RU2763607C1 - Bound hydrogen marine transportation system - Google Patents
Bound hydrogen marine transportation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763607C1 RU2763607C1 RU2021126920A RU2021126920A RU2763607C1 RU 2763607 C1 RU2763607 C1 RU 2763607C1 RU 2021126920 A RU2021126920 A RU 2021126920A RU 2021126920 A RU2021126920 A RU 2021126920A RU 2763607 C1 RU2763607 C1 RU 2763607C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- transport
- naphthenic
- enterprise
- hydrocarbons
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Морская система транспортировки связанного водорода относится к энергетическим и химическим комплексам и транспортным системам и может быть использована в химической, нефтеперерабатывающей, нефтегазохимической и других отраслях промышленности для получения водорода путем его прямой и обратной трансформации в промежуточные соединения, позволяя реализовать упрощенный, безопасный и эффективный способ транспортировки водорода на большие расстояния.The marine system for the transportation of bound hydrogen refers to energy and chemical complexes and transport systems and can be used in the chemical, oil refining, petrochemical and other industries to produce hydrogen by its direct and reverse transformation into intermediate compounds, allowing the implementation of a simplified, safe and efficient method of transportation. hydrogen over long distances.
Топливно-энергетический комплекс наравне с важнейшими задачами добычи и производства первичных энергетических ресурсов, их транспортировки и переработки в другие виды топлива и энергии ищет пути решения экологических проблем, в частности, снижения углеродного следа - выбросов в атмосферу газов, способствующих созданию парникового эффекта, в первую очередь - диоксида углерода. Альтернативой углеродному топливу для двигателей транспортных средств является электроэнергия и водород. Кроме того, водород - один из важнейших реагентов крупнотоннажных процессов химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Особенно важное значение для быстро развивающихся полярных и арктических регионов страны с разработкой новых месторождений природного газа и созданием новых предприятий газохимической промышленности в условиях слабо развитой инфраструктуры имеет решение вопроса транспортирования водорода с использованием единой транспортной системы всего региона - Северного морского пути.The fuel and energy complex, along with the most important tasks of extraction and production of primary energy resources, their transportation and processing into other types of fuel and energy, is looking for ways to solve environmental problems, in particular, reduce the carbon footprint - emissions of gases into the atmosphere that contribute to the creation of the greenhouse effect, in the first place. turn - carbon dioxide. An alternative to carbon fuel for vehicle engines is electricity and hydrogen. In addition, hydrogen is one of the most important reagents for large-scale processes in the chemical, oil refining, and petrochemical industries. Especially important for the rapidly developing polar and arctic regions of the country with the development of new natural gas fields and the creation of new gas chemical industry enterprises in conditions of poorly developed infrastructure is the solution of the issue of hydrogen transportation using a single transport system for the entire region - the Northern Sea Route.
В настоящее время согласно Энергетической стратегии РФ на период до 2035 г. планируется до 2024 г. обеспечить экспорт 0,2 млн т водорода, а к 2035 г. - 2 млн т (Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 г. [Электронный ресурс] URL: http://static.government.ru/media/files/w4sigFOiDjGVDYT4IgsApssm6mZRb7wx.pdf, дата обращения 09.08.2021 г.). По оценкам экспертов, к 2050 г. доля водорода в мировом энергетическом балансе может увеличиться в разы в связи с чем ожидается, что к 2050 г. РФ сможет экспортировать 7,9-33,4 млн т водорода (Власти предложили транспортировать водород по трубам «Газпрома» // Прайм Агентство экономической информации, Россия сегодня, [Электронный ресурс] URL: https://1prime.ru/energy/20210414/833459139.html, дата обращения 09.08.2021 г.). Но для реализации этих планов недостаточно только увеличить мощности по производству водорода. Одной из важнейших проблем остается вопрос его транспортировки.Currently, according to the Energy Strategy of the Russian Federation for the period up to 2035, it is planned to ensure the export of 0.2 million tons of hydrogen until 2024, and 2 million tons by 2035 (Energy Strategy of the Russian Federation for the period up to 2035 [Electronic resource ] URL: http://static.government.ru/media/files/w4sigFOiDjGVDYT4IgsApssm6mZRb7wx.pdf, accessed 08/09/2021). According to experts, by 2050 the share of hydrogen in the global energy balance may increase many times over, and therefore it is expected that by 2050 the Russian Federation will be able to export 7.9-33.4 million tons of hydrogen (The authorities have proposed transporting hydrogen through pipes " Gazprom” // Prime Agency for Economic Information, Russia today, [Electronic resource] URL: https://1prime.ru/energy/20210414/833459139.html, accessed 09.08.2021). But to implement these plans, it is not enough just to increase the capacity for the production of hydrogen. One of the most important problems is the issue of its transportation.
Известна транспортировка водорода в газовой фазе в цилиндрических емкостях на трейлерах или железнодорожных платформах при давлении до 35 МПа и температуре 90 К (Алексеева О.К., Козлов С.И., Фатеев В.Н. Транспортировка водорода // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - №3 (21). - С. 18-24). Этот способ транспортировки может быть использован для морского транспорта, но при перевозке водорода контейнеровозами снижается эффективность такого способа из-за низкой плотности сжатого водорода - 66 кг/м3 при 35 МПа и 90 К. Например, в стандартном морском контейнере 2TEU объемом 77 м3 при заполнении цилиндрических емкостей водородом с полезным использованием объема контейнера 0,5 загрузка водорода составит всего 2541 кг. Кроме того, дополнительные трудности вызывает необходимость поддержания низкой температуры 90 К, которая может быть достигнута с помощью жидкого азота.Known for the transportation of hydrogen in the gas phase in cylindrical containers on trailers or railway platforms at a pressure of up to 35 MPa and a temperature of 90 K (Alekseeva O.K., Kozlov S.I., Fateev V.N. Transportation of hydrogen // Transport on alternative fuel. - 2011. - No. 3 (21), pp. 18-24). This method of transportation can be used for maritime transport, but when hydrogen is transported by container ships, the efficiency of this method decreases due to the low density of compressed hydrogen - 66 kg/m 3 at 35 MPa and 90 K. For example, in a standard 2TEU sea container with a volume of 77 m 3 when filling cylindrical containers with hydrogen with a useful use of a container volume of 0.5, the hydrogen load will be only 2541 kg. In addition, additional difficulties are caused by the need to maintain a low temperature of 90 K, which can be achieved with liquid nitrogen.
