RU2541354C1 - Plant for gas production out of gas hydrate - Google Patents
Plant for gas production out of gas hydrate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2541354C1 RU2541354C1 RU2013144028/03A RU2013144028A RU2541354C1 RU 2541354 C1 RU2541354 C1 RU 2541354C1 RU 2013144028/03 A RU2013144028/03 A RU 2013144028/03A RU 2013144028 A RU2013144028 A RU 2013144028A RU 2541354 C1 RU2541354 C1 RU 2541354C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- reactor
- hydrate
- water
- methane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к устройствам для получения газообразного и сжиженного топлив из залежей газовых гидратов.The present invention relates to devices for producing gaseous and liquefied fuels from gas hydrate deposits.
При непрерывном росте потребления традиционных энергоносителей - нефти, природного газа, каменного угля и неизбежном истощении их запасов, все острее встает задача о вовлечении в потребление альтернативных энергоносителей. Одним из таких энергоносителей является гидрат природного газа.With a continuous increase in the consumption of traditional energy sources - oil, natural gas, coal and the inevitable depletion of their reserves, the task of involving alternative energy sources in consumption is becoming ever more acute. One of these energy sources is natural gas hydrate.
Запасы природного газа в наземных залежах Арктики и Антарктики, на дне океанов и морей в составе газовых гидратов на порядки превышают разведанные запасы свободного природного газа. Это делает весьма привлекательным рассмотрение возможности использования в перспективе газгидратов в качестве сырья для производства свободного природного газа. При этом предпочтительно, чтобы промышленная установка позволяла получать из гидрата природного газа сжатый газ высокого давления и/или сжиженный газ.The reserves of natural gas in the ground deposits of the Arctic and Antarctic, at the bottom of the oceans and seas as part of gas hydrates, are orders of magnitude greater than the explored reserves of free natural gas. This makes it very attractive to consider the possibility of using gas hydrates in the future as a raw material for the production of free natural gas. Moreover, it is preferable that the industrial installation allows to obtain high-pressure compressed gas and / or liquefied gas from natural gas hydrate.
Газовые гидраты представляют собой кристаллические твердые вещества, состоящие из молекул газа, окруженные каркасом из молекул воды. Газовые гидраты образуют твердую фазу при давлениях выше и температурах ниже, чем те, которые необходимы при образовании льда.Gas hydrates are crystalline solids consisting of gas molecules surrounded by a framework of water molecules. Gas hydrates form a solid phase at pressures higher and temperatures lower than those necessary for the formation of ice.
Общепринятые способы извлечения природного газа из газовых гидратов включают воздействие нагревания и/или понижения давления на газовые гидраты с целью высвобождения свободного природного газа. Эти способы требуют подвода значительного количества энергии, что ведет к высоким затратам на извлечение газа.Conventional methods for extracting natural gas from gas hydrates include the effect of heating and / or lowering the pressure on the gas hydrates to release free natural gas. These methods require the supply of a significant amount of energy, which leads to high costs for the extraction of gas.
Предпочтительно, чтобы установка для получении из гидрата природного газа сжатого газа высокого давления или сжиженного газа и работы своих систем использовала низкопотенциальное тепло.Preferably, the installation for producing high-pressure compressed gas or liquefied gas from natural gas hydrate and the operation of its systems uses low-grade heat.
В северных районах России, где имеются большие наземные залежи гидратов, природный газ основных месторождений содержит в своем составе 98-99% метана (Дубовкин Н.Ф. и др. Топлива для воздушно-реактивных двигателей. М., «МАТИ» - РГТУ, 2001). Поэтому в дальнейшем все расчеты приводятся для гидрата метана как гидрата природного газа.In the northern regions of Russia, where there are large surface hydrate deposits, the natural gas of the main fields contains 98-99% methane (Dubovkin N.F. et al. Fuel for jet engines. M., MATI - RSTU, 2001). Therefore, in the future, all calculations are given for methane hydrate as a natural gas hydrate.
Гидрат метана обладает следующими характеристиками:Methane hydrate has the following characteristics:
- Формула - CH4-5,9H2O;- Formula - CH 4 -5.9H 2 O;
- Соотношение массы метана к воде - 1:6,64;- The ratio of the mass of methane to water is 1: 6.64;
- Плотность гидрата - 0,90 г/см3;- The density of the hydrate is 0.90 g / cm 3 ;
- Удельная теплота сгорания - 57,7 кДж/моль;- Specific calorific value - 57.7 kJ / mol;
- Количество тепла - 112,8 ккал/кг.- The amount of heat is 112.8 kcal / kg.
Давление насыщенных паров гидрата метана уже при температуре минус 29°C составляет 1 атм. Это значит, что для диссоциации гидрата метана может использоваться низкопотенциальное тепло окружающей среды (в том числе воды Северного Ледовитого океана или тепловые отходы различных производств).The saturated vapor pressure of methane hydrate already at a temperature of minus 29 ° C is 1 atm. This means that for the dissociation of methane hydrate, low-potential environmental heat (including the waters of the Arctic Ocean or thermal waste of various industries) can be used.
