CN111577213B - 一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统，通过开采平台将可燃冰开采得到的生产水和甲烷气体输送到可燃冰合成预处理系统中；经由可燃冰合成预处理系统对生产水和甲烷气体进行预处理，并输送到甲烷气体固态化装置中；甲烷气体固态化装置用于可燃冰的合成、压缩固态化以及造型处理，并将处理后的可燃冰输送到可燃冰存储装置中进行存储运输。本发明还提供海洋可燃冰开采气体固态化储运的方法，通过甲烷气体固态化装置进行可燃冰的合成、降温、减压、压缩成型，实现了可燃冰在较低的压力环境进行长距离运输，有效的避免了液化天然气超低温运输的高成本支出，并且降低了液化天然气输运过程中的爆炸风险。

Description

一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统与方法

技术领域

本发明涉及海洋可燃冰资源开发的利用与储运技术领域，更具体的，涉及一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统与方法。

背景技术

可燃冰，又名天然气水合物，是一种由气体分子(自然界主要为甲烷分子) 和水分子在高压、低温环境条件下形成的一种结晶状笼型化合物，因其分布广、储量大、能量密度高、燃烧后清洁无污染等优点被誉为21世纪最富潜力的接替能源。

专利申请(公开号为：108192684A)块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法虽然公开了一种块状可燃冰的制备方法，但在实际应用过程中，海洋可燃冰开采远离大陆，安全经济的将开采出来后的产品甲烷气体输运至大陆终端用户才是决定可燃冰产业化利用的重要环节。常规的管道天然气输运方式对远洋环境存在长距离铺设管道成本高、风险大、管道在海洋环境易腐蚀等缺点。目前远洋环境天然气储运主要是利用液化天然气技术，在开采平台将天然气进行三脱除杂后将天然气进行液化运输。液化天然气储运需要在-162℃处理，且输运过程中，储存容器一直保持在高压和低温环境，对输运人员和相关操作人员要求高，且液化和净化工艺相对复杂，容易发生爆炸。

发明内容

本发明为克服现有的通过液化天然气进行远洋环境天然气储运的方式，存在对输运人员和相关操作人员要求高，且液化和净化工艺相对复杂，容易发生爆炸的技术缺陷，提供一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统与方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统，包括开采平台、可燃冰合成预处理系统、甲烷气体固态化装置、可燃冰存储装置和管路系统；其中：

所述开采平台用于将可燃冰分离为生产水和甲烷气体，生产水和甲烷气体经由所述管路系统输送到所述可燃冰合成预处理系统中；

所述可燃冰合成预处理系统对生产水和甲烷气体进行预处理，并经由所述管路系统输送到所述甲烷气体固态化装置中；

所述甲烷气体固态化装置用于可燃冰的合成、压缩固态化以及造型处理，并将处理后的可燃冰输送到所述可燃冰存储装置中进行存储运输。

上述方案中，本发明相对于现有可燃冰储运利用甲烷气体和纯水合成可燃冰，提出了在远洋原位环境将可燃冰开采后的生产水进行处理后与开采得到的甲烷气体合成可燃冰，既利用了可燃冰开采的生产水再形成可燃冰时具备“记忆效应”的特点，又对可燃冰开采的生产水进行了原位处理，避免了将生产水拉回大陆环境处理带来的高成本效应。可实现可燃冰开采气体产业化生态储运。

其中，所述可燃冰合成预处理系统包括生产水存储装置、生产水处理装置和甲烷气体存储装置；其中：

所述生产水存储装置将生产水从所述开采平台通过所述管路系统接出并进行存储，其与所述生产水处理装置通过所述管路系统连通，在管路系统上设置有控制阀；

所述生产水处理装置用于对存储后的生产水进行多级过滤分离和膜渗透处理，并将处理完成的生产水接入所述甲烷气体固态化装置中；

所述甲烷气体存储装置将甲烷气体从所述开采平台通过所述管路系统接出并进行存储，其输出口与所述甲烷气体固态化装置连接。

上述方案中，生产水存储装置一方面起到储存生产水的作用，另一方面通过静置存储取出生产水中的泥沙，在生产水存储装置的下部设计有排泥原件；同时，在储存过程中为了尽量保证生产水的“记忆效应”，不可温度过高，生产水存储装置外壁包裹有保温层和水浴制冷夹套，以保证整个储存过程中，生产水的温度不高于25℃；生产水处理装置主要是通过水处理工艺将可燃冰开采的生产水进行多级过了分离和膜渗透，去除开采过程携带的泥沙和其它杂质，以确保处理后的生产水的水质能满足形成可燃冰的需要。甲烷气体储存装置主要包括大型储气罐及管线系统，实现将可燃冰开采出来的甲烷气体进行储存和缓冲的目的。