Известно также судно для перевозки сжиженных газов, содержащее в своем корпусе грузовые отсеки, в которых размещены термоизолированные выполненные из пенобетона призматические танки сжиженного газа, внутренняя поверхность стенок которых облицована герметизирующим тонкостенным покрытием, которое выполнено из металла, обеспечивающего транспортировку сжиженного газа при криогенных температурах (патент на изобретение RU 2429156, МПК В63В 25/08, В63В 25/16, заявлен 11.06.2010 г., опубл. 20.09.2011 г.). Недостатками изобретения являются:It is also known a vessel for the transportation of liquefied gases, containing in its hull cargo compartments, in which thermally insulated prismatic liquefied gas tanks made of foam concrete are placed, the inner surface of the walls of which is lined with a sealing thin-walled coating, which is made of metal, which ensures the transportation of liquefied gas at cryogenic temperatures (patent for the invention RU 2429156, IPC V63V 25/08, V63V 25/16, declared on June 11, 2010, published on September 20, 2011). The disadvantages of the invention are:
• уменьшение объема танков за счет стенок из пенобетона;• Reducing the volume of tanks due to foam concrete walls;
• опасное снижение устойчивости судна из-за уменьшения в 7 раз его осадки при плотности сжиженного водорода 0,07 т/м3;• dangerous decrease in ship's stability due to a 7-fold decrease in its draft at a density of liquefied hydrogen of 0.07 t/m 3 ;
• непригодность для перевозки водорода из-за использования герметизирующего металлического тонкостенного покрытия стенок танков из пенобетона, поскольку при нарушении герметичности металлического покрытия вследствие водородной коррозии произойдут большие потери водорода через проницаемый пенобетон.• unsuitability for hydrogen transportation due to the use of a sealing thin-walled metal coating of the walls of foam concrete tanks, since if the tightness of the metal coating is violated due to hydrogen corrosion, large losses of hydrogen will occur through the permeable foam concrete.
Известен способ транспортировки и хранения криогенных газов, в котором криогенный газ охлаждают до состояния жидкости, последнюю заливают, по крайней мере, в один бак, отделяют от окружающей среды теплоизоляцией и поддерживают при расчетных температуре и давлении за счет отбора натекающего тепла, при этом, по крайней мере, один бак с криогенной жидкостью отделяют от окружающей среды холодильной камерой, содержащей в своих стенках теплоизоляцию, а полость холодильной камеры заполняют и поддерживают при избыточном давлении нейтрального газа, не конденсирующегося при температуре криогенной жидкости (патент на изобретение RU 2334646, МПК B63B 25/16, B63J 2/14, заявлен 27.03.2007 г., опубл. 27.09.2008 г.). Недостатками изобретения являются:A known method of transportation and storage of cryogenic gases, in which the cryogenic gas is cooled to a liquid state, the latter is poured into at least one tank, separated from the environment by thermal insulation and maintained at the design temperature and pressure due to the selection of incoming heat, while, according to at least one tank with cryogenic liquid is separated from the environment by a refrigerating chamber containing thermal insulation in its walls, and the cavity of the refrigerating chamber is filled and maintained at an excess pressure of a neutral gas that does not condense at the temperature of the cryogenic liquid (patent for invention RU 2334646, IPC B63B 25 /16,
• транспорт водорода в криогенных условиях, требующий рядом с транспортной сетью создания системы глубокого холода;• transport of hydrogen under cryogenic conditions, requiring the creation of a deep cold system near the transport network;
• необходимость использования в качестве инертного агента в холодильной камере дорогостоящего неона, который, являясь прослойкой между стенкой холодильной камеры и бака, заполненного водородом, будет способствовать нагреванию водорода за счет теплопередачи в конвективных потоках, возникающих в пространстве между холодной стенкой бака и теплой стенкой холодильной камеры, сообщающейся с окружающей средой;• the need to use expensive neon as an inert agent in the refrigeration chamber, which, being a layer between the wall of the refrigeration chamber and the tank filled with hydrogen, will contribute to the heating of hydrogen due to heat transfer in convective flows occurring in the space between the cold wall of the tank and the warm wall of the refrigeration chamber communicating with the environment;
• отсутствие защиты бака от водородной коррозии, что приводит к опасности разгерметизации бака.• lack of protection of the tank from hydrogen corrosion, which leads to the danger of depressurization of the tank.
