Способ получения, хранения и разложения гидратов природного газа


 


Владельцы патента RU 2505740:

Сильвестров Алексей Львович (RU)

Изобретение относится к способам получения и хранения природного газа в виде газовых гидратов (ГПГ). Способ включает предварительное заполнение судна водоледяной смесью. ГПГ в судне получают путем закачки в него под давлением природного газа и барботирования газа через водоледяную смесь одновременно с закачкой в него водоледяной смеси и осуществлением вибрации с акустической частотой до тех пор, пока ГПГ не заполнят весь объем судна. После этого закачку газа и криогидратной смеси прекращают и хранят ГПГ в судне при постоянных температуре и давлении. Для разложения ГПГ на воду и газ в верхней части судна понижают давление путем отбора газа из судна и/или поднимают судно вверх для снижения в нем гидростатического давления. По окончании отбора газа судно опускают на исходную глубину, а образовавшуюся после разложения гидратов водоледяную и криогидратную смесь сохраняют до нового заполнения судна ГПГ. Техническим результатом изобретения является создание условий для применения погруженного под воду судна в качестве комбинированного устройства для получения, подводного хранения и разложения ГПГ. 1 ил.

 

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано в системах газоснабжения прибрежных предпочтительно приморских населенных пунктов и промышленных предприятий.

Известен способ получения, транспортирования и хранения гидратов газов (RU №2200727). Согласно известному способу для получения гидратов на месте переработки нефть и воду отделяют от природного газа и его смеси с другими углеводородами, после чего очищенный газ подвергают сжатию и охлаждению. Конденсированный газ, полученный при этом сжатии и охлаждении, удаляют в сепараторе, в котором установлены такие температура и давление, чтобы получать определенные углеводороды, предпочтительно бутан и высшие углеводороды. Выделенный охлажденный газ далее подвергают сжатию, охлаждению и подают в реакционный сосуд и вместе с водой, где вода и газ реагируют с образованием гидрата природного газа, состоящего из замороженной воды с включенным в нее газом. Гидрат, образующийся в виде мелкого порошка, выгружают из реактора. Порошок гидрата далее охлаждают, прессуют для получения гидрата природного газа с большей плотностью и используют для хранения и транспортировки газов. Частицы гидрата газа, согласно описываемому способу, можно хранить на морских платформах в подводных сосудах под давлением. Эти сосуды могут быть расположены на морском дне или вблизи платформы. Частицы гидрата можно хранить как твердое вещество в газе или в среде охлажденной воды или углеводородной жидкости. Кроме подводных сосудов можно использовать танкеры, баржи и т.п. или подводные емкости из жестких или гибких материалов.

Недостатками данного способа являются:

- необходимость наличия отдельного реакционного сосуда для получения гидратов газов;

- сложности с обработкой природного газа, имеющего в своем составе преимущественно метан, вследствие более жестких условий образования стабильных гидратов из метана, по сравнению с высшими углеводородами;

- необходимость транспортировки порошка гидрата, находящегося в «метастабильном» состоянии из реакционного сосуда в емкость, предназначенную для долговременного хранения.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ транспортировки природного газа в судне, погруженном в воду (патент Норвегии №149976). Согласно известному способу «…природный газ и сырую воду подают отдельными потоками в погруженное под воду судно, где они образуют гидрат газа, который далее поддерживают в устойчивом состоянии за счет гидростатического давления и сравнительно низкой температуре морской воды…».

Недостатками известного способа являются:

- быстрый нагрев смеси воды и газа в судне за счет высокого тепловыделения при образовании гидрата (примерно 500 кДж на 1 кг гидратов); в результате каждый поданный в судно килограмм воды, из которого образуется примерно 1.13 кг гидратов природного газа, например, теоретически способен нагреть 1 кг (литр) воды на 120°C, что немедленно приведет к недопустимому повышению температуры воды внутри судна и прекращению дальнейшего образования гидратов в судне, для продолжения которого нужно будет либо резко повышать давление в корпусе судна до сотен кг/см и/или охлаждать нагретую воду до исходной температуры морской воды, например, 0°C; получение высоких давлений в судне и понижение температуры воды требуют времени, применения специального оборудования и высоких энергозатрат;

- подача в погруженное под воду (далее - подводное) судно газа и сырой воды отдельными потоками не обеспечивает высокой эффективности и скорости образования газовых гидратов ввиду гравитационного разделения внутри судна газа и воды и возникновения горизонтальной контактной поверхности между газом и водой, на которой только и будет происходить образование гидратов, площадь которой ограничена размерами судна, неуправляема и недостаточна для коммерческой скорости получения гидратов; экспериментально установлено, что гидраты природного газа при равновесных температурах и давлениях не образуются внутри больших объемов газонасыщенной воды, а образуются только на контактных поверхностях газа и воды;

- с учетом вышеизложенных недостатков практически невозможно периодическое многократное использовании судна в качестве аппарата для получения, хранения и последующего разложения (регазификации) гидратов природного газа, т.е. в качестве подводного хранилища газа, аналогичного по своему назначению общеизвестному подземному хранилищу газа, например, в кавернах в отложениях каменной соли.