上述方案中，本系统既利用生产水的“记忆性”特点进行可燃冰的合成，又可对生产水进行原位处理利用，避免生产水运回陆地处理增加成本。

其中，所述甲烷气体固态化装置包括快速合成可燃冰装置和可燃冰压缩及造型装置；其中：

所述快速合成可燃冰装置包括腔体和控制电路，所述腔体内壁顶部设置有喷洒原件，内壁底部设置有微气泡流体处理原件，内壁中部设置有促进剂喷射原件和搅拌原件；所述腔体外壁覆盖有环壁降温爆冷系统；

所述喷洒原件、微气泡流体处理原件、促进剂喷射原件、搅拌原件和环壁降温爆冷系统均与所述控制电路电性连接，由控制电路进行控制；

所述快速合成可燃冰装置通过所述管路系统与所述可燃冰压缩及造型装置连接；

所述可燃冰压缩及造型装置用于将所述快速合成可燃冰装置中合成的可燃冰浆液进行过滤，根据需要形成高密度的块状或者球状可燃冰，由所述管路系统传输至所述可燃冰存储装置。

上述方案中，快速合成可燃冰装置主要包括能将注入的处理后的生产水进行多方向均匀的喷洒原件、将经由甲烷气体储存装置注入的甲烷气体进行微气泡流体处理原件、注入和喷洒可燃冰形成的促进剂喷射原件、内置强化传质的搅拌原件和外覆环壁降温爆冷系统。

上述方案中，生产水经由快速合成可燃冰装置的顶部均匀喷洒进入，同时，将甲烷气体由甲烷气体储存装置由快速合成可燃冰装置底部引入，甲烷气体经过快速合成可燃冰装置底部的微气泡流体处理原件分隔，然后与顶部喷洒的生产水充分混合，并且通过壁面喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂，当可燃冰合成装置内的压力增加至设定压力范围(12-20MPa)后，降低装置内的温度至4℃，然后启动搅拌原件，增强传质速率，进行可燃冰的合成。搅拌模式可采取连续搅拌或者序批式搅拌模式。

上述方案中，当合成大量的可燃冰浆液后，将其从快速合成可燃冰装置引入可燃冰压缩及造型装置，降低装置内的温度为-15至-10℃范围内，随后降低装置内的压力，使其压力范围在0.15-2MPa，可燃冰浆液在装置内被过滤掉多余的水分，然后根据需要压将过滤后的可燃冰浆液缩成固态的球状或块状高品质可燃冰成品。

其中，所述可燃冰存储装置为多个耐压罐组成的储罐；所述储罐顶部安装有压力计和内置有温度传感器；用于实时监测耐压罐的温度和压力。

其中，所述耐压罐顶部均设置有导管，所述导管最终合成一个管路与一个不装可燃冰的耐压罐相连。

上述方案中，待固态高品质可燃冰合成后，装入可燃冰存储装置，在每个可燃冰储罐的顶部预留少部分气体空间，并且将每个可燃冰储罐通过引流导管与一个与可燃冰储罐相同的空罐连接。该空罐用来收集储运过程中不慎造成可燃冰分解释放的甲烷气体。在整个输运过程中，应实时监测关注可燃冰储罐的温度和压力值变化，并且在可燃冰储罐内喷洒一定量的可燃冰稳定剂。

上述方案中，本发明提出的通过在快速合成可燃冰装置内增压、降温、喷洒促进剂、增强传质速率等方法快速合成可燃冰，然后将可燃冰浆液进行降温、减压、压缩成型，可实现可燃冰在较低的压力环境进行长距离运输，相比液化天然气运输，有效的避免了超低温(低于-20℃)运输的高成本支出，并且降低了液化天然气输运过程中的爆炸风险。