Известно устройство для доставки углеводородов в арктическом бассейне, состоящее из танкерного модуля с эластическими емкостями для размещения углеводородов, подводного буксира с атомной энергетической установкой и движителем, а также лоцманского глайдера, с возможностью его движения впереди подводного буксира, при этом танкерный модуль устройства доставки углеводородов в арктическом бассейне содержит центральную трубу с расположенными на ней продольными перегородками, закрытыми наружной обрешеткой, с размещенными в сформированных грузовых камерах по всей длине эластичными емкостями, состоящими из наружной и внутренней оболочек из теплоизолирующего материала, вложенных одна в другую, причем все эластичные емкости с обеих сторон заканчиваются запирающими устройствами с фланцами для подсоединения к заправочному терминалу, при этом на боковых сторонах корпуса танкерного модуля расположены разнесенные по длине корпуса поворотные реверсивные электродвигатели с гребными винтами, а нижняя камера предназначена для размещения топливных элементов, вырабатывающих электроэнергию для питания исполнительных механизмов, в свободном пространстве верхней и нижней грузовых камер располагаются замкнутые балластные камеры с водяными и воздушными насосами, загрузка танкерного модуля нефтепродуктом и его разгрузка после доставки к месту назначения осуществляется в подводном положении при помощи подводных заправочных станций (патент на изобретение RU 2700518, МПК B63B 25/08, B63G 8/42, заявлен 17.04.2018 г., опубл. 17.09.2019 г.). Недостатками изобретения являются:A device for delivering hydrocarbons in the Arctic basin is known, consisting of a tanker module with elastic containers for accommodating hydrocarbons, an underwater tug with a nuclear power plant and propulsion, as well as a pilot glider, with the possibility of its movement ahead of the underwater tug, while the tanker module of the hydrocarbon delivery device in the arctic basin contains a central pipe with longitudinal partitions located on it, closed by an outer crate, with elastic containers placed in the formed cargo chambers along the entire length, consisting of outer and inner shells of heat-insulating material nested one into the other, with all elastic containers on both sides end with locking devices with flanges for connection to the filling terminal, while on the sides of the hull of the tanker module there are rotary reversible electric motors with propellers spaced along the length of the hull, and the lower chamber The tanker is designed to accommodate fuel cells that generate electricity to power the actuators, in the free space of the upper and lower cargo chambers there are closed ballast chambers with water and air pumps, the tanker module is loaded with oil products and unloaded after delivery to the destination is carried out in a submerged position using underwater filling stations (patent for invention RU 2700518, IPC B63B 25/08, B63G 8/42, declared 04/17/2018, publ. September 17, 2019). The disadvantages of the invention are:
• выполнение операций по загрузке и разгрузке танкерного модуля в подводном положении при швартовке к соответствующим подводным заправочным станциям, реализуемое только водолазным персоналом;• execution of operations for loading and unloading the tanker module in a submerged position when moored to the corresponding underwater filling stations, carried out only by diving personnel;
• рекомендуемая низкая скорость транспортировки модуля, приводящая к значительному удорожанию перевозки продукта за счет возрастания амортизационных затрат;• recommended low module transportation speed, which leads to a significant increase in the cost of product transportation due to an increase in depreciation costs;
• рекомендуемый движитель в виде подводной лодки с атомным энергоблоком, функционирующий автоматически без обслуживающего персонала, увеличивающий риски аварийной ситуации вплоть до разрушения транспортной системы и радиоактивного заражения значительной части арктического региона;• recommended propulsion in the form of a submarine with a nuclear power unit, functioning automatically without attendants, increasing the risk of an emergency up to the destruction of the transport system and radioactive contamination of a significant part of the Arctic region;
• неэффективное управление поворотными реверсивными электродвигателями и вентилятором транспортного модуля с лоцманского глайдера при протяженности системы глайдер-подводная лодка-транспортный модуль в несколько сот метров в условиях опасного фарватера (мелководье, подошвы торосов и др.), связанное с рисками повреждения транспортного модуля и разливом транспортируемого продукта;• inefficient control of rotary reversible electric motors and transport module fan from a pilot glider when the glider-submarine-transport module system is several hundred meters long in a dangerous fairway (shallow water, hummock soles, etc.), associated with the risk of damage to the transport module and spillage of the transported product;
• потеря части водорода при его транспортировке через эластичные оболочки грузовых камер из-за высокой проницаемости соединения.• Loss of a part of hydrogen during its transportation through the elastic shells of the cargo chambers due to the high permeability of the compound.
Общим недостатком всех рассмотренных транспортных систем является их возвращение порожняком от места назначения груза к месту заправки транспортируемой средой, что существенно удорожает работу транспортной системы в целом. При транспорте водорода в газообразной или сжиженной форме также существует риск утечки водорода из емкостей за счет его проницаемости, водородной коррозии или недостаточной герметизации системы, что приводит к образованию взрывоопасной воздушно-водородной смеси с пределом взрываемости 4-75 об.%.A common drawback of all considered transport systems is their return empty from the destination of the cargo to the place of refueling with the transported medium, which significantly increases the cost of the transport system as a whole. When transporting hydrogen in gaseous or liquefied form, there is also a risk of hydrogen leakage from tanks due to its permeability, hydrogen corrosion or insufficient sealing of the system, which leads to the formation of an explosive air-hydrogen mixture with an explosive limit of 4-75 vol.%.