Целью предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков для применения погруженного под воду судна в качестве комбинированного устройства для получения, подводного хранения и разложения гидратов природного газа в системах газоснабжения приморских населенных пунктов, расположенных на побережьях северных морей, с ежегодным циклом заполнения газом, превращаемом внутри судна в гидраты природного газа в период летней навигации, хранением и отбором газа для подачи потребителю в межнавигационный холодный период года.

Поставленная цель достигается тем, что

- заблаговременно подводное судно заполняют (в качестве аккумулятора холода, удерживающего постоянную температуру таяния до полного оттаивания льда) криогидратной смесью максимально уплотненного мелкоизмельченного или гранулированного предпочтительно засоленного морского льда и морской воды, сохраняющей открытую пористость, например, 20% по объему;

- криогидратную смесь в судне при получении гидратов подвергают вибрации акустической частоты, например, 60 Гц, с помощью погружных вибраторов, установленных равномерно и приблизительно в центре объема подводного судна, что обеспечивает дополнительное дробление пузырьков барботирующего природного газа, увеличение площади поверхности контактов газа и воды, а также способствует уплотнению образующегося гидрата;

- в подводное судно из-под нижней плоскости его объема закачивают природный газ под давлением, как правило, не ниже 10 ати, предпочтительно сжиженный природный газ (СПГ), имеющий температуру около минус 160°C, равномерно распределяя его по всей площади поперечного горизонтального сечения судна с выпуском из распределительных устройств в виде газовых пузырьков диаметром, например, 0.005 м, которые барботируют в судне через воду в порах водоледяной смеси снизу вверх, почти мгновенно образуя кристаллы гидратов на своих границах с водой, уменьшаясь за счет этого в размерах до полного исчезновения;

- закачку газа в судно проводят одновременно с закачкой в него водоледяной смеси до тех пор, пока плавающими в воде гидратами не будет заполнен весь объем судна и не начнутся существенное повышение температуры внутри судна, скопление природного газа в его верхней части и всплывание не помещающихся в нем кристаллов гидрата в воде вокруг судна, разложение их на газ и воду и появление пузырьков и струй газа (грифонов) на поверхности воды вокруг судна;

- после этого закачку криогидратной смеси прекращают и хранят полученные гидраты природного газа в судне в течение необходимого времени, например, полгода, при постоянной температуре и давлении, при необходимости периодически закачивая в судно некоторое дополнительное количество водоледяной смеси с целью компенсации внешнего теплопритока в судно и подержания в нем необходимой постоянной температуры;

- для разложения хранимых в судне гидратов на воду и газ, подаваемый потребителю (после осушки и, если это необходимо, повышения давления), в верхней части судна понижают давление, например, до 5 ати, путем отбора (выпуска) газа из судна в газопровод для подачи его потребителю, а также поднимают судно вверх для снижения в нем гидростатического давления, при этом необходимое для разложения гидратов тепло выделяется при замерзании морской воды, поступающей снизу в судно за счет гидростатического давления, а также капиллярного подтягивания воды вверх по порам криогидратной смеси, полученной и хранимой в судне;

- по окончании полного или частичного отбора газа из судна потребителю судно опускают на начальную исходную глубину, образовавшуюся после разложения гидратов водоледяную и криогидратную смесь сохраняют до нового заполнения судна газовыми гидратами, например, в течение полугода, периодически пополняя ее количество (при необходимости) закачками водоледяной смеси для компенсации внешнего теплопритока из окружающей морской воды.

На чертеже показана принципиальная схема осуществления изобретения.