При температуре плюс 20°C давление насыщенных паров гидрата метана составляет 300 атм, при 25° - 500 атм. Температура водяного пара в конденсаторе конденсационной электростанции (КЭС) составляет 32,5°C при давлении пара на уровне 0,95 атм. Таким образом, используя, например бросовое тепло от пара КЭС, можно получить в установке из гидрата метана высокоработоспособный газ метан. Если направить этот газ в турбодетандер, приводящий электрогенератор, то можно получить электроэнергию для привода всех систем установки и получить сжиженный газ метан.At a temperature of plus 20 ° C, the pressure of saturated vapor of methane hydrate is 300 atm, at 25 ° - 500 atm. The temperature of water vapor in the condenser of a condensation power plant (IES) is 32.5 ° C at a vapor pressure of 0.95 atm. Thus, using, for example, waste heat from steam of a CES, a highly efficient methane gas can be obtained from a methane hydrate. If you direct this gas to a turboexpander that drives an electric generator, you can get electricity to drive all the systems in the plant and get liquefied methane gas.
Метан CH4 - бесцветный газ без запаха. Применяется как топливо.CH 4 methane is an odorless colorless gas. It is used as fuel.
Известен способ и устройство добычи свободного газа конверсией газового гидрата из скважины (патент РФ №2370642). Согласно данному изобретению газ удаляют из газового гидрата приведением в контакт гидрата с высвобождающим агентом. Когда высвобождающий агент контактирует с газовым гидратом, высвобождающий агент самопроизвольно замещает газ в гидратной структуре без плавления гидратной структуры. Наиболее предпочтительно, если газовый гидрат представляет собой гидрат метана. Высвобождающий агент, контактирующий с газовым гидратом, предпочтительно представляет собой диоксид углерода в виде жидкой фазы. Скважина обычно включает надземную часть и обсадную трубу. Отверстия в стенке обсадной трубы создают напротив гидратного пласта. Труба ниже гидратного пласта заглушена пробкой. Жидкий диоксид углерода вводят в обсадную трубу и далее через отверстия в стенке трубы в пласт гидрата метана, где молекулы диоксида углерода самопроизвольно замещают молекулы метана в гидратной структуре. Высвобожденный свободный газообразный метан течет в обратном направлении к обсадной трубе и через отверстия в стенке поступает в обсадную трубу и далее через нагнетатель в хранилище метана. Из хранилища газообразный метан можно транспортировать на переработку. Для извлечения метана из скважины нет необходимости подвергать данный пласт воздействию пониженного давления или нагреву. Однако такая добыча газообразного метана требует значительных затрат.A known method and device for the production of free gas by converting gas hydrate from a well (RF patent No. 2370642). According to the invention, the gas is removed from the gas hydrate by contacting the hydrate with a releasing agent. When the release agent contacts the gas hydrate, the release agent spontaneously replaces the gas in the hydrate structure without melting the hydrate structure. Most preferably, the gas hydrate is methane hydrate. The release agent in contact with the gas hydrate is preferably carbon dioxide in the form of a liquid phase. A well typically includes an elevated portion and a casing. Holes in the wall of the casing create opposite the hydrate formation. The pipe below the hydrate reservoir is plugged with a plug. Liquid carbon dioxide is introduced into the casing and then through holes in the wall of the pipe into the methane hydrate formation, where carbon dioxide molecules spontaneously replace methane molecules in the hydrate structure. The released free gaseous methane flows in the opposite direction to the casing and through holes in the wall enters the casing and then through the supercharger to the methane storage. From the storage, methane gas can be transported for processing. To extract methane from the well, it is not necessary to expose the formation to reduced pressure or heat. However, such methane gas production is costly.
Известен способ и устройство для безопасного и удобного выделения свободного газа из гидрата газа (патент США №6028235). Устройство располагают в месте залежей гидратов для воздействия на них теплом пара, нагретой жидкости или нагретого газа.A known method and device for safe and convenient release of free gas from gas hydrate (US patent No. 6028235). The device is located in the place of hydrate deposits to expose them to warm steam, heated liquid or heated gas.
Устройство содержит емкость, на днище которого внутри расположено основание с расположенным на нем змеевиком подвода тепла. В емкость загружен гидрат газа, непосредственно контактирующий со змеевиком. Из емкости имеются отводы свободного газа и воды. Тепло от нагретых компонентов (пара, жидкости или газа) через змеевик разлагает гидраты на свободный газ и воду. Затем свободный газ собирают для дальнейшего хранения, транспортировки или использования. Воду собирают для дальнейшей обработки или удаления. Данное техническое решение позволяет получить альтернативный источник топлива для энергетической промышленности, однако требует подвода значительного количества энергии, что ведет к высоким затратам на извлечение из гидратов свободного газа.The device contains a container, on the bottom of which there is a base inside with a heat supply coil located on it. A gas hydrate is loaded into the container, which is in direct contact with the coil. From the tank there are taps of free gas and water. Heat from heated components (steam, liquid, or gas) decomposes hydrates into free gas and water through a coil. Free gas is then collected for further storage, transportation or use. Water is collected for further processing or disposal. This technical solution allows you to get an alternative source of fuel for the energy industry, but it requires the supply of a significant amount of energy, which leads to high costs for the extraction of free gas from hydrates.
Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое техническое решение, является установка для получения газа из гранул гидрата газа (патент США №8466331). Установка включает устройство для получения свободного газа из гидрата газа и узел загрузки гидрата. Устройство содержит реактор, емкость с водой, нагреватель в емкости и сепаратор. Реактор снабжен в верхней части трубопроводом отвода газа потребителям через сепаратор. Емкость соединена с реактором трубопроводом подвода воды с насосом и трубопроводом отвода воды из реактора в его нижней части. Сепаратор снабжен трубопроводом отвода воды и непрореагировавшего гидрата. Реактор вверху содержит заправочное отверстие с крышкой. Работа установки заключается в загрузке гранул гидрата газа в реактор, подаче теплоносителя (воды) в реактор и его завихрении для равномерного разложения гранул гидрата газа и выделения свободного газа. Температура воды в реакторе поддерживается от +1 до +5°C. Гранулы при загрузке в реактор имеют температуру от -25 до -5°C. Уровень воды в реакторе поддерживается через трубку отвода воды в емкость. Установка позволяет вырабатывать свободный газ из гидрата газа, например газ метан, который рассматривается как перспективное топливо. Однако обычное высвобождение этого топлива является очень затратным.The closest analogue to the same purpose as the claimed technical solution is the installation for producing gas from granules of gas hydrate (US patent No. 8466331). The installation includes a device for producing free gas from gas hydrate and a hydrate loading unit. The device comprises a reactor, a tank with water, a heater in the tank and a separator. The reactor is equipped in the upper part with a gas outlet pipe to consumers through a separator. The tank is connected to the reactor by a water supply pipeline with a pump and a pipe for draining water from the reactor in its lower part. The separator is equipped with a piping for discharging water and unreacted hydrate. The reactor at the top contains a filling hole with a lid. The operation of the installation consists in loading granules of gas hydrate into the reactor, supplying coolant (water) to the reactor and swirling it to uniformly decompose granules of gas hydrate and releasing free gas. The water temperature in the reactor is maintained from +1 to + 5 ° C. The granules when loaded into the reactor have a temperature of from -25 to -5 ° C. The water level in the reactor is maintained through a tube to drain water into the tank. The installation allows the generation of free gas from gas hydrate, for example methane gas, which is considered a promising fuel. However, the usual release of this fuel is very costly.
В основу изобретения установки положено решение следующих задач:The invention of the installation is based on the following tasks:
- получение из наземных залежей гидрата газа свободного сжатого газа высокого давления;- obtaining from land deposits of gas hydrate free compressed high-pressure gas;
- снижение стоимости извлечения свободного газа из гидрата газа;- reducing the cost of extracting free gas from gas hydrate;
- обеспечение работы потребителей установки на установившемся режиме за счет ее собственных энергетических ресурсов;- ensuring the operation of consumers of the installation at a steady state due to its own energy resources;
- получение из сжатого газа высокого давления сжиженного газа;- obtaining from compressed gas high pressure liquefied gas;
- обеспечение постоянства режима получения газа по расходу и давлению.- ensuring the constancy of the regime of gas production in terms of flow and pressure.
Поставленные задачи решаются тем, что установка для получения газа из гидрата газа включает устройство для получения газа из гидрата газа и узел загрузки гидрата. Устройство содержит реактор, емкость с водой, нагреватель и сепаратор. Причем реактор снабжен в верхней части трубопроводом отвода свободного сжатого газа в хранилища через сепаратор. Емкость соединена с реактором трубопроводом подвода воды с насосом и трубопроводом отвода воды из реактора в его нижней части. Кроме того, сепаратор снабжен трубопроводом отвода воды и непрореагировавшего гидрата.The tasks are solved in that the installation for producing gas from gas hydrate includes a device for producing gas from gas hydrate and a hydrate loading unit. The device contains a reactor, a container of water, a heater and a separator. Moreover, the reactor is equipped in the upper part with a pipeline for discharging free compressed gas into the storages through a separator. The tank is connected to the reactor by a water supply pipeline with a pump and a pipe for draining water from the reactor in its lower part. In addition, the separator is equipped with a piping for discharging water and unreacted hydrate.
Новым в установке является то, что устройство для получения газа из гидрата газа дополнительно содержит систему охлаждения внутренних стенок реактора, вентилятор, ресивер, газовый фильтр, хранилище сжатого газа, турбодетандер с электрогенератором, дроссель, жидкостный фильтр, хранилище сжиженного газа, кран суфлирования и предохранительный клапан полости реактора, запорно-регулирующие краны и систему охлаждения газа перед турбодетандером, включающую теплообменник с каналами горячего и холодного теплоносителей. Система охлаждения внутренних стенок реактора на входе в реактор выполнена в виде трубопровода подачи холодного воздуха с краном, а на выходе - трубопровода отвода холодного воздуха с краном из реактора через вентилятор в атмосферу. Нагреватель расположен в полости реактора. Трубопровод отвода воды и непрореагировавшего гидрата из сепаратора снабжен насосом с краном и подключен на выходе к реактору. Трубопровод отвода сжатого газа из сепаратора подключен к хранилищам через ресивер с кранами на входе и выходе и газовый фильтр. На выходе из газового фильтра трубопровод разделен на линию сжатого газа и линию сжиженного газа. Хранилище сжатого газа подключено к газовому фильтру через отводной трубопровод с краном, а хранилище сжиженного газа - через отводной трубопровод с краном, жидкостный фильтр, дроссель, турбодетандер и канал горячего теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа перед турбодетандером. Канал холодного теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа на входе соединен с атмосферой, а на выходе - с вентилятором через кран.New in the installation is that the device for receiving gas from gas hydrate additionally contains a cooling system for the inner walls of the reactor, a fan, a receiver, a gas filter, a compressed gas storage, a turboexpander with an electric generator, a throttle, a liquid filter, a liquefied gas storage, a vent valve and a safety valve a reactor cavity valve, shut-off and control valves and a gas cooling system in front of the turbo expander, including a heat exchanger with hot and cold coolant channels. The cooling system of the inner walls of the reactor at the inlet to the reactor is made in the form of a cold air supply pipe with a tap, and at the outlet - a cold air pipe with a tap from the reactor through a fan to the atmosphere. The heater is located in the cavity of the reactor. The pipeline for drainage of water and unreacted hydrate from the separator is equipped with a pump with a tap and is connected at the outlet to the reactor. The pipeline for discharge of compressed gas from the separator is connected to the storages through a receiver with taps at the inlet and outlet and a gas filter. At the outlet of the gas filter, the pipeline is divided into a compressed gas line and a liquefied gas line. The compressed gas storage is connected to the gas filter through an outlet pipe with a tap, and the liquefied gas storage is connected through a drain pipe with a tap, a liquid filter, a throttle, a turboexpander and a hot coolant channel of the heat exchanger of the gas cooling system before the turbine expander. The channel of the cold coolant of the heat exchanger of the gas cooling system at the inlet is connected to the atmosphere, and at the outlet, to the fan through a tap.
Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленных задач, так как:These essential features provide a solution to the tasks, as:
- охлаждение внутренних стенок реактора холодным воздухом позволяет заполнить реактор гранулами гидрата газа, сохраняя их цельность;- cooling the inner walls of the reactor with cold air allows filling the reactor with granules of gas hydrate, while maintaining their integrity;
- наличие в системе охлаждения внутренних стенок реактора на выходе из реактора отвода холодного воздуха через кран и вентилятор обеспечивает проток наружного холодного воздуха для охлаждения реактора перед загрузкой гранулами гидрата газа;- the presence in the cooling system of the inner walls of the reactor at the outlet of the reactor of the cold air outlet through the tap and the fan provides an external cold air flow for cooling the reactor before loading the gas hydrate with granules;
- наличие в трубопроводе отвода воды и непрореагировавшего гидрата из сепаратора насоса с краном и подключение его к реактору позволяет исключить попадание непрореагировавшего гидрата газа в газовый тракт и полностью разложить поступивший в реактор гидрат газа;- the presence in the pipeline of water discharge and unreacted hydrate from the pump separator with a tap and its connection to the reactor eliminates the ingress of unreacted gas hydrate into the gas path and completely decomposes the gas hydrate entering the reactor;
- наличие в системе охлаждения газа перед турбодетандером на выходе воздуха в атмосферу крана и вентилятора обеспечивает более глубокое охлаждение сжатого газа на линии сжижения газа;- the presence in the gas cooling system in front of the turboexpander at the air outlet into the atmosphere of the valve and fan provides a deeper cooling of the compressed gas on the gas liquefaction line;
- наличие охлаждения газа после газового фильтра в теплообменнике и охлаждение путем расширения с понижением давления в турбодетандере и дросселе обеспечивает его сжижение перед хранением;- the presence of gas cooling after the gas filter in the heat exchanger and cooling by expansion with decreasing pressure in the turboexpander and throttle ensures its liquefaction before storage;
- расположение нагревателя в полости реактора позволяет подвести тепло для разложения гидрата газа;- the location of the heater in the cavity of the reactor allows you to bring heat to decompose the gas hydrate;
- подключение трубопровода отвода свободного сжатого газа от сепаратора к хранилищам через ресивер с кранами на входе и выходе позволяет получать газ, готовый к использованию;- the connection of the pipeline for discharge of free compressed gas from the separator to the storages through the receiver with taps at the inlet and outlet allows you to receive gas, ready for use;
- разделение на выходе из газового фильтра трубопровода сжатого газа на линию сжатого газа и линию сжиженного газа расширяет ассортимент продукции выпускаемой установкой;- separation at the outlet of the gas filter of the compressed gas pipeline into a compressed gas line and a liquefied gas line expands the range of products manufactured by the installation;
- подключение хранилища сжатого газа к газовому фильтру через трубопровод с краном позволяет получать очищенный газ, готовый к использованию;- connecting the compressed gas storage to the gas filter through a pipeline with a tap allows you to receive purified gas, ready for use;
- подключение хранилища сжиженного газа к газовому фильтру через отводной трубопровод с краном, жидкостный фильтр, дроссель, турбодетандер и канал горячего теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа перед турбодетандером позволяет получать сжиженный газ, готовый к использованию;- connection of the liquefied gas storage to the gas filter through an outlet pipe with a tap, a liquid filter, a throttle, a turboexpander and a channel for the hot coolant of the heat exchanger of the gas cooling system in front of the expander expose it to produce liquefied gas ready for use;
- соединение канала холодного теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа на входе с атмосферой, а на выходе - с вентилятором через кран позволяет понизить температуру газа на входе в турбодетандер, используя хладоресурс атмосферного воздуха;- the connection of the channel of the cold coolant of the heat exchanger of the gas cooling system at the inlet with the atmosphere, and at the outlet with the fan through the tap, allows to lower the gas temperature at the inlet to the turboexpander using the atmospheric air coolant;
- наличие насоса подачи воды в реактор для выдавливания с заданным давлением и расходом газа из газовой подушки, образуемой после полного разложения порции газового гидрата, позволяет обеспечить постоянство режима получения газа по давлению и расходу.- the presence of a pump for supplying water to the reactor for extrusion with a given pressure and gas flow rate from a gas pad formed after a complete decomposition of a portion of gas hydrate allows the gas production to be constant in pressure and flow rate.
Существенные признаки изобретения могут иметь развитие и продолжение.The essential features of the invention may be developed and continued.
Узел загрузки гидрата в реактор установки может содержать теплоизолированный резервуар с гидратом и винтовой насос с приводом, установленный в нижней части резервуара в горизонтальном цилиндрическом корпусе с вертикальным отводом вниз, где отвод снабжен задвижкой и соединен с реактором в его верхней части. Это обеспечивает свободное поступление гидрата газа к насосу и дальнейшее поступление гидрата газа в реактор.The hydrate loading unit in the installation reactor may contain a thermally insulated hydrate tank and a screw pump with a drive installed in the lower part of the tank in a horizontal cylindrical body with a vertical downward outlet, where the outlet is equipped with a valve and connected to the reactor in its upper part. This ensures the free flow of gas hydrate to the pump and the further flow of gas hydrate into the reactor.