Известен также способ производства водорода, предназначенного для хранения и транспортировки, включающий получение гидрогенизированного ароматического соединения гидрогенизацией ароматического соединения в присутствии катализатора гидрогенизации, отделение и очистку гидрогенизированного ароматического соединения из реакционной смеси; хранение и/или транспортировку результирующего гидрогенизированного ароматического соединения в качестве носителя водорода для хранения и транспортировок, дегидрогенизацию гидрогенизированного ароматического соединения в присутствии катализатора дегидрогенизации, посредством чего производится водород, в котором при гидрогенизации ароматического соединения используется реакционный газ, полученный посредством реакции риформинга, и реакции конверсии, которая регулирует концентрацию водорода от 30 до 70 об.%, и в процессе гидрогенизации реакция метанизации остающегося монооксида углерода в реакционном газе выполняется одновременно с реакцией гидрогенизации ароматического соединения. В качестве ароматического соединения может быть использован толуол, а в качестве гидрогенизированного ароматического соединения - метилциклогексан (патент на изобретение RU 2532196, МПК C01B 3/22, С01В 3/38, заявлен 24.03.2011 г., опубл. 27.10.2014 г.). Недостатками изобретения являются:Also known is a method for the production of hydrogen intended for storage and transportation, including obtaining a hydrogenated aromatic compound by hydrogenation of an aromatic compound in the presence of a hydrogenation catalyst, separating and purifying a hydrogenated aromatic compound from the reaction mixture; storage and/or transportation of the resulting hydrogenated aromatic compound as a hydrogen carrier for storage and transportation, dehydrogenation of the hydrogenated aromatic compound in the presence of a dehydrogenation catalyst, whereby hydrogen is produced, in which the reaction gas obtained by the reforming reaction is used in the hydrogenation of the aromatic compound, and the conversion reaction , which controls the concentration of hydrogen from 30 to 70% by volume, and in the hydrogenation process, the methanization reaction of the remaining carbon monoxide in the reaction gas is carried out simultaneously with the hydrogenation reaction of the aromatic compound. Toluene can be used as an aromatic compound, and methylcyclohexane can be used as a hydrogenated aromatic compound (patent for invention RU 2532196, IPC C01B 3/22, C01B 3/38, declared on March 24, 2011, published on October 27, 2014) . The disadvantages of the invention are:
• низкая глубина проработки способа, так как ароматическое соединение (толуол) поступает на гидрогенизацию в поток, где при существенном избытке водорода (табл. 1, поток № 5 и табл. 2, поток № 6) присутствуют почти в таком же количестве, как избыток водорода, балластные пары воды и диоксида углерода, что приводит к нахождению в зоне каталитической реакции большого количества балластных компонентов, занимающих почти две трети объема реакционной зоны, и, как следствие, к неудовлетворительной работе реактора гидрирования, увеличению его размеров и расхода катализатора;• low depth of process development, since the aromatic compound (toluene) is supplied for hydrogenation into the stream, where, with a significant excess of hydrogen (Table 1, stream No. 5 and Table 2, stream No. 6), they are present in almost the same amount as the excess hydrogen, ballast vapors of water and carbon dioxide, which leads to the presence in the catalytic reaction zone of a large number of ballast components, occupying almost two thirds of the volume of the reaction zone, and, as a result, to unsatisfactory operation of the hydrogenation reactor, an increase in its size and catalyst consumption;
• потери водорода со сбрасываемым диоксидом углерода (табл. 1, поток 7), составляющие почти 20% от вырабатываемого водорода.• Losses of hydrogen with discharged carbon dioxide (Table 1, flow 7), amounting to almost 20% of the generated hydrogen.
При создании изобретения ставилась задача разработки морской системы транспортировки связанного водорода, обеспечивающей одновременно повышение экономической эффективности, экологичности и безопасности транспортировки водорода потребителю на большие расстояния.When creating the invention, the task was to develop a marine system for the transportation of bound hydrogen, which at the same time provides an increase in economic efficiency, environmental friendliness and safety of transporting hydrogen to a consumer over long distances.
Поставленная задача решается за счет того, что морская система транспортировки связанного водорода включает резервуарный парк нефтехимического предприятия с резервуарами хранения ароматических и нафтеновых углеводородов, распределительный и погрузочный терминал с индивидуальной подачей в транспортные танкеры нафтенового углеводорода и приема с транспортных танкеров ароматического углеводорода, транспортные танкеры, оборудованные резервуарами для перевозки нафтенового и/или ароматического углеводорода, резервуаром для хранения водорода, палубной установкой дегидрирования нафтенового углеводорода с получением ароматического углеводорода и водорода, и трубопровод для подачи водорода из транспортного танкера на предприятие-потребитель водорода.The problem is solved due to the fact that the marine system for transporting bound hydrogen includes a tank farm of a petrochemical enterprise with storage tanks for aromatic and naphthenic hydrocarbons, a distribution and loading terminal with individual supply of naphthenic hydrocarbons to transport tankers and reception of aromatic hydrocarbons from transport tankers, transport tankers equipped with tanks for transporting naphthenic and/or aromatic hydrocarbons, a tank for storing hydrogen, a deck plant for dehydrogenating naphthenic hydrocarbons to produce aromatic hydrocarbons and hydrogen, and a pipeline for supplying hydrogen from a transport tanker to a hydrogen consumer enterprise.
