一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台的制作方法

1.本发明涉及海洋工程技术领域，更具体地说，涉及一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台。


背景技术：

2.各行各业都对如何减碳甚至无碳排放进行了努力探索来减轻温室效应，保护大气环境。尤其在碳交易市场开放之后，对企业来说，减少碳排放就相当于节省了开支，甚至可以卖出多余的碳配额来获得利润，使碳减排具有经济性，更刺激了各企业不遗余力地减碳。在海洋工程领域，各种海上平台如钻井平台，增压平台等，大部分都离岸较远，无法使用岸电，而对能源又有功率大，稳定性高的要求，因此仍以传统的柴油机作为主要供能手段。这样在运营过程中就会持续性地造成大量碳排放，与当下的双碳政策背道而驰。而且，鉴于海上环境的特殊性，减碳难度大，维护难，成本高。
3.为了努力减少碳排放，各种碳捕捉，碳封存技术应运而生。但是，碳捕捉的同时需要消耗大量能源，可能会边捕捉碳边产生碳；而碳封存技术，无论是陆地封存还是海洋封存，目前都并不足以证明其可靠性和有效性，在极端的地质或气象条件下有可能发生泄漏，造成更大危害。
4.甲醇是重要的化工基础原料，可以用来制造烯烃，醛、酯、醚类等多种产品，在农药、医药、化工、塑料等领域有着广泛的应用。同时甲醇也是一种重要的清洁燃料，在政策推动燃料电池大力发展的当下，对甲醇燃料的需求也会有较大增长，甲醇燃料的普及应用也有利于我国的能源结构转型。当前甲醇的制备方法主要是以天然气或煤为原料通过一系列化学工艺流程来制备，这样不仅增加了对化石原料的消耗，生产甲醇过程中也不可避免会造成碳排放，既不经济也不环保。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台，不仅自身不会产生任何碳排放，以能够有效解决周边海上平台二氧化碳排放的问题，并且降低碳封存技术二次泄漏的风险。
6.为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台，包括通过支撑机构支撑于海上的平台；
8.平台上设置有用于与钻井平台连通并用于收集来自钻井平台产生的废气的废气输送管路；
9.平台上还设置有废气储罐，废气输送管路连通于废气储罐的输入口，废气储罐的输出口连通于燃烧后二氧化碳捕集系统，燃烧后二氧化碳捕集系统用于将废气中分离出的二氧化碳连通于二氧化碳储罐；
10.二氧化碳储罐连通于甲醇生产系统。
11.平台包括海上固定式导管架结构，海上固定式导管架结构包括上部组块、导管架和桩基；上部组块包括上层甲板和下层甲板；导管架对应插入设置于海底的桩基。
12.平台上设置有风力发电机和太阳能电池板。
13.平台上设置有4台垂直轴风力发电机，4台垂直轴风力发电机分别布置在上层甲板的4个角落。
14.平台上布置有一套海水淡化装置，海水淡化装置连通于海水提升泵。
15.平台还设置有连通于海水淡化装置的电解水模块，电解水模块包括电解槽装置、气液分离装置、氢气纯化装置和氢气及氧气储罐，电解水模块得到的氢气产物连通于甲醇生产系统。
16.燃烧后二氧化碳捕集系统基于化学吸收法的工艺流程。
17.平台上还设置有甲醇储罐。
18.甲醇储罐通过海底管道连通于陆上。
19.甲醇生产系统基于二氧化碳水汽逆变换、合成耦合反应再循环的工艺流程。
20.更具体的如下：
21.一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台，平台采用海上固定式导管架结构，主要由上部组块，导管架，桩基三部分所组成。上部组块是平台的主体部分，分为上下两层甲板，形状为矩形；导管架共6条腿，对应插入海底的6个桩基。
22.上述一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台，其能源来源为：垂直轴风力发电机、太阳能板及锂电池储能装置所组成风光互补的电力系统，无需外来能源，也不会产生废气排放，绿色环保。4台垂直轴风力发电机布置在上层甲板的4个角落，占用空间小。使用垂直轴风力发电机能够有效降低风机高度，并有利于海上的安装及维护。太阳能板布置在上层甲板，锂电池储能装置及配电系统布置在下层甲板。
23.上述一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台，宜设置在距离几个海上钻井平台较近的位置，便于收集海上平台产生废气；在上层甲板布置有一个废气储罐，周围的海上钻井平台运行时产生的废气，通过管道直接输送到该废气储罐临时存储。
24.上述一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台，在上层甲板布置有一个二氧化碳储罐，用于储存对废气采用燃烧后捕集技术捕集到的二氧化碳；同时也用于储存通过二氧化碳运输船运送到平台需要处理的二氧化碳。
