用于天然气合成水合物、存储和远距离运输一体化的驳船

摘要

本发明涉及用于天然气合成水合物、存储和远距离运输一体化的驳船，包括：一储气仓内充入液态丙烷制冷剂；储气仓的绝热腔壁连通一根气态丙烷输运管与一制冷系统或供热系统连通，该储气仓内设置储气罐，所述的储气罐由无缝钢管制成的罐体，一根直径为5－50mm钢管做成的多孔管，由储气罐的罐口直插入罐底，其多孔管上所开孔的开孔率为5－95％，孔径为1－10mm，长度与储气罐内腔大致相等，储气罐的罐口通过多孔管连通在气体分配管上。本发明集天然气合成固体水合物、储存和运输在一条驳船上进行，操作方便；由于储存和运输是以固体水合物方式进行的，因此安全；此外，到达使用地的驳船还可以代替高压球罐，从而节省了天然气储存设备的制造费用和存储天然气的操作费用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气的储运设备，特别是涉及一种集天然气合成水合物、存储和运输于一体的，可工业化的驳船。

背景技术

天然气是一种储量丰富的清洁的碳氢化合物燃料，它燃烧清洁，污染小，通常生产与输送成本低廉。其储量十分巨大，到2000年，全世界天然气总探明储量达到150.19万亿m³。美国地质勘探局在2000年世界油气评估项目中预测，世界仍有147.05万亿m³未勘探发现的天然气资源，相当于8860亿桶石油。在今后的25年中，世界天然气探明储量仍将处于快速增长时期，预计新增储量103.58万亿m³。如文献[1]：许志宏，温浩等.天然气资源的突破与发展.21世纪绿色过程工程的发展.北京：中国石化出版社.2002.26。

但是，世界上已探明的天然气储量约有70％位于俄罗斯境内的西伯利亚西部与波斯湾，它们分别占全世界总探明储量的37.82％与32.1％。而天然气大用户市场却往往没有丰富的资源，这就需要通过某种方式将天然气从气田或资源国输送至目标用户。http：//www.lng.com.cn/ckzl1.htm。

目前，将天然气从产地运往使用地的方法主要有两种：

第一种方法，主要用于把陆上气田开采的天然气输送至用户，该方法用远距离输气管道将天然气输送给用户，管道长度只有在1650～3300公里范围内才会有经济效益可言，海上天然气开采平台上开采的天然气需要远距离越洋输送至用户，而现在根本就没有建造深海远距离输送管线的技术；

另一种方法，主要用于把海上天然气开采平台开采的天然气输送至用户，该方法将天然气在-162℃的低温下液化变成液态天然气(LNG)，再用船将LNG运往使用地区，为此，需要在使用地区建设接收终端，将LNG再度气化使其重返气体状态，然后通过管道将气态的天然气送往发电厂和其他用户。LNG典型的成本构成为：天然气原料0.15元/Nm³(0.5$/MMBtu)、液化0.77元/Nm³(2.5$/MMBtu)、运输0.23元/Nm³(0.75$/MMBtu)，这样，在LNG接收终端的到岸价为1.15元/Nm³(3.75$/MMBtu)(Gudmundsson J S.Natural gas hydrate-an alternative to liquefied naturalgas.Petroleum Review May.232-235)。LNG工厂规模庞大且造价昂贵，并且要采用低温液化，能耗也很高，因此，总体运营成本较高。

要大力发展天然气资源，满足人们更高的生活需要，需要一种投资费用低，既安全可靠，又经济的储存天然气的方法，利用气体水合物储存天然气是目前世界上正在研究和开发的一项新技术。

用水合物储存天然气具有许多优点：(1)水合物储气能力巨大，一单位体积的水合物能储存标准状态下160倍体积的天然气；(2)储存条件温和，天然气能在相对较高的温度下储存于水合物中；(3)用水合物储存天然气比气态、液态天然气更加安全：水合物不易燃烧，可防止燃烧和爆炸事故发生；储存于水合物中的天然气释放过程缓慢，发生储罐破裂等方面事故时天然气泄露速度缓慢。(4)自然界中存在大量的天然气水合物，说明水合物储存天然气技术有很好的自然背景。如文献[3]：孙志高，樊栓狮等.气体水合物储存天然气技术.天然气工业.2002，22(5).87-90。

挪威大学的Gudmundsson等人将天然气水合物储气技术与天然气液化技术投资进行比较，用水合物储存1m³天然气的生产费用约0.24美元，而液化1m³天然气的生产费用约0.37美元。可见，水合物储存天然气成本较低。

目前，水合物储存天然气技术的研究是水合物应用研究的一个热点。水合物储存天然气的特点使该技术的应用具有广阔的前景，但目前该技术还处在实验研究阶段。

Gundmundsson描述了多种生产气体水合物的系统(US5536893，WO93/01153)，提出将气体水合物凝聚成适于在环境压力和0℃至15℃的温度下长期贮存的固体块，但文中几乎没有提及关于气体水合物贮存和运输的方法和设备的细节。