Нафтеновый углеводород высокой степени чистоты, произведенный на нефтехимическом предприятии, технологически проще и дешевле по сравнению с водородом хранить в резервуарном парке нефтехимического предприятия и закачивать в резервуары транспортного танкера любого типа, конструктивно предназначенного для перевозки светлых нефтепродуктов и оборудованного резервуарами как для перевозки углеводородов, так для хранения водорода, а, кроме того, палубной установкой дегидрирования нафтенового углеводорода. Эта установка может функционировать в двух вариантах. По первому варианту при швартовке транспортного танкера в порту предприятия-потребителя водорода и подключении трубопровода подачи водорода из транспортного танкера на предприятие-потребитель водорода производятся регламентные работы по пуску палубной установки дегидрирования нафтенового углеводорода, направляемого из резервуара для перевозки нафтенового углеводорода, с получением ароматического углеводорода и водорода. Полученный ароматический углеводород закачивается в свободный запасной резервуар транспортного танкера, а водород поступает в предназначенный ему резервуар для хранения водорода, играющий роль ресивера, и далее следует на предприятие-потребитель водорода. По второму варианту пуск палубной установки дегидрирования нафтенового углеводорода производится еще на заключительной стадии рейса транспортного танкера до его подхода к порту предприятия-потребителя водорода и вырабатываемый водород поступает в резервуар для хранения водорода.High-purity naphthenic hydrocarbon produced at a petrochemical plant is technologically simpler and cheaper compared to hydrogen to be stored in the tank farm of a petrochemical plant and pumped into the tanks of any type of transport tanker designed for the transportation of light petroleum products and equipped with tanks both for the transportation of hydrocarbons and for hydrogen storage, and, in addition, a deck unit for the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbons. This installation can operate in two versions. According to the first option, when the transport tanker is moored in the port of the hydrogen consumer enterprise and the hydrogen supply pipeline from the transport tanker is connected to the hydrogen consumer enterprise, scheduled maintenance is carried out to start up the deck installation for the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbon sent from the tank for transporting naphthenic hydrocarbon, with the production of aromatic hydrocarbon and hydrogen. The obtained aromatic hydrocarbon is pumped into the free reserve tank of the transport tanker, and hydrogen enters the hydrogen storage tank intended for it, which plays the role of a receiver, and then goes to the hydrogen consumer enterprise. According to the second option, the launch of the deck plant for the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbons is carried out at the final stage of the voyage of the transport tanker before it approaches the port of the hydrogen consumer enterprise, and the produced hydrogen enters the hydrogen storage tank.
Целесообразно с позиций компоновки транспортного танкера палубную установку дегидрирования нафтенового углеводорода размещать в кормовой части транспортного танкера за многоярусной рубкой, отделяя брандмауэром. Палубная установка дегидрирования нафтенового углеводорода содержит, как минимум, насос подачи нафтенового углеводорода из резервуара для перевозки нафтенового углеводорода, рекуперативный теплообменник для передачи тепла от горячих продуктов реакции (ароматического углеводорода и водорода) к холодному нафтеновому углеводороду, печь для нагрева нафтенового углеводорода, каталитический реактор дегидрирования, в котором нафтеновый углеводород разлагается на ароматический углеводород и водород, охлаждающиеся далее в рекуперативном теплообменнике, водяной или воздушный холодильник для дальнейшего охлаждения продуктов реакции, сепаратор для их разделения, причем ароматический углеводород поступает в свободный резервный резервуар, а водород - в резервуар для хранения водорода. Несмотря на отсутствие открытого огня, палубная установка дегидрирования нафтенового углеводорода является взрыво- и пожароопасной, поэтому отделяется от многоярусной рубки брандмауэром.From the standpoint of the layout of the transport tanker, it is expedient to place the deck installation for the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbons in the aft part of the transport tanker behind a multi-tiered cabin, separated by a firewall. The deck naphthenic hydrocarbon dehydrogenation unit comprises at least a pump for supplying naphthenic hydrocarbon from a naphthenic hydrocarbon transport tank, a recuperative heat exchanger for transferring heat from hot reaction products (aromatic hydrocarbon and hydrogen) to cold naphthenic hydrocarbon, a furnace for heating naphthenic hydrocarbon, a catalytic dehydrogenation reactor , in which the naphthenic hydrocarbon decomposes into an aromatic hydrocarbon and hydrogen, which are further cooled in a recuperative heat exchanger, a water or air cooler for further cooling of the reaction products, a separator for their separation, and the aromatic hydrocarbon enters the free reserve tank, and hydrogen enters the hydrogen storage tank . Despite the absence of open fire, the deck naphthenic hydrocarbon dehydrogenation plant is explosive and fire hazardous, therefore it is separated from the multi-tiered cabin by a firewall.
Рационально, чтобы производительность палубной установки дегидрирования нафтенового углеводорода по водороду была равна или превышала потребности предприятия-потребителя водорода, тогда в ходе получения водорода при швартовке транспортного танкера в порту предприятия-потребителя водорода будет обеспечиваться его нормальная работа. Также появляется возможность создания на предприятии-потребителе водорода резервного запаса водорода, который будет поступать на переработку во время замены в порту отработавшего транспортного танкера на вновь прибывший.It is rational that the productivity of the deck plant for the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbons in terms of hydrogen should be equal to or exceed the needs of the hydrogen consumer enterprise, then in the course of hydrogen production, when the transport tanker is moored in the port of the hydrogen consumer enterprise, its normal operation will be ensured. It also becomes possible to create a reserve stock of hydrogen at the hydrogen consumer enterprise, which will be supplied for processing during the replacement of an exhausted transport tanker in the port with a newly arrived one.
В зависимости от числа и потребностей предприятий-потребителей водорода в регионе потребления водорода один транспортный танкер может последовательно или параллельно обеспечивать водородом несколько предприятий-потребителей водорода с невысокой потребностью в водороде.Depending on the number and needs of hydrogen consuming enterprises in the region of hydrogen consumption, one transport tanker can sequentially or in parallel supply hydrogen to several hydrogen consuming enterprises with a low hydrogen demand.