25.上述一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台，在下层甲板布置有一套海水淡化装置，将通过海水提升泵提升到平台的一部分海水进行淡化处理。另一部分提升的海水用作冷却水。下层甲板还布置有具体包括电解槽装置、气液分离装置、氢气纯化装置、氢气及氧气储罐的一套电解水模块，用来将淡化后的水电解制取氢气和氧气，其中氢气作为甲醇生产的原料，氧气可以作为副产品收集起来，也可以直接排放入大气。
26.上述一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台，在下层甲板布置有燃烧后二氧化碳捕集模块，对废气储罐内气体进行二氧化碳捕集，采用燃烧后二氧化碳捕集方法固定投资较少，系统独立灵活，原理简单，技术成熟，是最适合海上平台进行二氧化碳捕集的技术。该方法中采用的二氧化碳分离技术为化学吸收法，其原理是：让废气中的二氧化碳与吸收剂发生化学反应，将气体中的二氧化碳吸收，其余气体排放入大气；而后吸收剂经过加热，将二氧化碳重新分解出来，从而达到分离回收二氧化碳的目的。化学吸收法的气
体处理量大，二氧化碳回收率高，技术成熟，适合海上平台使用。
27.上述一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台，在下层甲板布置有一套甲醇生产模块，以捕集的二氧化碳和电解水制取的氢气作为原料，主要采用二氧化碳水汽逆变换、合成耦合反应再循环的工艺流程，具有设备简单、反应条件温和、技术成熟、碳转化率及甲醇生成率高的特点。在甲醇生产模块中包含两个甲醇储罐，用来收集生产好的产品甲醇。甲醇可以通过专用运输船运输到各港口，也可以建设海底管道从平台直接传输到陆上。
28.采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
29.(1)相较于陆上的甲醇生产工厂，不占用宝贵的土地资源。
30.(2)相较于陆上的甲醇生产工厂，海上甲醇生产平台可以就近收集并处理其他海上钻井平台等排放的二氧化碳，解决了海洋工程项目运营时产生的大量二氧化碳难以处理的问题。
31.(3)相较于陆上的甲醇生产工厂，海上的风能和光能都比陆上更为充足，海上甲醇生产平台使用的能源全部来自风、光等绿色能源并且自给自足，无持续性能源成本，也不会额外造成碳排放，既经济又环保。
32.(4)相较于传统的甲醇生产工厂使用煤炭或天然气等作为原料，海上甲醇生产平台仅使用废气和海水作为原料，变废为宝，不但原料充足还无成本，甚至在碳交易开放的情况下，对废气进行碳捕捉还能够额外赚取利润。
33.(5)相较于安全性和可靠性有待验证的碳封存技术，该平台采用碳循环的理念来减少碳排放，将二氧化碳用作原料制成其他工业成品，达到固碳和储能的目的，技术成熟，安全可靠。
34.(6)相较于一般的碳封存技术，该平台在固碳的同时，还能够通过减碳及生产出的甲醇产品获得利润，经济效益显著。
35.综上，本发明在保护大气环境降低温室效应的同时，又能够产出甲醇，具有很好的经济效益，是具有环保性与经济性的绿色海上平台
附图说明
36.图1是本发明的海域总布置图。
37.图2是本发明的平台立面图。
38.图3是本发明的上层甲板平面图。
39.图4是本发明的下层甲板平面图。
40.图5是本发明的燃烧后二氧化碳捕集系统工艺流程图。
41.图6是本发明的甲醇生产系统工艺流程图。
42.附图中标记分别为：
43.图1中：101-海上甲醇生产平台，102、103、104-周围钻井平台，105-废气输送管路，106-远处海上平台，107-岸上工厂，108-二氧化碳运输船。
44.图2中：201-导管架，202-导管架与上部组块连接结构，203-上部组块， 204-上层甲板，205-下层甲板，206-海水提升泵，207-泵塔，208-登船平台， 209-楼梯，210-废气管路。
45.图3中：301-垂直轴风力发电机，302-太阳能板，303-废气储罐，304-二氧化碳储罐，305-生活办公区，306-直升机甲板，307-吊机。
46.图4中：401-海水淡化模块，402-电解水模块，403-燃烧后二氧化碳捕集模块，404-甲醇生产模块，405-配电设备间，406-蓄电池间。
47.图5中：501-风机，502-吸收塔，503-富液泵，504-再生塔，505-再沸器， 506-贫液泵，507-贫富液换热器，508-贫液冷却器。
48.图6中：601-耦合反应器，602-换热器，603-冷凝器，604-泵，605-甲醇精制装置，606-甲醇储罐，607-压缩机。
具体实施方式
49.下面结合附图对本发明的具体实施方式作描述。
