一种海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114893156A(43)申请公布日2022.08.12(21)申请号202210451058.2(22)申请日2022.04.26(71)申请人哈尔滨工业大学（深圳）地址518000广东省深圳市南山区桃源街道深圳大学城哈尔滨工业大学校区(72)发明人张德明秦江王静贻冯宇王紫璇(74)专利代理机构广东普润知识产权代理有限公司44804专利代理师寇闯(51)Int.Cl.E21B43/01(2006.01)E21B43/16(2006.01)C02F1/04(2006.01)C02F1/06(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运系统及方法(57)摘要本发明提供了一种海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运系统及方法。该系统包括二氧化碳置换法可燃冰开采模块、燃气锅炉、冷凝器、海水淡化模块、淡水箱、海上风机、电解槽、二氧化碳氢化反应器、甲烷氧化反应器以及甲烷燃料电池。本发明将可燃冰开采和海水淡化相结合，提供大量的淡水资源，同时实现负碳排放；梯级利用天然气在燃气锅炉燃烧生成的热量，最大程度利用能源；天然气富氧燃烧可以减少氮氧化物的生成，减少化石燃料对大气环境的影响；将海上风能资源转化为碳氢燃料加以合理利用，且甲烷燃料电池可以保证在风电不足的情况下整个系统可以正常运行；将天然气转化为液态燃料，降低了天然气的储运成本。CN114893156ACN114893156A权利要求书1/2页1.一种海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运系统，其特征在于，包括二氧化碳置换法可燃冰开采模块、燃气锅炉、冷凝器、海水淡化模块、淡水箱、海上风机、电解槽、二氧化碳氢化反应器、甲烷氧化反应器以及甲烷燃料电池；所述二氧化碳置换法可燃冰开采模块利用从所述燃气锅炉获取的和额外补充的二氧化碳置换出可燃冰中的天然气；所述燃气锅炉利用天然气燃烧释热来加热所述海水淡化模块的循环蒸汽，所述海水淡化模块利用高温循环蒸汽、采用多级闪蒸或多效蒸发方法来淡化海水；所述冷凝器利用所述燃气锅炉排放的高温H2O及CO2预热待淡化的海水，并分离出高纯度CO2和淡水；所述淡水箱用来储存从所述冷凝器和海水淡化模块获取的淡水；所述淡水箱将淡水供给所述电解槽中，所述电解槽通过电解淡水来产生氢气和氧气，其中，产生的一部分氧气通入所述甲烷氧化反应器，用于氧化天然气生成甲醇；另一部分氧气通入所述燃气锅炉中用作助燃剂；产生的氢气通入所述二氧化碳氢化反应器中，与二氧化碳反应生成碳氢燃料；所述海上风机将海上风能转化为波动电能，为所述电解槽供电；所述甲烷燃料电池将天然气转化为稳定电能，为所述电解槽供电。2.如权利要求1所述的海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运系统，其特征在于，所述甲烷燃料电池替换为燃气轮机发电机组。3.如权利要求1所述的海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运系统，其特征在于，所述海水淡化模块中的高温蒸汽与海水换热后得到的低温蒸汽循环输回所述燃气锅炉中。4.一种海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运方法，其特征在于，包括：利用从燃气锅炉获取的和额外补充的二氧化碳置换出可燃冰中的天然气；将一部分天然气通入燃气锅炉中燃烧，利用天然气燃烧释热来加热海水淡化模块的循环蒸汽，所述海水淡化模块利用高温循环蒸汽、采用多级闪蒸或多效蒸发方法来淡化海水；燃气锅炉排放的高温H2O及CO2预热待淡化的海水，并通过冷凝器分离出高纯度CO2和淡水；将从冷凝器和海水淡化模块获取的淡水储存在淡水箱中；将淡水箱的淡水供给电解槽，所述电解槽通过电解淡水来产生氢气和氧气，其中，产生的一部分氧气通入所述甲烷氧化反应器，用于氧化天然气生成甲醇；另一部分氧气通入所述燃气锅炉中用作助燃剂；产生的氢气通入所述二氧化碳氢化反应器中，与二氧化碳反应生成碳氢燃料；海上风机将海上风能转化为波动电能，用于电解水制氢；将另一部分天然气通过甲烷燃料电池转化为稳定电能，用于电解水制氢。5.如权利要求4所述的海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运方法，其特征在于，将甲烷燃料电池生成的淡水储存在所述淡水箱中。6.如权利要求4所述的海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运方法，其特征在于，所述甲烷氧化反应器采用一步氧化法生产甲醇。7.如权利要求4所述的海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运方法，其特征在于，所述二氧化碳氢化反应器利用电解水产生的氢气和补充的二氧化碳生产甲醇或甲酸。2CN114893156A权利要求书2/2页8.如权利要求4所述的海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运方法，其特征在于，采用燃气轮机发电机组替换甲烷燃料电池。9.如权利要求4所述的海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运方法，其特征在于，将所述海水淡化模块中输出的低温蒸汽输回所述燃气锅炉中作为循环冷却剂。3CN114893