По мере полного опорожнения резервуаров для перевозки нафтенового углеводорода в них загружают полученный на палубной установке дегидрирования нафтенового углеводорода ароматический углеводород, что почти не меняет осадку танкера и позволяет уменьшить объем балластных резервуаров (обычно загружаемых водой в танкерах, возвращающихся в обратный рейс порожняком, из-за чего дедвейт судна D в балластном переходе составляет приблизительно 30% от дедвейта в полном грузе, а водоизмещение в балластном переходе (Dбл≈(0,5-0,55)D) или заполнить часть балластных резервуаров транспортируемыми углеводородами, что увеличивает полезную часть дедвейта транспортного танкера, по крайней мере, на 10-15%.As the tanks for the transportation of naphthenic hydrocarbons are completely emptied, they are loaded with the aromatic hydrocarbon obtained at the deck naphthenic hydrocarbon dehydrogenation unit, which almost does not change the draft of the tanker and makes it possible to reduce the volume of ballast tanks (usually loaded with water in tankers returning to the return trip empty, due to which deadweight transition D in the ballast is approximately 30% dwt in full loads, and displacement in the ballast transition (D bl ≈ (0,5-0,55) D) or to fill part of the ballast tanks transportable hydrocarbons, which increases the useful portion deadweight transport tanker, at least 10-15%.
Полезно ароматический углеводород, полученный на палубной установке дегидрирования нафтенового углеводорода, использовать далее в качестве реагента и/или реализовывать в качестве товарного продукта на нефтехимическом предприятии, предприятии-потребителе водорода или других предприятиях, расположенных на пути перехода транспортного танкера от порта нефтехимического предприятия до порта предприятия-потребителя.It is useful to use the aromatic hydrocarbon obtained at the deck installation for the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbons further as a reagent and / or sell as a commercial product at a petrochemical enterprise, a hydrogen consumer enterprise or other enterprises located on the route of a transport tanker from the port of the petrochemical enterprise to the port of the enterprise -consumer.
Нафтеновый углеводород на нефтехимическом предприятии может быть получен любым известным способом, что делает морскую систему транспортировки связанного водорода независимой от способа производства водорода. С позиций экономичности рекомендуется в качестве нафтенового углеводорода и ароматического углеводорода использовать циклогексан или метилциклогексан и бензол или толуол, соответственно. При гидрировании бензола или толуола, соответственно, обеспечивается максимальная производительность транспортировки водорода в составе циклогексана или метилциклогексана, соизмеримая с производительностью транспортировки чистого водорода, но лишенная практически всех недостатков перемещения водорода по трубопроводу или в емкостях.The naphthenic hydrocarbon in the petrochemical plant can be obtained by any known method, which makes the marine system of transportation of bound hydrogen independent of the hydrogen production method. From the point of view of economy, it is recommended to use cyclohexane or methylcyclohexane and benzene or toluene as naphthenic hydrocarbon and aromatic hydrocarbon, respectively. Hydrogenation of benzene or toluene, respectively, ensures the maximum performance of hydrogen transportation in the composition of cyclohexane or methylcyclohexane, comparable with the performance of pure hydrogen transportation, but devoid of almost all the disadvantages of hydrogen transportation through a pipeline or in containers.
Число используемых транспортных танкеров для бесперебойного обеспечения предприятий-потребителей водородом N можно определить по формуле:The number of transport tankers used for the uninterrupted supply of consumer enterprises with hydrogen N can be determined by the formula:
N = (τ1 + τ2 + τ3 + 2τ4 + τ5) / τ5,N = (τ 1 + τ 2 + τ 3 + 2τ 4 + τ 5 ) / τ 5 ,
где τ1 и τ2 - соответственно продолжительность опорожнения резервуаров транспортного танкера от ароматического углеводорода и их наполнение нафтеновым углеводородом в порту нефтехимического предприятия, ч;where τ 1 and τ 2 - respectively, the duration of the emptying of the tanks of the transport tanker from aromatic hydrocarbons and their filling with naphthenic hydrocarbons in the port of the petrochemical enterprise, h;
τ3 - суммарная продолжительность швартовок транспортного танкера в порту нефтехимического предприятия и порту предприятия-потребителя водорода, ч;τ 3 - the total duration of the moorings of the transport tanker in the port of the petrochemical enterprise and the port of the hydrogen consumer enterprise, h;
τ4 - продолжительность перехода транспортного танкера от порта нефтехимического предприятия до порта предприятия-потребителя водорода, ч;τ 4 - the duration of the transition of the transport tanker from the port of the petrochemical enterprise to the port of the enterprise-consumer of hydrogen, h;
τ5 - продолжительность работы палубной установкой дегидрирования нафтенового углеводорода, ч.τ 5 - duration of operation of the deck installation for the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbons, h.
Целесообразно во время перехода транспортного танкера от порта нефтехимического предприятия до порта предприятия-потребителя водорода полученный на палубной установке дегидрирования нафтенового углеводорода водород использовать в качестве топлива транспортного танкера, снижая тем самым его углеродный след.It is expedient during the transfer of a transport tanker from the port of a petrochemical enterprise to the port of an enterprise-consumer of hydrogen, the hydrogen obtained at the deck plant for the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbons can be used as fuel for the transport tanker, thereby reducing its carbon footprint.