Судно 1, сообщающееся в нижней части с окружающей водой 2, погружено в нее вверх килем на глубину порядка 100 м, подвешено, например, на тросах 3 к понтонам 4, плавающим на поверхности воды. Судно 1 оборудовано трубопроводами: 5 - для загрузки его водоледяной смесью из плавучей 15 или наземной 17 холодильной установки; 6 - для подачи в распределитель (диспергатор) 7 через распределенную систему перфорированных трубок, расположенных под нижней поверхностью загруженной в судно 1 водоледяной смеси 8 природного газа с поверхности акватории из танкера СПГ 9 или подводящего газопровода 10; трубопроводом 11 для отбора из верхней части судна 1 газа, получаемого в результате разложения гидрата (после хранения в течение необходимого времени) на газ и воду (лед), для подачи потребителю. Кроме того, в центре судна 1 установлены вибраторы 12 с подводящим электрическим кабелем 13, например вибрационные электронасосы, а также датчик температуры 14 внутри корпуса судна 1. Трубопроводы 10 и 11, а также электрический кабель 13 питания вибраторов 12 и информационный шлейф датчика температуры 14 соединены наземным газораспределительным управляющим пунктом 16.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. На поверхности готовят смесь предпочтительно естественного измельченного морского льда (или приготовленного искусственного, например, гранулированного) с морской водой и, например, закачивают ее в виде водоледяной пульпы насосом по трубопроводу 5 в нижнюю часть судна 1, в котором лед всплывает вверх и постепенно сверху вниз заполняет корпус судна 1 до распределителя газа 7. После этого по трубопроводу 6 закачивают в распределитель 7 под давлением, например, 12 ати, природный газ из газопровода 10 или, предпочтительно, из танкера СПГ 9 в жидком виде, с расходом, соответствующим полному превращению подаваемого газа в гидраты при прохождении его пузырьками, вытесняемыми из распределителя 7 в массу толщи водоледяной смеси в судне 8 и барботирующими через нее снизу вверх. Процесс образования гидратов производится при постоянном давлении в судне и постоянной температуре таяния морского льда, например, минус 2°C, поддерживаемой тающей смесью воды и льда до практически полного таяния всего льда, находящегося внутри судна, причем в этот период в случае необходимости увеличить общее количество получаемых гидратов водоледяная смесь может подаваться по трубопроводу 5 дополнительно к ранее поданному ее количеству. Подача газа в виде СПГ позволяет внести в судно 1 некоторое дополнительное количество холода, необходимое для образования гидратов природного газа, и этим уменьшить необходимое количество водоледяной смеси. В течение всего этого периода водоледяную смесь 8 внутри судна 1 подвергают непрерывной вибрации акустической частоты, например, 60 Гц с общей мощностью, например, 2 кВт, электромеханическими вибраторами 12, питаемыми по кабелю 13, ускоряя этим процесс образования гидратов из воды и газа. По датчику температуры водоледяной смеси 14 определяют начало существенного повышения исходной температуры в судне, что, наряду со скоплением свободного газа в верхней части судна и пузырьков газа на поверхности воды вокруг судна, свидетельствует о заполнении судна гидратами, после чего подачу газа по трубопроводу 6 прекращают.

Гидраты газа в виде кристаллов постепенно замещают лед и также всплывают в верхнюю часть корпуса судна 1, образуя плотную, но пористую массу, плавающую на воде, в результате чего в купольной части корпуса судна 1 останется некоторый объем кристаллов гидратов, поры между которыми заполнены газом. Это пространство всегда можно создать увеличением расхода газа, подаваемого по трубопроводу 6, что вызовет некоторое повышение давления в трубопроводе 11.

После завершения образования гидратов в судне 1 их хранят при постоянных температуре и давлении в течение необходимого времени, используя судно в качестве подводного хранилища природного газа в гидратном состоянии.

При необходимости разложения гидратов на газ и воду для подачи газа потребителю по трубопроводу 11 в трубопроводе просто понижают давление выпуском газа в сеть потребителя и/или поднимают судно вверх на понтонах 4 канатами 3, снижая этим гидростатическое давление для обеспечения необходимой скорости разложения гидратов в судне 1. Поскольку фактическое давление будет ниже в верхней части судна, гидраты при одинаковой температуре будут быстрее разлагаться вверху, а забортная вода будет поднимать оставшиеся гидраты вверх и заполнять поры между кристаллами гидратов. При разложении гидратов поглощаемое тепло приводит к превращению всей содержащейся в гидратах воды в кристаллы льда, а дополнительное количество тепла поглощается замерзанием поступающей в судно воды и образованием дополнительного количества ледяных кристаллов, которые к концу отбора газа из судна 1 заполнят весь его объем. В таком состоянии заполненное водоледяной криосмесью судно 1 опускают (если оно было поднято) в исходное положение и хранят при постоянных температуре и давлении до нового заполнения газом и полного повторения цикла закачка газа- хранение-отбор. При этом в период хранения для компенсации внешнего теплопритока в судно 1 от воды 8 в него могут периодически подаваться по трубопроводу 5 дополнительно некоторое незначительное количество водоледяной смеси. Судно 1 может быть как негерметичным (например, перевернутое килем вверх обычное судно) либо герметичным, например, подводная лодка или подледный танкер, которые должны оборудоваться управляемым клапаном для сообщения с забортной водой. Подводные суда, оборудованные средствами автономного всплытия и погружения, могут быть использованы без подвесок на понтоны.