上述方案中，本发明提出了在可燃冰储罐中喷洒一定量的可燃冰稳定剂，可有效的增强固态可燃冰的稳定性，避免在输运过程中由于外部环境扰动，造成可燃冰分解。并且本发明提出了用一个空的气体储存罐与可燃冰储存罐相连接，搜集储运过程中不慎分解释放的甲烷气体，既避免了气体释放增压带来的安全风险，又收集了气体至终端使用，可避免整个储运过程对环境的恶劣应县，实现生态化储运。

一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的方法，包括以下步骤：

S1：将开采平台分离出来的生产水和甲烷气体分别通过管路系统接入可燃冰合成预处理系统；

S2：可燃冰合成预处理系统对于生产水和甲烷气体进行预处理后进行存储，由管路系统接入甲烷气体固态化装置中；

S3：甲烷气体固态化装置将输入的甲烷气体与生产水充分混合，通过壁面喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂；当甲烷气体固态化装置内的压力增加至设定的易于可燃冰合成的压力范围(12-20MPa)后，然后降低装置内的温度至4℃并进行搅拌，进行可燃冰的合成；

S4：当合成大量的可燃冰浆液后，降低甲烷气体固态化装置的温度在-15至 -10℃，随后降低装置内的压力，使其压力范围在0.15-2MPa，保证可燃冰稳定不分解，然后根据需要将可燃冰浆液缩成固态的球状或块状可燃冰成品；

S5：待固态的可燃冰成品合成后，装入可燃冰存储装置并对装置内的温度和压力进行实时监测，为后续运输提供环境保障。

其中，在所述步骤S2中，所述可燃冰合成预处理系统通过生产水存储装置对生产水进行存储静置，设置在生产水存储装置外壁的保温层和水浴制冷夹套将生产水存储装置的温度控制在25℃以下；然后通过生产水处理装置利用水处理工艺将生产水进行多级过滤分离和膜渗透，以得到满足可燃冰需要的水质的生产水；

所述可燃冰合成预处理系统通过甲烷气体存储装置对从开采平台得到的甲烷气体进行缓冲与储存。

上述方案中，

其中，在所述步骤S3中，甲烷气体固态化装置包括快速合成可燃冰装置和可燃冰压缩及造型装置；其中：

所述快速合成可燃冰装置包括腔体和控制电路，所述腔体内壁顶部设置有喷洒原件，内壁底部设置有微气泡流体处理原件，内壁中部设置有促进剂喷射原件和搅拌原件；所述腔体外壁覆盖有环壁降温爆冷系统；

所述喷洒原件、微气泡流体处理原件、促进剂喷射原件、搅拌原件和环壁降温爆冷系统均与所述控制电路电性连接，由控制电路进行控制；

生产水经由快速合成可燃冰装置顶部的喷洒原件均匀喷洒进入快速合成可燃冰装置内，同时，将甲烷气体存储装置中将甲烷气体从快速合成可燃冰装置下部引入，甲烷气体经过快速合成可燃冰装置底部的微气泡流体处理原件分隔后，与顶部喷洒的生产水充分混合，并且通过促进剂喷射原件喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂；当快速合成可燃冰装置内的压力增加至易于可燃冰快速形成的压力条件(12-20MPa)后，降低装置内温度至4℃，然后启动搅拌原件，增强传质速率，进行可燃冰合成；

在所述步骤S4中，当合成大量的可燃冰浆液后，将可燃冰浆液引入可燃冰压缩及造型装置中，随后改变温度压力条件达，满足可燃冰能稳定存在，降低可燃冰压缩及造型装置温度，使其设置为-15至-10℃，然后降低装置内的压力，使其保持在0.15-2MPa，可燃冰浆液中多余的水分将被过滤，然后根据需要将过滤后的可燃冰浆液压缩成固态的球状或块状可燃冰成品。

其中，在所述步骤S5中，待固态可燃冰合成后，装入可燃冰存储装置中，所述可燃冰存储装置为多个耐压罐组成的储罐；在每个耐压罐的顶部预留少部分气体空间，并且将每个储罐通过导管与一个不装可燃冰的耐压罐相连，防止甲烷气体泄漏；