На фиг. 1 приведен один из вариантов функционирования морской системы транспортировки связанного водорода, на фиг. 2 приведена схема транспортного танкера с использованием следующих обозначений:In FIG. 1 shows one of the options for the functioning of the marine system for the transportation of bound hydrogen, in Fig. 2 shows a diagram of a transport tanker using the following symbols:
1 - 9 - трубопроводы;1 - 9 - pipelines;
100 - нефтехимическое предприятие;100 - petrochemical enterprise;
101 - установка получения нафтенового углеводорода;101 - installation for the production of naphthenic hydrocarbons;
200 - резервуарный парк;200 - tank farm;
201 - резервуар хранения нафтенового углеводорода;201 - naphthenic hydrocarbon storage tank;
202 - резервуар хранения ароматического углеводорода,202 - aromatic hydrocarbon storage tank,
300 - распределительный и погрузочный терминал;300 - distribution and loading terminal;
400 - транспортный танкер в позициях:400 - transport tanker in positions:
400 (а) - бункеровка нафтенового углеводорода;400 (a) - bunkering of naphthenic hydrocarbon;
400 (б) - перемещение нафтенового углеводорода;400 (b) - movement of naphthenic hydrocarbon;
400 (в) - трансформация нафтенового углеводорода в ароматический углеводород и водород;400 (c) - transformation of naphthenic hydrocarbon into aromatic hydrocarbon and hydrogen;
400 (г) - перемещение ароматического углеводорода;400 (d) - movement of aromatic hydrocarbon;
401 - корпус танкера;401 - tanker hull;
402 - палубная система трубопроводов;402 - deck piping system;
403 - многоярусная рубка;403 - multi-tier felling;
404 - палубная установка дегидрирования нафтенового углеводорода;404 - deck installation for the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbons;
405 - машинное отделение;405 - engine room;
406 - резервный резервуар для загрузки получаемого ароматического углеводорода;406 - reserve tank for loading the resulting aromatic hydrocarbon;
407 - резервуар для хранения водорода;407 - hydrogen storage tank;
408 - резервуар хранения балластной воды;408 - ballast water storage tank;
409 - резервуар для перевозки нафтенового углеводорода;409 - tank for transportation of naphthenic hydrocarbon;
500 - предприятие-потребитель водорода;500 - enterprise-consumer of hydrogen;
501 - резервуар хранения водорода;501 - hydrogen storage tank;
502 - установка, использующая водород для синтеза продукта А;502 - installation using hydrogen for the synthesis of product A;
503 - установка, использующая водород для синтеза продукта Б.503 - plant using hydrogen for the synthesis of product B.
Морская система транспортировки связанного водорода согласно схеме на фиг. 1 функционирует следующим образом. Нафтеновый углеводород вырабатывается на установке получения нафтенового углеводорода 101, помимо прочих входящей в состав нефтехимического предприятия 100, и по трубопроводу 1 поступает в резервуар хранения нафтенового углеводорода 201 резервуарного парка 200. После швартовки в порту нефтехимического предприятия 100 транспортного танкера 400, который осуществляет перемещение ароматического углеводорода 400 (г), выполняется откачка из него по трубопроводу 4 через распределительный и погрузочный терминал 300 ароматического углеводорода, поступающего по трубопроводу 5 в резервуар хранения ароматического углеводорода 202 резервуарного парка 200. По трубопроводу 6 ароматический углеводород далее может быть направлен для использования в качестве реагента на установки нефтехимического предприятия 100 и/или для реализации в качестве товарного продукта. По мере откачки ароматического углеводорода из очередного резервуара транспортного танкера 400 выполняется бункеровка нафтенового углеводорода 400 (а). При этом нафтеновый углеводород по трубопроводу 2 откачивается из резервуара хранения нафтенового углеводорода 201 резервуарного парка 200 насосами распределительного и погрузочного терминала 300 и далее поступает по трубопроводу 3 в свободные резервуары для перевозки нафтенового углеводорода 409 транспортного танкера 400.The offshore system for transporting bound hydrogen according to the diagram in FIG. 1 functions as follows. The naphthenic hydrocarbon is produced at the naphthenic hydrocarbon production plant 101, among others, which is part of the
После полной бункеровки нафтенового углеводорода 400 (а) в транспортный танкер 400 осуществляется перемещение нафтенового углеводорода 400 (б) с нефтехимического предприятия 100 на предприятие-потребитель водорода 500. По прибытии в порт предприятия-потребителя водорода 500 и швартовки транспортного танкера 400 начинают трансформацию нафтенового углеводорода в ароматический углеводород и водород 400 (в). При этом водород по трубопроводу 7 поступает в резервуар хранения водорода 501 предприятия-потребителя водорода 500 и далее по трубопроводам 8 и 9 направляется в качестве реагента на технологическую установку 502, использующую водород для синтеза продукта А, и на технологическую установку 503, использующую водород для синтеза продукта Б, соответственно.After the naphthenic hydrocarbon 400 (a) is completely bunkered into the
Конструкция транспортного танкера 400 схематично приведена на фигуре 2. В дополнение к традиционно размещаемым в корпусе танкера 401 палубной системе трубопроводов 402, многоярусной рубке 403, машинному отделению 405 предусмотрена палубная установка дегидрирования нафтенового углеводорода 404, обеспечивающая трансформацию нафтенового углеводорода в ароматический углеводород и водород. В транспортном танкере 400 большинство резервуаров служат резервуарами для перевозки нафтенового углеводорода 409, кроме того предусматривается резервный свободный резервуар для загрузки получаемого ароматического углеводорода 406 в первые часы работы палубной установки дегидрирования нафтенового углеводорода 404 в порту предприятия-потребителя водорода 500, а также резервуар для хранения водорода 407. Дополнительной конструктивной особенностью является уменьшение объема резервуаров для балластной воды 408, поскольку, в отличие от типовых танкеров с большим объемом балластной воды для обеспечения устойчивости судна при выполнении порожних (обратных) рейсов в транспортном танкере 400 роль части балласта выполняет выработанный на палубной установке дегидрирования нафтенового углеводорода 404 ароматический углеводород, заменяющий нафтеновый углеводород, что увеличивает полезную грузоподъемность танкера.The design of the
Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу разработки морской системы транспортировки связанного водорода, обеспечивающей одновременно повышение экономической эффективности, экологичности и безопасности транспортировки водорода потребителю на большие расстояния за счет прямой и обратной трансформации водорода в промежуточные соединения.Thus, the claimed invention solves the problem of developing a marine system for the transportation of bound hydrogen, which simultaneously improves the economic efficiency, environmental friendliness and safety of transporting hydrogen to a consumer over long distances due to the direct and reverse transformation of hydrogen into intermediate compounds.