Способ получения, хранения и разложения гидратов природного газа, включающий подачу воды и газа в погруженное под воду судно, образование из них гидратов природного газа и поддержание их в устойчивом состоянии за счет гидростатического давления и сравнительно низкой температуры морской воды, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости и эффективности образования гидратов и обеспечения цикличности процесса образования, долговременного хранения и последующего разложения гидратов на газ и воду (лед), погруженное под воду судно предварительно заполняют криогидратной смесью мелкоизмельченного предпочтительно морского или искусственно засоленного льда с предпочтительно морской засоленной водой, объем которой в упомянутом судне составляет, например, не менее 20% общего объема криогидратной смеси, после чего, не прекращая закачки криогидратной смеси, нагнетают в нижнюю часть судна и равномерно диспергируют по горизонтальной площади сечения судна природный газ, предпочтительно сжиженный, пузырьками диаметром, например, 0.005 м при постоянной температуре таяния льда в судне и гидростатическом давлении, превышающем равновесное давление гидратообразования природного газа, осуществляя при этом вибрацию образующейся смеси электромеханическими вибраторами, до заполнения судна гидратами, после чего прекращают закачку в судно водоледяной смеси; для разложения гидратов судно поднимают вверх до получения необходимой скорости разложения гидратов за счет снижения гидростатического давления в судне существенно ниже равновесного давления, скапливающийся в верхней части судна природный газ, выделяющийся при разложении гидратов во всем объеме судна, отводят в сеть потребителя; по окончании отбора газа судно опускают на исходную глубину, а образовавшуюся в результате разложения гидратов водоледяную смесь хранят в судне и при необходимости пополняют закачкой такой же смеси с поверхности до повторного цикла получения, хранения и разложения гидратов природного газа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к зарядным устройствам аккумуляторов водорода и может быть использовано для зарядки указанных аккумуляторов водородом. Зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний), выполнено из стабилизированного источника электрического тока (1), проводов (2), электролизера (3) и аккумуляторов (4) водорода на основе гидрида алюминия (титана или магния) (5), при этом в электролизере (3) расположен электролит (6) из угольной кислоты H2CO3 в дистиллированной воде, который полностью покрывает два стоящих отдельно друг от друга аккумулятора (4) без внешних корпусов со свободным проникновением электролита (6) в структуру аккумулятора (4) из гидрида металла (5), причем один аккумулятор (4) подсоединен к катоду (7), а второй аккумулятор (8) - к аноду (9), причем на крышке (10) зарядного устройства расположена вертикальная труба (11) с клапаном сброса (12) излишнего давления, создаваемого продуктами электролиза.

Предложены устройства, системы и способы введения и/или выведения вещества в сорбционную среду и из сорбционной среды. Вещество имеется на крае сорбционной среды, которая включает параллельные слои сорбционного материала.

Изобретение относится к водородной энергетике, а именно к аккумуляторам водорода, применяющимся в различных отраслях промышленности и техники. Аккумулятор водорода состоит из бака, погруженного в сосуд Дьюара, и устройства для закачки и выпуска водорода.

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках.

Изобретение относится к устройству и картриджу для хранения сжатого газообразного водорода. .

Изобретение относится к области создания автономных источников энергии, систем хранения, выделения и транспортировки газообразных продуктов и может быть использовано в автономных и передвижных системах энергоснабжения.

Изобретение относится к устройствам обеспечения газообразным топливом двигателей средств передвижения. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению и заправочной технике, а именно к способам аккумулирования, хранения и подачи водорода с использованием гидридообразующих соединений.
Изобретение относится к области химии и может быть использовано в водородной энергетики для хранения и транспортировки водорода или гелия. .

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках.

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода, заключающемуся в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов за счет электролиза электролита, в который погружены электроды. Способ характеризуется тем, что в качестве электродов используются металлокерамические никелевые электроды без активной массы, используемые в никель-кадмиевых аккумуляторах. Использование настоящего изобретения дает возможность использования для накопления водорода дешевых, промышленно выпускаемых металлокерамических никелевых электродов, а также получения массового содержания водорода в электродах 7,5-8%. 2 пр.