在输运过程中，对装置内的温度和压力进行实时监测，为后续运输提供环境保障。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供的一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统与方法，利用生产水的记忆性特点进行可燃冰的快速合成，同时，通过甲烷气体固态化装置进行可燃冰的合成、降温、减压、压缩成型，实现了可燃冰在较低的压力环境进行长距离运输，有效的避免了超低温运输的高成本支出，并且降低了液化天然气输运过程中的爆炸风险。

附图说明

图1为海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统结构示意图；

图2为本发明所述方法流程示意图；

其中：1、开采平台；2、可燃冰合成预处理系统；21、生产水存储装置；22、生产水处理装置；23、甲烷气体存储装置；3、甲烷气体固态化装置；31、快速合成可燃冰装置；32、可燃冰压缩及造型装置；4、可燃冰存储装置；5、管路系统。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统，包括开采平台1、可燃冰合成预处理系统2、甲烷气体固态化装置3、可燃冰存储装置4和管路系统5；其中：

所述开采平台1用于将可燃冰分离为生产水和甲烷气体，生产水和甲烷气体经由所述管路系统5输送到所述可燃冰合成预处理系统2中；

所述可燃冰合成预处理系统2对生产水和甲烷气体进行预处理，并经由所述管路系统5输送到所述甲烷气体固态化装置3中；

所述甲烷气体固态化装置3用于可燃冰的合成、压缩固态化以及造型处理，并将处理后的可燃冰输送到所述可燃冰存储装置4中进行存储运输。

在具体实施过程中，本发明相对于现有可燃冰储运利用甲烷气体和纯水合成可燃冰，提出了在远洋原位环境将可燃冰开采后的生产水进行处理后与开采得到的甲烷气体合成可燃冰，既利用了可燃冰开采的生产水再形成可燃冰时具备“记忆效应”的特点，又对可燃冰开采的生产水进行了原位处理，避免了将生产水拉回大陆环境处理带来的高成本效应。可实现可燃冰开采气体产业化生态储运。

更具体的，所述可燃冰合成预处理系统2包括生产水存储装置21、生产水处理装置22和甲烷气体存储装置23；其中：

所述生产水存储装置21将生产水从所述开采平台1通过所述管路系统5接出并进行存储，其与所述生产水处理装置22通过所述管路系统5连通，在管路系统5上设置有控制阀；

所述生产水处理装置22用于对存储后的生产水进行多级过滤分离和膜渗透处理，并将处理完成的生产水接入所述甲烷气体固态化装置3中；

所述甲烷气体存储装置23将甲烷气体从所述开采平台1通过所述管路系统5 接出并进行存储，其输出口与所述甲烷气体固态化装置3连接。

在具体实施过程中，生产水存储装置21一方面起到储存生产水的作用，另一方面通过静置存储取出生产水中的泥沙，在生产水存储装置21的下部设计有排泥原件；同时，在储存过程中为了尽量保证生产水的“记忆效应”，不可温度过高，生产水存储装置21外壁包裹有保温层和水浴制冷夹套，以保证整个储存过程中，生产水的温度不高于25℃；生产水处理装置22主要是通过水处理工艺将可燃冰开采的生产水进行多级过了分离和膜渗透，去除开采过程携带的泥沙和其它杂质，以确保处理后的生产水的水质能满足形成可燃冰的需要。甲烷气体储存装置23主要包括大型储气罐及管线系统，实现将可燃冰开采出来的甲烷气体进行储存和缓冲的目的。

在具体实施过程中，本系统既利用生产水的“记忆性”特点进行可燃冰的合成，又可对生产水进行原位处理利用，避免生产水运回陆地处理增加成本。

更具体的，所述甲烷气体固态化装置3包括快速合成可燃冰装置31和可燃冰压缩及造型装置32；其中：

所述快速合成可燃冰装置31包括腔体和控制电路，所述腔体内壁顶部设置有喷洒原件，内壁底部设置有微气泡流体处理原件，内壁中部设置有促进剂喷射原件和搅拌原件；所述腔体外壁覆盖有环壁降温爆冷系统；