В емкости с водой может быть установлен дополнительный нагреватель. Это позволяет ускорить разложение гидрата газа.An additional heater can be installed in the water tank. This allows you to accelerate the decomposition of gas hydrate.
Трубопровод подвода воды из емкости в реактор снабжен краном. Это обеспечивает своевременное поступление воды в реактор для вытеснения из реактора газовой подушки, образовавшейся после полного разложения гидрата газа.The pipeline for supplying water from the tank to the reactor is equipped with a crane. This ensures the timely flow of water into the reactor to displace from the reactor a gas cushion formed after the complete decomposition of gas hydrate.
Трубопровод отвода воды из реактора в емкость снабжен краном и насосом. Это обеспечивает своевременный слив воды из реактора для последующего заполнения реактора новой порцией гидрата газа.The pipeline for draining water from the reactor to the tank is equipped with a crane and a pump. This ensures timely drainage of water from the reactor for subsequent filling of the reactor with a new portion of gas hydrate.
Подвод воды из емкости в полость реактора может быть выполнен тангенциальным. Это обеспечивает более широкий охват теплой водой гранул гидрата газа в случае включения подачи теплой воды до полного разложения гидрата газа.The water supply from the tank to the reactor cavity can be made tangential. This provides a wider coverage with warm water of gas hydrate granules in the case of switching on the supply of warm water until the gas hydrate is completely decomposed.
Гидрат газа может быть сформирован в виде гранул. Это обеспечивает более эффективную транспортировку гидрата газа при режимах заполнения реактора и упрощает подвод к нему тепла.Gas hydrate can be formed into granules. This provides a more efficient transportation of gas hydrate during filling modes of the reactor and simplifies the supply of heat to it.
Стенки реактора снаружи должны быть снабжены теплоизоляцией. Это обеспечивает постоянство положительной температуры стенок реактора для предотвращения замерзания воды на режиме разложения гидрата газа и поддержания отрицательной температуры стенок на режиме заполнения реактора гидратом газа.The walls of the reactor must be insulated from the outside. This ensures the constancy of the positive temperature of the walls of the reactor to prevent freezing of water during decomposition of the gas hydrate and to maintain a negative temperature of the walls during filling of the reactor with gas hydrate.
Установка может содержать, по меньшей мере, еще одно устройство для получения свободного газа из гидрата газа, реактор которого соединен с дополнительным вертикальным отводом вниз винтового насоса узла загрузки гидрата. Это обеспечивает непрерывную работу установки.The installation may contain at least one device for producing free gas from gas hydrate, the reactor of which is connected to an additional vertical downward discharge of the screw pump of the hydrate loading unit. This ensures continuous operation of the installation.
Таким образом, решены поставленные в изобретении задачи. Предложенная установка позволяет:Thus, the objectives of the invention are solved. The proposed installation allows you to:
- получать свободный сжатый газ высокого давления из залежей гидрата газа;- receive free compressed high-pressure gas from gas hydrate deposits;
- снизить стоимость извлечения газа высокого давления из гидрата газа;- reduce the cost of extracting high pressure gas from gas hydrate;
- обеспечить работу потребителей установки на установившемся режиме за счет за счет ее собственных энергетических ресурсов;- to ensure the operation of consumers of the installation at a steady state due to its own energy resources;
- получать из сжатого газа высокого давления сжиженный газ.- receive liquefied gas from high-pressure compressed gas.
Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием установки и ее работы со ссылкой на иллюстрации, на фиг.1 и 2, где:The present invention is illustrated by the following detailed description of the installation and its operation with reference to the illustrations, in figures 1 and 2, where:
на фиг.1 представлена схема установки для периодического получения, из гидрата метана сжатого метана высокого давления и/или сжиженного метана;figure 1 presents a diagram of a plant for the periodic production of compressed methane of high pressure and / or liquefied methane from methane hydrate;
на фиг.2 - схема установки для непрерывного получения из гидрата метана сжатого метана и/или сжиженного метана.figure 2 - installation diagram for the continuous production of methane hydrate compressed methane and / or liquefied methane.
