the seabed, it does not hinder the removal process, if no gas is produced.

Der Methangastank 16 ist über eine Methangasleitung 20 mit der Förderleitung 2 verbunden. Hierzu mündet die Methangasleitung 20 unter der Wasseroberfläche in die Förderleitung 2. Es sind zweite Ventilmittel 21 vorgesehen, mittels welchen der Volumenstrom beeinflussbar ist. Ferner kann eine Kompressoreinrichtung vorgesehen sein, mittels welcher der Druck des Methangases, welches in die Förderleitung 2 eingeleitet wird, beeinflussbar ist. Typischerweise steht Methangas in dem Methangastank unter einem Druck von 0,1 bis 0,5 MPa an. Mittels der Kompressoreinrichtung wird der Druck des in die Förderleitung 2 eingeleiteten Methangases auf typischerweise 3 bis 5 MPa erhöht. Es können ferner Volumenstromerfassungsmittel 23 vorgesehen sein, welche den in der Förderleitung 2 geförderten Volumenstrom an Abbau von Meeresboden erfassen und anhand dessen die Ventilmittel im Sinne der Erzielung eines Istwert-Volumenstroms an Abbau von Meeresboden beeinflusst werden. The methane gas tank 16 is via a methane gas pipeline 20 with the support line 2 connected. For this purpose, the methane gas line opens 20 under the water surface in the delivery line 2 , They are second valve means 21 provided by means of which the volume flow can be influenced. Furthermore, a compressor device may be provided, by means of which the pressure of the methane gas which flows into the delivery line 2 is initiated, can be influenced. Typically, methane gas is present in the methane gas tank under a pressure of 0.1 to 0.5 MPa. By means of the compressor device, the pressure of the in the delivery line 2 increased methane gas to typically 3 to 5 MPa. There may also be volumetric flow sensing means 23 be provided, which in the delivery line 2 Capture funded volume flow of degradation of seabed and based on which the valve means are influenced in the sense of achieving an actual value volume flow of degradation of seabed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Vorrichtung contraption
11: Versorgungseinrichtung supply
22: Förderleitung delivery line
33: Abtragseinrichtung Abtragseinrichtung
44: Drehantriebseinrichtung Rotary drive device
55: Gehäuse casing
66: Abtragsmittel erodent
77: Abtragskopf Abtragskopf
88th: Bohrspitze drill
99: Aufnahmeöffnung receiving opening
1010: Standbeine mainstays
1111: Schubeinrichtungen pushers
1212: Gasabschirmeinrichtung Gasabschirmeinrichtung
1313: Endbereich end
1414: Zuleitung supply
1515: Verarbeitungseinrichtung processing device
1616: Methangastank Methane gas tank
1717: Abraumrückführleitung Tailings return line
1818: Gaskanal gas channel
1919: erste Ventilmittel first valve means
2020: Methangasleitung Methane gas line
2121: zweite Ventilmittel second valve means
2222: Gasdetektoren gas detectors
2323: Volumenstrom-Erfassungsmittel Flow rate detection means
GG: Methangas marsh gas
HH: Methanhydrat methane hydrate
MM: Meeresboden Seabed
OO: Wasseroberfläche water surface
P1, P2P1, P2: Pfeile arrows
SS: Strömung flow

Claims

Process for the production of methane from methane hydrate (H), where methane hydrate-containing seabed (M) is removed and the removal of one in a production line ( 2 ) to the water surface (O) generated water flow (S) is entrained and promoted, wherein for generating the water flow (S) under the water surface (O) methane gas in the delivery line ( 2 ) is initiated.

A method according to claim 1, characterized in that the methane gas has been generated at least partially from the extracted methane hydrate (H) during the ongoing conveying operation.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that for starting the conveying process under pressure provided methane gas in the delivery line ( 2 ) is initiated.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the methane gas is introduced under a pressure of 3 to 5 MPa in the delivery line.

Apparatus for the production of methane from methane hydrate, with abrasives ( 6 ) for the removal of methanhydrate-containing seabed (M), with a delivery line ( 2 ) for conveying the erosion to the seabed, with a methane gas tank ( 16 ) in which extracted or extracted methane gas can be stored, with one to the methane gas tank ( 16 ) and under the water surface (O) to the delivery line ( 2 ) connected to the methane gas line.

Device according to claim 5, characterized in that valve means ( 21 ), with which the methane gas ( 16 ) optionally via the gas line ( 20 ) with the delivery line ( 2 ) is connectable.

Device according to claim 6, characterized in that the valve means ( 21 ) are designed such that the volume flow and / or the pressure under which methane gas into the delivery line ( 2 ) flows in, is changeable.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the means for detecting the delivery rate of overburden per unit time, preferably volume flow detection means ( 23 ) are provided.

Device according to claim 8, characterized in that the means are designed in such a way and with the valve means ( 21 ), that the valve means ( 21 ) in the sense of achieving a volume flow can be controlled by setpoints.

Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the removal means ( 6 ) Part of a removal device ( 3 ), the at least one gas detector and a gas shielding device ( 12 ), by means of which an area around the removal means ( 6 ) is at least partially shielded from the environment.