所述喷洒原件、微气泡流体处理原件、促进剂喷射原件、搅拌原件和环壁降温爆冷系统均与所述控制电路电性连接，由控制电路进行控制；

所述快速合成可燃冰装置31通过所述管路系统5与所述可燃冰压缩及造型装置32连接；

所述可燃冰压缩及造型装置32用于将所述快速合成可燃冰装置31中合成的可燃冰浆液进行过滤，根据需要形成高密度的块状或者球状可燃冰，由所述管路系统5传输至所述可燃冰存储装置4。

在具体实施过程中，快速合成可燃冰装置31主要包括能将注入的处理后的生产水进行多方向均匀的喷洒原件、将经由甲烷气体储存装置注入的甲烷气体进行微气泡流体处理原件、注入和喷洒可燃冰形成的促进剂喷射原件、内置强化传质的搅拌原件和外覆环壁降温爆冷系统。

在具体实施过程中，生产水经由快速合成可燃冰装置31的顶部均匀喷洒进入，同时，将甲烷气体由甲烷气体储存装置23由快速合成可燃冰装置31底部引入，甲烷气体经过快速合成可燃冰装置31底部的微气泡流体处理原件分隔，然后与顶部喷洒的生产水充分混合，并且通过壁面喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂，当可燃冰合成装置内的压力增加至易于快速形成可燃冰的压力(12-20MPa) 后，然后降低装置内的温度至4℃，然后启动搅拌原件，增强传质速率，进行可燃冰的合成。搅拌模式可采取连续搅拌或者序批式搅拌模式。

在具体实施过程中，当合成大量的可燃冰浆液后，将其从快速合成可燃冰装置31引入可燃冰压缩及造型装置32，然后改变装置内的温度压力条件使其保证可燃冰能稳定存在，首先降低装置内的温度在-15至-10℃之间，然后降低装置内的压力，使装置内的压力范围为0.15-2MPa，可燃冰浆液在装置内被过滤掉多余的水分，然后根据需要压将过滤后的可燃冰浆液缩成固态的球状或块状高品质可燃冰成品。

更具体的，所述可燃冰存储装置4为8个耐压罐组成的可船载且方便装卸进行车运的储罐；所述储罐顶部安装有压力计和内置有温度传感器；用于实时监测耐压罐的温度和压力。

更具体的，所述耐压罐顶部均设置有导管，所述导管最终合成一个管路与一个不装可燃冰的耐压罐相连。

在具体实施过程中，待固态高品质可燃冰合成后，装入可燃冰存储装置4，在每个可燃冰储罐的顶部预留少部分气体空间，并且将每个可燃冰储罐通过引流导管与一个与可燃冰储罐相同的空罐连接。该空罐用来收集储运过程中不慎造成可燃冰分解释放的甲烷气体。在整个输运过程中，应实时监测关注可燃冰储罐的温度和压力值变化，并且在可燃冰储罐内喷洒一定量的可燃冰稳定剂。

在具体实施过程中，本发明提出的通过在快速合成可燃冰装置31内增压、降温、喷洒促进剂、增强传质速率等方法快速合成可燃冰，然后将可燃冰浆液进行降温、减压、压缩成型，可实现可燃冰在较低的压力环境进行长距离运输，相比液化天然气运输，有效的避免了超低温(低于-20℃)运输的高成本支出，并且降低了液化天然气输运过程中的爆炸风险。

在具体实施过程中，本发明提出了在可燃冰储罐中喷洒一定量的可燃冰稳定剂，可有效的增强固态可燃冰的稳定性，避免在输运过程中由于外部环境扰动，造成可燃冰分解。并且本发明提出了用一个空的气体储存罐与可燃冰储存罐相连接，搜集储运过程中不慎分解释放的甲烷气体，既避免了气体释放增压带来的安全风险，又收集了气体至终端使用，可避免整个储运过程对环境的恶劣应县，实现生态化储运。

实施例2

更具体的，在实施例1的基础上，如图2所示，提供一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的方法，包括以下步骤：