50.如图1-本发明的海域总布置图所示，本发明一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台101，宜设置在周围有多座钻井平台的油气田丰富的海域，比如我国渤海及南海海域。其周围的多座钻井平台102、103、104在运营过程中，将柴油机产生的废气进行脱硫、除尘处理后，直接通过废气输送管路 105输送到海上甲醇生产平台101进行后续的碳捕捉处理。而较远处的海上平台 106或者岸上的工厂107等产生的二氧化碳，可以捕集后通过二氧化碳运输船 108输送到海上甲醇生产平台101作为原料储存。
51.如图2-本发明的平台立面图所示，本发明一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台101，采用海上固定式导管架结构，先将导管架201放置于海床，然后打桩，再通过导管架与上部组块连接结构202，将上部组块203焊接到导管架上方，则海上甲醇生产平台101安装完成。上部组块203分为两层，由上层甲板204和下层甲板205所组成。另外，海水提升泵206处于海面以下，通过泵塔207固定在导管架上。平台工作人员通过登船平台208上下平台，通过楼梯209可以去到平台的不同层甲板。其他钻井平台的废气通过废气管路210 被输送到平台。
52.如图3-本发明的上层甲板平面图所示，本发明一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台101，其上层甲板204的四角布置有4台垂直轴风力发电机301，使用垂直轴风力发电机能够有效降低风机高度，并有利于海上的安装及维护。上层甲板还布置有若干太阳能板302，风能和太阳能构成了平台的能量来源。此外，还布置有两个废气储罐303，两个二氧化碳储罐304，生活办公区305，直升机甲板306，吊机307。
53.如图4-本发明的下层甲板平面图所示，本发明一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台101，其下层甲板205布置有海水淡化模块401，电解水模块402，燃烧后二氧化碳捕集模块403，甲醇生产模块404，配电设备间 405和蓄电池间406。海水淡化模块401的作用是将海水提升泵206抽上来的海水进行淡化，淡水用于后续的电解水模块402产生氢气和氧气，电解水模块具体包括电解槽装置、气液分离装置、氢气纯化装置、氢气及氧气储罐。氢气用作后续生产甲醇的原料，氧气可作为副产品储存，也可直接排放入大气。燃烧后二氧化碳捕集模块403和甲醇生产模块404的作用详见图5，图6。
54.如图5-本发明的燃烧后二氧化碳捕集系统工艺流程图所示，本发明一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台101，其上的燃烧后二氧化碳捕集模块采用化学吸收法对二氧化碳进行分离和捕集，化学吸收剂使用乙醇胺 (mea)溶液。具体工艺流程如下：
废气储罐303中的气体通过风机501被输送到吸收塔502的底部，与由上往下喷淋的吸收剂mea溶液(贫液)逆向接触进行化学反应。脱碳后无污染的气体从塔顶排放入大气，吸收了二氧化碳后的 mea溶液(富液)由塔底排出，通过富液泵503被输送至再生塔504进行解吸再生。通过再沸器505对再生塔的加热，mea富液将会发生热分解，释放出的二氧化碳从再生塔顶部出来，输送到二氧化碳储罐304作为原料存储。释放二氧化碳后，mea富液变为mea贫液，通过贫液泵506输送，首先经过贫富液换热器507，在此处贫富液会进行热量交换，之后贫液会送到贫液冷却器508 (采用海水开式循环冷却)进一步降温后，回到吸收塔顶部重新循环使用。
55.如图6-本发明的甲醇生产系统工艺流程图所示，本发明一种能源自给并具有碳捕捉功能的海上甲醇生产平台101，将平台上的二氧化碳和氢气混合后通入耦合反应器601，在其中的反应分为两部分：在反应器上半段先进行水汽逆变换反应，在温度220℃，压力3.0mpa下及催化剂的作用下发生反应后，典型气体组分为一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气。之后气体进入耦合反应器的下半段，在铜基催化剂的作用下进一步发生合成甲醇的反应。反应后混合气体从反应器出来，先经过换热器602初步降温，之后到达冷凝器603进行冷却(采用海水开式循环冷却)，冷却后的液相产品为粗产品甲醇和水的混合物，通过泵604将其输送到甲醇精制装置605，制得的精甲醇输送到甲醇储罐606中储存。冷凝器603中无法被液化的气体是耦合反应器601中未完全反应的混合气体，通过循环压缩机607将其先送到换热器602，与耦合反应器601出口产品换热后输送回反应器上半段顶部入口，与原料气体混合后再次在耦合反应器601 中反应。这样不仅能提高碳的反应率，节约能量消耗，也有利于得到更多的甲醇产品。
56.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。