Claims (16)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021126920A RU2763607C1 (en) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | Bound hydrogen marine transportation system |
| PCT/RU2022/000277 WO2023043330A1 (en) | 2021-09-14 | 2022-09-13 | System for the marine transportation of combined hydrogen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021126920A RU2763607C1 (en) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | Bound hydrogen marine transportation system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2763607C1 true RU2763607C1 (en) | 2021-12-30 |
Family
ID=80039917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021126920A RU2763607C1 (en) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | Bound hydrogen marine transportation system |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2763607C1 (en) |
| WO (1) | WO2023043330A1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006046460A (en) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Tokyo Gas Co Ltd | Lng transporting system using ship |
| US20070017575A1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Bruce Hall | Method of bulk transport and storage of gas in a liquid medium |
| JP2007269522A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Chiyoda Corp | Storage-transport system of hydrogen |
| WO2010042073A1 (en) * | 2008-10-09 | 2010-04-15 | Keppel Offshore & Marine Technology Centre Pte Ltd | Systems and methods for offshore natural gas production, transportation and distribution |
| RU2532196C2 (en) * | 2010-03-29 | 2014-10-27 | Тийода Корпорейшн | Method of producing hydrogen intended for storage and transportation |
| WO2016036690A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | Excelerate Energy Limited Partnership | System and method for small scale marine transpoation of cryogenic hydrocarbons |
| EP3428053A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-16 | Naturgy Energy Group S.A. | Maritime system for the transport and distribution of liquefied natural gas lng |
| RU2700518C1 (en) * | 2018-04-17 | 2019-09-17 | Анатолий Петрович Рыбкин | Device for hydrocarbons delivery in arctic basin |
-
2021
- 2021-09-14 RU RU2021126920A patent/RU2763607C1/en active
-
2022
- 2022-09-13 WO PCT/RU2022/000277 patent/WO2023043330A1/en unknown
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006046460A (en) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Tokyo Gas Co Ltd | Lng transporting system using ship |
| US20070017575A1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Bruce Hall | Method of bulk transport and storage of gas in a liquid medium |
| JP2007269522A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Chiyoda Corp | Storage-transport system of hydrogen |
| WO2010042073A1 (en) * | 2008-10-09 | 2010-04-15 | Keppel Offshore & Marine Technology Centre Pte Ltd | Systems and methods for offshore natural gas production, transportation and distribution |
| RU2532196C2 (en) * | 2010-03-29 | 2014-10-27 | Тийода Корпорейшн | Method of producing hydrogen intended for storage and transportation |
| WO2016036690A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | Excelerate Energy Limited Partnership | System and method for small scale marine transpoation of cryogenic hydrocarbons |
| EP3428053A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-16 | Naturgy Energy Group S.A. | Maritime system for the transport and distribution of liquefied natural gas lng |
| RU2700518C1 (en) * | 2018-04-17 | 2019-09-17 | Анатолий Петрович Рыбкин | Device for hydrocarbons delivery in arctic basin |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023043330A1 (en) | 2023-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4949599B2 (en) | Method and apparatus for compressed gas | |
| Decarre et al. | CO2 maritime transportation | |
| CN103237743B (en) | System and method for containerized transport of liquids by marine vessel | |
| RU2145689C1 (en) | Shipboard system for transportation of compressed gas | |
| WO2015002262A1 (en) | Large maritime floating facility | |
| EP2228294A1 (en) | Vessel for transport of liquefied natural gas | |
| MXPA06002480A (en) | Reception, processing, handling and distribution of hydrocarbons and other fluids. | |
| KR20170128416A (en) | Liquefied gas cooling method | |
| MX2009002474A (en) | Transporting and managing liquefied natural gas. | |
| EP3428053B1 (en) | Maritime system for the transport and distribution of liquefied natural gas lng | |
| WO2003066423A1 (en) | Vessel for transport of lpg and liquid co2 and system for energy production without emission of co2 to the atmosphere | |
| GB2609952A (en) | An underwater vehicle for transporting fluid | |
| RU2763607C1 (en) | Bound hydrogen marine transportation system | |
| GB2356619A (en) | Transporting and storing a hydrate slurry | |
| RU2770042C1 (en) | Marine bound hydrogen transportation system | |
| EP2749807A1 (en) | Fluid supply assemblage, a floating transportation vessel, method of assembling a fluid supply assemblage, and method of transferring a fluid | |
| KR20130021926A (en) | Liquefied natural gas supplying ship | |
| Valland | End-user assessment for hydrogen as fuel | |
| White et al. | The impact of compressed natural gas shipping upon offshore gas development | |
| Ünsalan et al. | Conceptual Study for a “Gas Hydrate Carrier Ship” | |
| KR102465884B1 (en) | A ballast water system of marine fuel cell ship using ammonia reforming | |
| EP4344932A1 (en) | System incorporated in diesel electric gas carrier ships (dfde/tfde) for the transformation of evaporated natural gas (bog) inside the tanks into electrical energy and its distribuction to land | |
| KR20230040144A (en) | Marine transportation means including liquid hydrogen storage container | |
| SK50232016A3 (en) | Complex shipping and store system of LNG supply in the river transporting logistics chain | |
| Bua et al. | ZeroTug–The zero-emission tugboat |