S1：将开采平台1分离出来的生产水和甲烷气体分别通过管路系统5接入可燃冰合成预处理系统2；

S2：可燃冰合成预处理系统2对于生产水和甲烷气体进行预处理后进行存储，由管路系统5接入甲烷气体固态化装置3中；

S3：甲烷气体固态化装置3将输入的甲烷气体与生产水充分混合，通过壁面喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂；当甲烷气体固态化装置3内的压力增加至 20MPa后，降低装置内的温度至4℃并进行搅拌，进行可燃冰的合成；

S4：当合成大量的可燃冰浆液后，控制甲烷气体固态化装置3的温度为-15℃，压力为1MPa，根据需要将可燃冰浆液缩成固态的球状或块状可燃冰成品；

S5：待固态的可燃冰成品合成后，装入可燃冰存储装置4并对装置内的温度和压力进行实时监测，为后续运输提供环境保障。

更具体的，在所述步骤S2中，所述可燃冰合成预处理系统2通过生产水存储装置21对生产水进行存储静置，设置在生产水存储装置21外壁的保温层和水浴制冷夹套将生产水存储装置21的温度控制在25℃以下；然后通过生产水处理装置22利用水处理工艺将生产水进行多级过滤分离和膜渗透，以得到满足快速形成可燃冰的水质条件的生产水；

所述可燃冰合成预处理系统2通过甲烷气体存储装置23对从开采平台1得到的甲烷气体进行缓冲与储存。

更具体的，在所述步骤S3中，甲烷气体固态化装置3包括快速合成可燃冰装置31和可燃冰压缩及造型装置32；其中：

所述快速合成可燃冰装置31包括腔体和控制电路，所述腔体内壁顶部设置有喷洒原件，内壁底部设置有微气泡流体处理原件，内壁中部设置有促进剂喷射原件和搅拌原件；所述腔体外壁覆盖有环壁降温爆冷系统；

所述喷洒原件、微气泡流体处理原件、促进剂喷射原件、搅拌原件和环壁降温爆冷系统均与所述控制电路电性连接，由控制电路进行控制；

生产水经由快速合成可燃冰装置31顶部的喷洒原件均匀喷洒进入快速合成可燃冰装置31内，同时，将甲烷气体存储装置23中将甲烷气体从快速合成可燃冰装置31下部引入，甲烷气体经过快速合成可燃冰装置31底部的微气泡流体处理原件分隔后，与顶部喷洒的生产水充分混合，并且通过促进剂喷射原件喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂；当快速合成可燃冰装置31内的压力增加至20MPa 后，降低装置内温度至4℃，然后启动搅拌原件，增强传质速率，进行可燃冰合成；

在所述步骤S4中，当合成大量的可燃冰浆液后，将可燃冰浆液引入可燃冰压缩及造型装置32中，通过将可燃冰压缩及造型装置32温度设置为-15℃，压力不超过1MPa，可燃冰浆液中多余的水分将被过滤，然后根据需要将过滤后的可燃冰浆液压缩成固态的球状或块状可燃冰成品。

更具体的，在所述步骤S5中，待固态可燃冰合成后，装入可燃冰存储装置4 中，所述可燃冰存储装置4为多个耐压罐组成的储罐；在每个耐压罐的顶部预留少部分气体空间，并且将每个储罐通过导管与一个不装可燃冰的耐压罐相连，防止甲烷气体泄漏；