Установка (см. фиг.1) для получения метана СН4 из гидрата метана включает устройство для получения метана и узел загрузки гидрата метана. Устройство содержит реактор 1, емкость 2 с водой, нагреватель 3 и сепаратор 4. Причем реактор 1 снабжен в верхней части трубопроводом 5 отвода сжатого метана в хранилища через сепаратор 4. Емкость 2 соединена с реактором 1 трубопроводом 6 подвода воды с насосом 7 и трубопроводом 8 отвода воды из реактора 1 в его нижней части. Кроме того, сепаратор 4 снабжен трубопроводом 9 отвода воды и непрореагировавшего гидрата.Installation (see figure 1) for the production of methane CH 4 from methane hydrate includes a device for producing methane and a node for loading methane hydrate. The device comprises a
Устройство для получения метана из гидрата метана дополнительно содержит систему охлаждения внутренних стенок реактора, вентилятор 10, ресивер 11, газовый фильтр 12, хранилище 13 сжатого метана, турбодетандер 14 с электрогенератором 15, дроссель 16, жидкостный фильтр 17, хранилище 18 сжиженного метана, кран 19 суфлирования и предохранительный клапан 20 полости реактора 1, запорно-регулирующие краны и систему охлаждения сжатого метана перед турбодетандером 14, включающую теплообменник 21 с каналами 22, 23 соответственно горячего и холодного теплоносителей. Кроме того, полость реактора 1 снабжена датчиками давления и температуры (не показано).A device for producing methane from methane hydrate further comprises a cooling system for the inner walls of the reactor, a
Система охлаждения внутренних стенок реактора 1 на входе в реактор выполнена в виде трубопровода 24 подачи холодного воздуха с краном 25, а на выходе - трубопровода 26 отвода воздуха с краном 27 из реактора через вентилятор 10 в атмосферу. Нагреватель 3 расположен в полости реактора 1. Трубопровод 9 отвода воды и непрореагировавшего гидрата метана из сепаратора 4 снабжен насосом 28 с краном 29 и подключен на выходе к реактору 1. Трубопровод 30 отвода сжатого метана из сепаратора 4 подключен к хранилищам 13, 18 через ресивер 11 с кранами 31, 32 соответственно на входе и выходе и газовый фильтр 12. Причем на выходе из газового фильтра 12 трубопровод разделен на линию сжатого метана и линию сжиженного метана. Хранилище 13 сжатого метана подключено к газовому фильтру 12 через отводной трубопровод 33 с краном 34. Хранилище 18 сжиженного метана подключено к фильтру 12 через отводной трубопровод 35 с краном 36, жидкостный фильтр 17, дроссель 16, турбодетандер 14 и канал 22 горячего теплоносителя теплообменника 21 системы охлаждения газа перед турбодетандером 14. При этом канал 23 холодного теплоносителя теплообменника 21 системы охлаждения газа на входе соединен с атмосферой, а на выходе - через кран 37 с вентилятором 10.The cooling system of the inner walls of the
При работе турбодетандера 14 электрогенератор 15 вырабатывает энергию для питания потребителей установки.During operation of the
Узел загрузки гидрата метана в реактор 1 содержит теплоизолированный резервуар 38 с гидратом и винтовой насос 39 с приводом 40, установленный в нижней части резервуара 38 в горизонтальном цилиндрическом корпусе 41 с вертикальным отводом 42 вниз. Отвод 42 снабжен задвижкой 43 и соединен с реактором 1 в его верхней части.The node for loading methane hydrate into the
В емкости 2 с водой установлен дополнительный нагреватель 44. Трубопровод 6 подвода воды из емкости 2 в реактор 1 снабжен краном 45. Трубопровод 8 отвода воды из реактора 1 в емкость 2 снабжен соответственно краном 46 и насосом 47. Подвод воды из емкости 2 в полость реактора 1 выполнен тангенциальным (не показано). Гидрат метана сформирован в виде гранул 48. Стенки реактора 1 снаружи снабжены теплоизоляцией 49.An
Для обеспечения непрерывной работы установка (см. фиг.2) содержит, по меньшей мере, еще одно аналогичное устройство для получения свободного газа метана из гидрата метана, реактор 50 которого соединен с дополнительным вертикальным отводом 51 вниз с задвижкой 52 корпуса 41 винтового насоса 39 узла загрузки гидрата.To ensure continuous operation, the installation (see figure 2) contains at least one more similar device for producing free methane gas from methane hydrate, the
Установка располагается так, чтобы устройство для получения газообразного метана из гидрата метана находилось в отапливаемом помещении с плюсовой температурой воздуха для исключения замерзания воды в его узлах и трубопроводах.The installation is located so that the device for producing gaseous methane from methane hydrate is located in a heated room with positive air temperature to prevent freezing of water in its nodes and pipelines.
При периодической работе установка (см. фиг.1) работает следующим образом. Перед загрузкой в реактор 1 гидрата метана в виде гранул 48 закрывают краны 19, 20, 29, 31, 37, 45, 46 и задвижку 43, выполняют продувку реактора 1 холодным воздухом температурой ниже минус 30°C через трубопровод 24 с краном 25 на входе в реактор, а на выходе из реактора - через трубопровод 26 отвода воздуха с краном 27 и вентилятор 10 в атмосферу. При достижении температуры внутренних стенок реактора 1 ниже минус 30°C перекрывают краны 25, 27 соответственно трубопроводов 24, 26 и отключают вентилятор 10. Открывают кран 19 суфлирования полости реактора 1 с атмосферой и задвижку 43 отвода 42. Включают привод 40 винтового насоса 39 узла загрузки гранул 48 гидрата метана из резервуара 38 в реактор 1 через вертикальный отвод 42 с задвижкой 43. После загрузки реактора 1 гидратом до заданного уровня винтовой насос 39 отключают, закрывают задвижку 43 отвода 42 и кран 19. Включают