樊栓狮等描述了一种制备天然气水合物的方法(CN1429896)，其优点为制备方法和装置简单、适用、成本低，生产效率高。

R.F.海涅曼等描述了一种气体水合物贮存器(CN1281543)，它利用一个罩盖构件来遮盖储存器的顶部以防止阳光透过顶部。当用户需要气体使用时，将罩盖构件的一部分除去，以便使阳光透过顶部进入贮存器，从而溶化储存器内的部分天然气水合物，得到气态天然气。虽然该技术方案只是单纯地合成气态天然气，但没有运输的功能。

尽管有大量资料涉及到天然气水合物的生产方法和贮存方法，但其成果大多是停留在实验室的规模上，尚未直接用于工业生产。

根据上述介绍，我们在前人理论和技术基础上，提出了一种能够便宜、方便、安全地储存和运输天然气的方案。该方案具备实现工业化的可能性，在现有基础上，可大幅降低天然气的储运成本和天然气价格。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点；为了大幅降低天然气的储运成本和天然气价格，提供一种集将从海上天然气开采平台上开采来的天然气，合成固态水合物后进行储存，再实行方便、安全地远距离越洋输送的一体化的输送天然气的驳船。

为实现上述目的，本发明的提供的一种用于天然气合成水合物、存储和远距离运输一体化的驳船，包括：一制冷系统或供热系统12，由双层绝热腔壁制成的储气仓4和气体分配管11；其中储气仓4内充入液态丙烷制冷剂；储气仓4的绝热腔壁连通一根气态丙烷输运管9与一制冷系统或供热系统12连通，该储气仓4内设置储气罐3，所述的储气罐3由无缝钢管制成的罐体，一根直径为5-50mm钢管做成的多孔管7，由储气罐3的罐口直插入罐底，储气罐3的罐口通过多孔管密封连通在气体分配管11上。

所述的多孔管7上所开孔的开孔率为5-95％，孔径为1-10mm，长度与储气罐内腔相等。

所述的储气罐3罐体直径为100-1000mm，壁厚约1-20mm，储气罐高度(或长度)为1-500米。

所述的制冷系统或供热系统12包括压缩机1、海水换热器2、离心泵6和电机，其中压缩机1、海水换热器2和离心泵6按顺序串联起来，并且电机与压缩机1电联接；制冷系统以液态丙烷作制冷剂，但并不仅限于液态丙烷，也可选用其他合适的制冷剂，如液氨等。

在本发明上述技术方案中，还包括在储气仓4内设置N块折流挡板10，每两个折流挡板10之间的空间内均可以设置N个储气罐3，N为正整数。

在本发明上述技术方案中，所述的储气罐3在储气仓4内设置为立式或卧式。

在本发明上述技术方案中，还包括一除沫器，除沫器两侧设有法兰，除沫器通过法兰固定在所述多孔管的气体出入口处，设有除沫器用于除去天然气中携带的水分。

本发明提供的用于天然气合成水合物、存储和远距离运输一体化的驳船的储气系统，由单个或数个储气仓构成，每个储气仓内均包含多个储气罐，储气罐的间隙有制冷剂通过，从而可利用制冷系统控制各储气罐内部以及整个储气仓内的温度。反之当需要从驳船内移出某个储气仓内储存的天然气时，则向该储气仓通入热量，(每得到1m³天然气约需提供400kcal的热量)，通过阀门调节，使水合物溶解后得到的指定压力和温度(视具体情况而定)的天然气经除沫器除沫后离开驳船，输送到所需目标用户。

本发明的优点在于：

本发明提供的用于天然气合成水合物、存储和远距离运输一体化的驳船，将由海上的天然气开采平台送来的70atm的天然气首先通入气体压缩机，加压至100atm，然后经多孔管通入各储气罐。与此同时，将与天然气的摩尔比约为17∶3的淡水通过水泵打入储气罐内，压缩天然气由储气罐内设置的多孔管管壁上的气孔进入储气罐并与淡水混和，在驳船储气仓内，以液态丙烷为制冷剂，从而将罐内的高压天然气逐渐转化为100atm，15℃的固态天然气水合物，然后通过制冷系统将储气仓内的温度维持在-5℃-0℃，防止天然气水合物的溶解。

满载天然气水合物的本发明的驳船，由拖船带动最终驶向使用天然气的城市或大型工厂。此外，当驳船到达使用地时，该驳船还可以代替高压球罐，将天然气以天然气水合物的形式在天然气使用地储存天然气。或者通过向储气仓供热将天然气储运驳船中的天然气水合物重新转化为天然气，从而将天然气输出驳船使用。在将天然气输出驳船之前，需将天然气中所含水分除掉。由驳船中输出的天然气，可以直接装填汽车用的CNG钢瓶，也可以将其重新制备成天然气水合物，换装到小型的储气罐，向用户提供天然气水合物的分装罐。