在输运过程中，对装置内的温度和压力进行实时监测，为后续运输提供环境保障。

在具体实施过程中，首先将从开采平台1分离出来的生产水和甲烷气体分别通过管线接入生产水储存装置21和甲烷气体储存装置23；生产水储存装置21 中要充分保证低温环境，以保留生产水再形成可燃冰的“记忆效应”，生产水经过储存装置经过短暂静置后，进入生产水处理装置22。为了充分的保留生产水的记忆效应，静置时间以不超过24小时为宜。通过生产水处理装置22的沉淀和膜分离去除生产水里面的杂质，然后经由快速合成可燃冰装置31的顶部均匀喷洒进入快速合成可燃冰装置31。同时，将甲烷气体从甲烷气体储存装置23从快速合成可燃冰装置31的下部引入，甲烷气体经过快速合成可燃冰装置31底部的微气泡处理原件分隔，然后与顶部喷洒的生产水充分混合，并且通过壁面喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂十二烷基磺酸钠，当可燃冰合成装置内的压力增加至 20MPa后，降低装置内的温度至4℃，然后启动搅拌原件，增强传质速率，进行可燃冰的合成，搅拌模式采取序批式搅拌模式。当监测到合成大量的可燃冰浆液后，将其从快速合成可燃冰装置31引入可燃冰压缩及造型装置32，然后降低装置内的温度为-15℃，且降低装置内的压力至1MPa，可燃冰浆液在装置内被过滤掉多余的水分，然后根据需要压将过滤后的可燃冰浆液缩成固态的球状或块状高品质可燃冰成品。待固态高品质可燃冰合成后，装入7个可燃冰储存罐，在每个可燃冰储罐的顶部预留少部分气体空间，并且将每个可燃冰储罐通过引流导管与一个与剩下的一个空罐连接。该空罐用来收集储运过程中不慎造成可燃冰分解释放的甲烷气体。在整个输运过程中，应实时监测关注可燃冰储罐的温度和压力值变化，并且在可燃冰储罐内喷洒一定量的可燃冰稳定剂羟乙基纤维素。

在具体实施过程中，本发明提供的一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统与方法，利用生产水的记忆性特点进行可燃冰的合成，同时，通过甲烷气体固态化装置进行可燃冰的合成、降温、减压、压缩成型，实现了可燃冰在较低的压力环境进行长距离运输，有效的避免了超低温运输的高成本支出，并且降低了液化天然气输运过程中的爆炸风险。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统，其特征在于，包括开采平台(1)、可燃冰合成预处理系统(2)、甲烷气体固态化装置(3)、可燃冰存储装置(4)和管路系统(5)；其中：

所述开采平台(1)用于将深海可燃冰分解得到甲烷气体和生产水，生产水和甲烷气体经由所述管路系统(5)输送到所述可燃冰合成预处理系统(2)中；

所述可燃冰合成预处理系统(2)对生产水和甲烷气体进行预处理，并经由所述管路系统(5)输送到所述甲烷气体固态化装置(3)中；

所述甲烷气体固态化装置(3)用于可燃冰的合成、压缩固态化以及造型处理，并将处理后的可燃冰输送到所述可燃冰存储装置(4)中进行存储运输；

所述可燃冰合成预处理系统(2)包括生产水存储装置(21)、生产水处理装置(22)和甲烷气体存储装置(23)；其中：

所述生产水存储装置(21)将生产水从所述开采平台(1)通过所述管路系统(5)接出并进行存储，其与所述生产水处理装置(22)通过所述管路系统(5)连通，在管路系统(5)上设置有控制阀；

所述生产水处理装置(22)用于对存储后的生产水进行多级过滤分离和膜渗透处理，并将处理完成的生产水接入所述甲烷气体固态化装置(3)中；

所述甲烷气体存储装置(23)将甲烷气体从所述开采平台(1)通过所述管路系统(5)接出并进行存储，其输出口与所述甲烷气体固态化装置(3)连接；

所述甲烷气体固态化装置(3)包括快速合成可燃冰装置(31)和可燃冰压缩及造型装置(32)；其中：

所述快速合成可燃冰装置(31)包括腔体和控制电路，所述腔体内壁顶部设置有喷洒原件，内壁底部设置有微气泡流体处理原件，内壁中部设置有促进剂喷射原件和搅拌原件；所述腔体外壁覆盖有环壁降温保冷系统；

所述喷洒原件、微气泡流体处理原件、促进剂喷射原件、搅拌原件和环壁降温保冷系统均与所述控制电路电性连接，由控制电路进行控制；

所述快速合成可燃冰装置(31)通过所述管路系统(5)与所述可燃冰压缩及造型装置(32)连接；

所述可燃冰压缩及造型装置(32)用于将所述快速合成可燃冰装置(31)中合成的可燃冰浆液进行过滤，根据需要形成高密度的块状或者球状可燃冰，由所述管路系统(5)传输至所述可燃冰存储装置(4)。

2.根据权利要求1所述的一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统，其特征在于，所述生产水存储装置(21)外壁包裹有保温层和水浴制冷夹套。