подогрев реактора 1 с гранулами 48 гидрата метана нагревателем 3 до заданной температуры, при которой в реакторе 1 устанавливается заданное постоянное давление метана (например, 150-200 кгс/см2). С повышением давления свыше допустимого срабатывает предохранительный клапан 20 и снижается давление в реакторе 1. При нагреве гидрат метана разлагается на газ и воду. Плотность гидрата метана меньше плотности воды, и гидрат метана располагается в реакторе 1 на поверхности воды. На трубопроводе 30 (при закрытом кране 32) открывают кран 31 перед ресивером 11. Смесь газообразного метана, гидрата метана и воды из ресивера 1 по трубопроводу 5 направляют при постоянных давлении и расходе через сепаратор 4 в ресивер 11. В сепараторе 4 осуществляют отделение от газообразного метана воды и непрореагировавшего гидрата метана. Через трубопровод 9 непрореагировавший гидрат и воду насосом 28 через кран 29 направляют обратно в реактор 1. После достижения в ресивере 11 заданного давления открывают кран 32 подачи сжатого метана в хранилища 13 и 18 через фильтр 12.With periodic operation, the installation (see figure 1) works as follows. Before loading methane hydrate in the form of
К хранилищу 13 сжатый метан направляют через отводной трубопровод 33 с краном 34.To the
К хранилищу 18 сжатый метан направляют через канал 22 горячего теплоносителя теплообменника 21 системы охлаждения газообразного метана, турбодетандер 14, дроссель 16, жидкостный фильтр 17 и отводной трубопровод 35 с краном 36. При работе турбодетандера 14 электрогенератор 15 вырабатывает энергию для питания потребителей установки.Compressed methane is sent to
В теплообменнике 21 сжатый газообразный метан охлаждается воздухом, отсасываемым из атмосферы через канал 23 и кран 37 вентилятором 10 (при закрытом кране 27). Дальнейшее охлаждение сжатого метана осуществляется за счет его расширения в турбодетандере 14. После турбодетандера 14 сжатый газообразный метан охлаждается до температуры кипения дросселированием при прохождении через дроссель 16 и содержит после дросселя жидкую фазу. На выходе из дросселя 16 метан в жидкой фазе очищается от примесей в фильтре 17 и по трубопроводу 35 с краном 36 направляется в хранилище 18 сжиженного метана. Для увеличения содержания в метане жидкой фазы необходимо поднимать давление разложения гидрата метана в реакторе 1 выше 200 атм. Это достигается включением нагревателя 3 в реакторе 1.In the
Так как в гидрате метана содержится 12,9% (масс) метана и 87,1% (масс) воды, т.е. на 1 кг метана приходится 6,75 кг воды, то при плотности гидрата метана при атмосферном давлении порядка 900 кг/м3, после полного разложения гидрата метана вода займет ~80% объема реактора 1.Since methane hydrate contains 12.9% (mass) of methane and 87.1% (mass) of water, i.e. 1 kg of methane accounts for 6.75 kg of water, then at a density of methane hydrate at atmospheric pressure of about 900 kg / m 3 , after complete decomposition of methane hydrate, water will occupy ~ 80% of
Когда весь гидрат метана разложится, давление в реакторе 1 начнет падать. Это является сигналом для включения водяного насоса 7 и выдавливания из реактора 1 водой свободного газообразного метана с заданными постоянными исходными давлением и расходом. Насос 7 можно включать и сразу с началом расходования смеси газообразного метана, гидрата метана и воды и регулировать расход насоса в зависимости от расхода смеси.When all methane hydrate has decomposed, the pressure in
Потребляемая насосом 7 электроэнергия при давлениях подачи воды 150-200 атм будет составлять 30-40 кВт на 1 кг/с выделившегося при разложении гидрата метана газообразного метана при условии, что насос 7 будет включаться в работу с момента начала расходования метана. Если насос 7 будет включаться после завершения разложения гидрата метана, то его мощность должна быть порядка 135-180 кВт на 1 кг/с. В обоих случаях расход электроэнергии будет одинаковым.Electricity consumed by
Потребляемая мощность электрического тока на расход метана 1 м3/c возрастает прямо пропорционально давлению смеси в реакторе 1. Мощность на валу турбодетандера 14, отнесенная к 1 м3/с газообразного метана, возрастает более интенсивно, так как с ростом давления газообразного метана будет увеличиваться пропорционально давлению расход метана через турбодетандер и перепад давления метана на последнем.The electric current consumption for the methane consumption of 1 m 3 / s increases in direct proportion to the pressure of the mixture in the
Если отбирать сжатый газообразный метан из трубопровода 33, то хранилище 13 может получить метан с давлением 150-200 атм для заправки резервуаров высокого давления. Но в этом случае установка не будет вырабатывать электроэнергию и для привода ее агрегатов необходим дополнительный источник электроэнергии.If you select the compressed gaseous methane from the
Во время работы реактора к нему должно постоянно подводиться тепло нагревателем 3 для поддержания в реакторе 1 заданного давления смеси (заданной температуры разложения гидрата метана).During the operation of the reactor, heat should be constantly supplied to it by the
Расчеты показывают, что удельная адиабатическая работа расширения газообразного метана от давления 150-200 атм до 1 атм, образовавшегося при разложении гидрата метана при температуре 290-292 К, составляет порядка 450-470 кВт на 1 кг/с.Calculations show that the specific adiabatic work of the expansion of gaseous methane from a pressure of 150-200 atm to 1 atm, formed during the decomposition of methane hydrate at a temperature of 290-292 K, is about 450-470 kW per 1 kg / s.