将作为制冷剂的液态丙烷，通入各储气仓底部，其作用是将储气仓内天然气和水的混合物始终控制15℃左右，从而使天然气和水转化成固态的天然气水合物。随着制冷过程的进行，储气仓内的液态丙烷将被逐渐气化，不断转化为气态。被气化的气态丙烷沿储气仓内挡板曲折上升，然后通过气态丙烷输运管9离开储气仓，进入丙烷压缩机，压至9atm、38℃的气态丙烷，然后进入海水换热器，经海水冷凝后，变为3atm、-15℃的液态丙烷，重新进入储气仓用作制冷剂。

通过上述的描述不难看出本发明集天然气合成固体水合物、储存和运输在一条驳船上进行，使得操作非常方便；而且由于储存和运输是以固体水合物方式进行的，无需分级制冷，因此非常安全，还可以大幅降低能耗和成本；此外，到达使用地的驳船还可以代替高压球罐，以天然气水合物的形式在天然气使用地储存天然气，从而节省了天然气储存设备的制造费用和存储天然气的操作费用。

附图说明

图1是本发明的立式储气罐的驳船的结构和制冷时流程示意图

图2a是本发明的卧式储气罐的驳船结构示意图(其中驳船的制冷系统处于制冷过程)

图2b为图2a的A向的放大图

图3是本发明的立式储气罐的驳船结构和供热时流程示意图

图4a是本发明的卧式储气罐的驳船结构示意图(其中驳船的制冷系统处于供热过程)

图4b是图4a的A向的放大图

图5是本发明的储气罐结构示意图

图面说明

1-压缩机       2-海水交换器    3-储气罐

4-储气仓       5-绝热腔壁      6-离心泵

7-多孔管       8-除沫器        9-气态丙烷输运管

10-折流挡板    11-气体分配管   12-制冷(或供热)系统

具体实施方式

参考图1，制作一集天然气合成水合物、存储和运输于一体的可工业化的驳船，包括：由双层绝热材料的腔壁5做成的储气仓4；储气仓4的绝热腔壁连通一根气态丙烷输运管9，该气态丙烷输运管9中串联制冷系统12；该制冷系统12由一压缩机1、海水换热器2和离心泵6串联在气态丙烷输运管9中，电机与离心泵6电联接组成。

储气仓4内，3个储气罐3直立设置在储气仓4内，其储气罐3内设有多孔管，所述的储气罐3罐口通过多孔管连通在气体分配管11上。还包括在储气仓4内设置7块折流挡板10，每两个折流挡板10之间的空间内均可以设置3个储气罐3，其作用是提高换热效率，强化换热效果。

储气罐3的构造如图2a和图2b所示，储气罐3的罐体由无缝钢管制成，直径为300mm，壁厚约8mm，储气罐高度(或长度)为10-150米。一根选用碳钢或钢管钢制作的多孔管7，由储气罐3罐口直插入罐底，该多孔管的直径为15mm，开孔率20％，孔径为4-5mm，长度略小于储气罐内腔的高度，如图5所示。

还可在多孔管7出入口处设有市售的除沫器8，除沫器两侧设有法兰，除沫器通过法兰固定在所述多孔管的气体出入口处，该除沫器8用于除去天然气中携带的水分。

从产地送来的天然气首先经压缩机加压后，由多孔管进入储气罐。通过制冷系统的制冷，并配以适量的淡水，从而将罐内的高压天然气转化为固态天然气水合物，然后通过制冷系统将储气仓内的温度维持在一定范围内，防止天然气水合物的溶解。

参考图4a所示，所述的3个储气罐为卧式安装在储气仓4内，其余与图1结构一样。

参考图4 b为图4a的A向的放大图。

所述的制冷系统可以实现对各储气仓制冷或供热；当需要对各储气仓制冷时，将液态制冷剂通入各储气仓底部，其作用是将储气罐内天然气和水的混合物始终控制在反应条件下，从而将天然气和水转化成固态的天然气水合物。随着制冷过程的进行，储气仓内的液态制冷剂将不断气化，并离开储气仓。驳船的各个储气仓内均设有数个折流挡板，被气化的气态制冷剂沿储气仓内的折流挡板曲折上升，然后离开储气仓，进入压缩机加压，加压后的气态制冷剂进入海水换热器，经海水冷凝后，变为低压液态制冷剂，重新进入储气仓用作制冷剂。当需要向储气仓提供热量用以溶化天然气水合物时，将上述热力学循环过程逆向进行即可，如图3所示。