3.根据权利要求1所述的一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统，其特征在于，所述可燃冰存储装置(4)为多个耐压罐组成的储罐；所述储罐顶部安装有压力计和内置有温度传感器；用于实时监测耐压罐的温度和压力。

4.根据权利要求3所述的一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统，其特征在于，所述耐压罐顶部均设置有导管，所述导管最终合成一个管路与一个不装可燃冰的耐压罐相连。

5.一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将开采平台(1)分离出来的生产水和甲烷气体分别通过管路系统(5)接入可燃冰合成预处理系统(2)；

S2：可燃冰合成预处理系统(2)对于生产水和甲烷气体进行预处理后进行存储，由管路系统(5)接入甲烷气体固态化装置(3)中；

S3：甲烷气体固态化装置(3)将输入的甲烷气体与生产水充分混合，通过壁面喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂；当甲烷气体固态化装置(3)内的压力增加至设定压力12-20MPa后，降低装置内的温度至4℃并进行搅拌，进行可燃冰的合成；

S4：当合成大量的可燃冰浆液后，降低甲烷气体固态化装置(3)的温度至-15℃至-10℃，然后降低装置内的压力使其压力不超过2MPa，根据需要将可燃冰浆液缩成固态的球状或块状可燃冰成品；

S5：待固态的可燃冰成品合成后，装入可燃冰存储装置(4)并对装置内的温度和压力进行实时监测，为后续运输提供环境保障；

在所述步骤S3中，甲烷气体固态化装置(3)包括快速合成可燃冰装置(31)和可燃冰压缩及造型装置(32)；其中：

所述快速合成可燃冰装置(31)包括腔体和控制电路，所述腔体内壁顶部设置有喷洒原件，内壁底部设置有微气泡流体处理原件，内壁中部设置有促进剂喷射原件和搅拌原件；所述腔体外壁覆盖有环壁降温爆冷系统；

所述喷洒原件、微气泡流体处理原件、促进剂喷射原件、搅拌原件和环壁降温爆冷系统均与所述控制电路电性连接，由控制电路进行控制；

生产水经由快速合成可燃冰装置(31)顶部的喷洒原件均匀喷洒进入快速合成可燃冰装置(31)内，同时，将甲烷气体存储装置(23)中将甲烷气体从快速合成可燃冰装置的(31)下部引入，甲烷气体经过快速合成可燃冰装置可燃冰(31)底部的微气泡流体处理原件分隔后，与顶部喷洒的生产水充分混合，并且通过促进剂喷射原件喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂；当快速合成可燃冰装置(31)内的压力增加至设定压力12-20MPa后，降低装置内温度至4℃，然后启动搅拌原件，增强传质速率，进行可燃冰合成；

在所述步骤S4中，当合成大量的可燃冰浆液后，将可燃冰浆液引入可燃冰压缩及造型装置(32)中，然后降低可燃冰压缩及造型装置(32)的温度，保证其温度范围在-15-10℃，然后降低装置内的压力，使其压力范围在0.15-2MPa，随后过滤去除可燃冰浆液中多余的水分，然后根据需要将过滤后的可燃冰浆液压缩成固态的球状或块状可燃冰成品。

6.根据权利要求5所述的一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述可燃冰合成预处理系统(2)通过生产水存储装置(21)对生产水进行存储静置，设置在生产水存储装置(21)外壁的保温层和水浴制冷夹套将生产水存储装置(21)的温度控制在25℃以下；然后通过生产水处理装置(22)利用水处理工艺将生产水进行多级过滤分离和膜渗透，以得到满足能快速形成可燃冰需要的水质的生产水；

所述可燃冰合成预处理系统(2)通过甲烷气体存储装置(23)对从开采平台(1)得到的甲烷气体进行缓冲与储存。

7.根据权利要求5所述的一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，待固态可燃冰合成后，装入可燃冰存储装置(4)中，所述可燃冰存储装置(4)为多个耐压罐组成的储罐；在每个耐压罐的顶部预留少部分气体空间，并且将每个储罐通过导管与一个不装可燃冰的耐压罐相连，防止甲烷气体泄露；

在输运过程中，对装置内的温度和压力进行实时监测，为后续运输提供环境保障。

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