Изобретение относится к газовой отрасли промышленности, а именно к средствам для хранения и транспортирования горючих газов. Баллон состоит из цилиндрического корпуса с патрубком, заполненного пористой пропитанной ацетоном массой. Баллон имеет центральную трубу с откидными фиксирующими штангами, на верхнем конце которой выполнена съемная резьбовая заглушка, а на нижнем конце смонтирован конический насадок с отверстиями. Технический результат изобретения - повышение газовбираемости баллона для растворенного ацетилена. 1 ил.

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках. Аккумулятор водорода, имеющий корпус, накопитель водорода из сплава металла в виде системы сплава металл - водород, характеризующийся тем, что внутри корпуса размещен бак с аккумуляторами водорода, которые представляют собой расположенные компактно и соединенные между собой металлические пластины толщиной до 500 мкм из сплава никель - бор в виде электрохимической системы никель - бор - водород, и пластины соединены с теплопроводами, расположенными между корпусом и баком. В корпусе имеется горловина для заливки электролита в бак и слива его через другую горловину и съемные заглушки на них. На корпусе есть контакты подачи электрического тока для зарядки аккумулятора гальваническим способом, один из которых расположен на баке, а второй соединен с металлическими пластинами из сплава никель - бор, и на корпусе имеются входные и выходные патрубки от коллектора выхлопной трубы мотора. На корпусе имеется выходной патрубок от внутреннего бака для выхода водорода в систему питания двигателя, и на пластинах из сплава никель - бор расположен нагревательный элемент с контактами на поверхности корпуса. Изобретение направлено на создание удобного в эксплуатации и недорогого аккумулятора водорода. 3 ил.

Изобретение относится к материаловедению, микро- и наноэлектронике и может быть использовано в технологических процессах получения энергоносителей. В качестве аккумулирующего материала для насыщения атомарными и/или молекулярными веществами использован шаровидный материал микронных размеров, состоящий из наноразмерных двумерных спиралеобразно, радиально и аксиально расположенных пластин графита, имеющих единый центр. Отличительной чертой представленного аккумулирующего материала является наличие развитой поверхности пластин графита. Для решения поставленной задачи предложен также способ получения аккумулирующего материала для насыщения атомарными веществами и/или молекулярными веществами, заключающийся в том, что выделяют из высокопрочного чугуна шаровидный графит, подвергают его очистке от примесей оксидов кремния и оксидов железа, полученную массу сепарируют по размерам, очищают путем удаления несвязанных частиц графита с поверхности шаровидного графита, подвергают расщеплению. Задачей данного изобретения является расширение арсенала средств для накопления и хранения веществ в атомарном и/или молекулярном состоянии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности. Согласно изобретению емкость для хранения водорода представляет собой обычный никель-кадмиевый аккумулятор с ламельными электродами. Предложенный способ аккумулирования водорода состоит в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов. Электроды насыщаются водородом, благодаря электролизу электролита во время перезаряда аккумулятора при напряжении 1.7 В в течение 1,8 лет. Техническим результатом изобретения является возможность использования для накопления водорода дешевых, промышленно выпускаемых ламельных электродов и получение массового содержания водорода в оксидно-никелевых электродах 9-10%, а в кадмиевых электродах 8,0-8,5%.

Изобретение относится к системам и способам создания и хранения жидкофазной смеси природного газа, абсорбированного в легкоуглеводородных растворителях при температуре и давлении, которые способствуют улучшению объемных отношений сохраняемого природного газа по сравнению с CNG и PLNG при таких же температуре и давлении от менее 80° до около -120°F (от -62,2°С до -84,4°С) и от около 300 psig до около 900 psig (2,07-6,2 МПа, манометрических). Предпочтительные растворители включают этан, пропан и бутан и растворители на основе природного газоконденсата (NGL) и сжиженного нефтяного газа (LPG). Системы и способы для принятия (11, 13) сырьевого промыслового или полукондиционированного природного газа, кондиционированного газа, получения (14) жидкофазной смеси природного газа, абсорбированного в легкоуглеводородном растворителе, и транспортировки (16) смеси на рынок сбыта, где сетевой газ и продукты фракционирования поставляются путем, расходующим меньше энергии, чем CNG-, PLNG- или LNG-системы, с лучшим соотношением «масса груза к массе контейнера» для компонента природного газа, чем CNG-системы. 13 н. и 35 з.п. ф-лы, 25 ил., 3 табл.
Наверх