Если из схемы установки на фиг.1 исключить теплообменник 21 и дроссель 16, а всю располагаемую работу расширения сжатого газообразного метана использовать в турбодетандере 14, то мощность вырабатываемого турбодетандером электрического тока составит порядка 380-400 кВт на 1 кг/с метана.If we exclude the
Вырабатываемой турбодетандером 14 электроэнергии будет достаточно для привода насосов, нагревателей, кранов, вентилятора, сепаратора и прочих потребителей электроэнергии установки для получения сжатого и сжиженного метана из гидрата метана.The electricity generated by the
После выдавливания из реактора 1 всей смеси сжатого метана, гидрата метана и воды закрываются краны выхода метана из реактора и все краны подачи метана в хранилища 13 и 18. Открывается кран 46 слива воды в емкость 2 из реактора 1 и кран 19 суфлирования полости реактора 1 с атмосферой. Цикл работы установки завершен. Работа установки во втором и последующих циклах аналогична работе первого цикла.After extruding from the
Температура смеси в реакторе 1 в процессе разложения гидрата должна поддерживаться с точностью до десятых долей градуса, так как при изменении температуры на 1°C давление метана в реакторе 1 изменяется примерно на 40 атм.The temperature of the mixture in the
При непрерывной работе установки (см. фиг.2) используются два и более аналогичных устройства. Во время работы первого устройства ведется подготовка к работе следующего устройства. Осуществляют продувку реактора 50 холодным воздухом температурой ниже минус 30°C, открывают и закрывают необходимые краны, включают привод 40 винтового насоса 39 узла загрузки гидрата и из резервуара 38 через вертикальный дополнительный отвод 51 и открытую задвижку 52 корпуса 41 загружают в реактор гидрат метана. Последующие операции работы второго устройства аналогичны операциям работы первого устройства. Возможно перекрытие конца цикла работы первого устройства и начала цикла работы следующего устройства по изменению давления в первом реакторе.During continuous operation of the installation (see figure 2), two or more similar devices are used. During operation of the first device, preparations are being made for the next device to work. Purge the
Метан из хранилищ можно направлять на переработку, сжигать как топливо в энергоустановках или отпускать потребителям.Methane from storage facilities can be sent for processing, burned as fuel in power plants or sold to consumers.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013144028/03A RU2541354C1 (en) | 2013-10-02 | 2013-10-02 | Plant for gas production out of gas hydrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013144028/03A RU2541354C1 (en) | 2013-10-02 | 2013-10-02 | Plant for gas production out of gas hydrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2541354C1 true RU2541354C1 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53287153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013144028/03A RU2541354C1 (en) | 2013-10-02 | 2013-10-02 | Plant for gas production out of gas hydrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2541354C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4007787A (en) * | 1975-08-18 | 1977-02-15 | Phillips Petroleum Company | Gas recovery from hydrate reservoirs |
| US6028235A (en) * | 1997-10-14 | 2000-02-22 | Mobil Oil Corporation | Gas hydrate regassification method and apparatus using steam or other heated gas or liquid |
| RU2370642C2 (en) * | 2004-09-23 | 2009-10-20 | Конокофиллипс Компани | Gas recovery by conversion of gas hydrate |
| RU2379499C2 (en) * | 2008-03-24 | 2010-01-20 | ООО "Веттос" | Extraction method of fresh water from submerged gas-hydrates |
| US8466331B2 (en) * | 2008-03-28 | 2013-06-18 | Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. | Apparatus and method for gasifying gas hydrate pellet |
-
2013
- 2013-10-02 RU RU2013144028/03A patent/RU2541354C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4007787A (en) * | 1975-08-18 | 1977-02-15 | Phillips Petroleum Company | Gas recovery from hydrate reservoirs |
| US6028235A (en) * | 1997-10-14 | 2000-02-22 | Mobil Oil Corporation | Gas hydrate regassification method and apparatus using steam or other heated gas or liquid |
| RU2370642C2 (en) * | 2004-09-23 | 2009-10-20 | Конокофиллипс Компани | Gas recovery by conversion of gas hydrate |
| RU2379499C2 (en) * | 2008-03-24 | 2010-01-20 | ООО "Веттос" | Extraction method of fresh water from submerged gas-hydrates |
| US8466331B2 (en) * | 2008-03-28 | 2013-06-18 | Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. | Apparatus and method for gasifying gas hydrate pellet |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2564184T3 (en) | Pressure and temperature control system of at least one chemical reactor to treat biomass | |
| US20100000221A1 (en) | Method for producing fuel and power from a methane hydrate bed using a gas turbine engine | |
| CN104278975B (en) | The collection way of sea bed combustible ice and system | |
| WO2017088753A1 (en) | Method for preparing coalbed methane hydrate | |
| JP4721349B2 (en) | Stabilization system for methane concentration in biogas and method for stabilizing methane concentration in biogas | |
| NO20140605A1 (en) | Thermal power plant without CO2 emissions | |
| CN103267394A (en) | Method and device for efficiently utilizing cold energy of liquefied natural gas | |
| KR101571295B1 (en) | Anti-icing vaporization device | |
| CN203411518U (en) | Natural gas hydrate synthetizing and decomposing integrated device | |
| RU2541354C1 (en) | Plant for gas production out of gas hydrate | |
| CN104611080A (en) | An integrated utilization device and a method for natural gas hydrate slurry | |
| CN103321616A (en) | Method and system for collecting seabed methane hydrate | |
| KR20150036899A (en) | A system for saving and generating the electric power using supercritical carbon dioxide | |
| NO20150411A1 (en) | Method and plant for oxygen generation | |
| CN105840312B (en) | A kind of liquid fuel liquid oxygen high pressure direct combustion steam power system | |
| CN103291253B (en) | The collecting device of sea bed gas hydrates | |
| RU2343368C1 (en) | Geothermal power plant | |
| CN103103004A (en) | Synthesis-decomposition integrated process and system of natural gas hydrate | |
| JP2005298745A (en) | Method for storing gas | |
| KR101353368B1 (en) | LNG Vaporization System with LNG Demand Using Condensation Heat of Cogeneration | |
| Alkhasov et al. | Evaluating the effect from constructing binary geothermal power units based on spent petroleum and gas boreholes in the south regions of Russia | |
| CN210398384U (en) | LNG peak shaving device | |
| CN108224898A (en) | A kind of prying gas reliquefaction installation | |
| KR101744793B1 (en) | Power generating system using boil off gas | |
| CN203823432U (en) | Gasification device for liquid gases |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210804 |